Energia renovável – Geração e tendências

By | abril 13, 2021

As tendências em relação a geração de energia renovável continuam a impulsionar mudanças na energia global.

Neste artigo vamos falar das novas tecnologias e tendências de geração da energia renovável como: solar, eólica e marinha, ao lado de outras tecnologias como a hidroelétrica.

Crescimento Global

Durante a última década, a energia solar experimentou um rápido crescimento em todo o mundo, e de acordo com a Administração de Energia Internacional (IEA), a energia solar está “no caminho certo para estabelecer novos recordes para implantação após 2022. ”

A IEA prevê que a capacidade total no mundo de energias renováveis vai crescer 50% entre 2019 e 2024, impulsionada pela reduções de custo e apoio de políticas governamentais. A IEA antecipa que os sistemas de energia solar fotovoltaica irão alimentar 60% deste crescimento. Metade disso virá de Fotovoltaico distribuído como residencial, comercial e industrial.

A China é o maior mercado do mundo para energia solar fotovoltaica e é sede das quatro maiores fabricantes de painéis solares do mundo.

Tendências da geração da energia renovável

Tendências da Geração de energia renovável nos EUA

A energia solar é a terceira maior fonte de energia renovável nos EUA depois de hidrelétricas e eólicas. Em 2019, representava 10% da energia renovável e quase 2% da geração total de eletricidade dos EUA.

A energia solar foi a fonte de energia que mais cresceu nos EUA na última década.  Mais de 30% ao ano, entre 2015 a 2019. Em segundo lugar temos a energia eólica que cresceu cerca de 14%. Hidrelétricas, biomassa e energia geotérmica, praticamente não tiveram crescimento (<1% / ano cada).

Todas as instalações solares nos EUA, incluindo painéis solares em telhados, compreendem cerca de 89 GW do total da capacidade de geração, o suficiente para abastecer 16 milhões de lares. 60% desta capacidade é de tecnologia de célula fotovoltaica, com 30% do total gerado na Califórnia. Outros 2% é produzida por CSP (energia solar concentrada). Esta tecnologia usa espelhos para “Concentrar” o calor do sol em um coletor, aquecendo uma quantidade de líquido até alcançar 1.200°F para produzir vapor. O vapor em seguida, aciona uma turbina para gerar eletricidade. Essas usinas solares de grande capacidade de armazenamento térmico tendem a prosperar devido ao avanço tecnológico e reduções de custos.

Os 38% restantes da energia solar dos EUA é fotovoltaico.  São provenientes principalmente de sistemas de painel solar de telhado ligados a casas, empresas, instituições e edifícios governamentais. Um segmento de rápido crescimento dentro do setor não residencial são os grandes usuários corporativos. Os maiores são Apple, Amazon, Walmart, Target, Google e Kaiser.

Tendências da Tecnologia Solar Fotovoltaico

As células de silício representam a maioria das células solares de hoje. Elas tipicamente convertem 17-19% da energia do sol em eletricidade; podendo chegar em 22% da luz solar em energia. Elas são normalmente montadas em painéis que podem ser instalados em telhados ou embutidos no solo para sistemas de energia solar em grande escala.

Os pesquisadores continuaram a desenvolver novas tecnologias fotovoltaicas, como células solares perovskita e células de multe junção solar, com o objetivo de aumentar a eficiência, custos mais baixos e produção mais simples.

As Tecnologias recentes incluem:

Armazenamento de energia

Relatórios de Tecnologia de Armazenamento de Energia em 2019 feitos pelo Departamento de Energia dos EUA concluiu que após testado 10 tecnologias de armazenamento, “As baterias de íon-lítio oferecem a melhor opção em termos de custo, desempenho, calendário, ciclo de vida e maturidade da tecnologia. ”

O relatório também favoreceu o zinco, tecnologia de cátodo híbrido como “grande promessa em termos de custo e vida útil” Baterias de Fluxo redox, ficaram como “bem posicionadas, melhorias rápidas são esperadas no custo geral, desempenho, vida útil, prontidão da tecnologia e prontidão de fabricação. ”

Outras tendências da energia solar

Custos de eletricidade em grande escala
, instalações solares fotovoltaicas caiu drasticamente entre 2010 e 2019, de acordo com a Agência Internacional de Energia Renovável.

■ Blockchain irá reduzir os riscos de ataques de hackers à rede elétrica.

■ A demanda de veículos elétricos poderia causar um aumento da demande por eletricidade de 38% nos EUA entre 2020 e 2025, e a energia solar será necessária para ajudar a atender essa demanda.

■ Grandes empresas de tecnologia têm sido as maiores compradoras de energia renováveis nos últimos cinco anos à medida que atendem a sua empresa objetivos de sustentabilidade.

■ Mais empresas se comprometerão a usar energia 100% renovável.

 De acordo com o Laboratório de Energia Renovável US National,

“O custo decrescente do eólico e solar, e agora baterias, faz ser concebível considerar 100% renováveis. ”

Energia Renovável Eólica

O custo da energia eólica caiu 70% durante os últimos 10 anos. The US Energy relata que em 2019, a energia eólica forneceu 24% da eletricidade gerada nos EUA a partir de fontes renováveis ​​e 7% da eletricidade total do país de todas as origens. A energia eólica abasteceu 5% da eletricidade total mundial em 2019.

Até 1991, todas as turbinas eólicas eram construídas em terra, muitas no EUA agora chegando ao fim de sua expectativa de vida de 20-25 anos. Todas as turbinas eólicas na América são instaladas em terra, com os EUA instalando seu terceiro maior volume da energia eólica em 2019. Mais vento em escala comercial, as turbinas instaladas hoje custam cerca de $ 3- $ 4 milhões.

Turbinas offshore têm forças de produção, mas desvantagens de custo, em comparação com as turbinas na terra:

 Turbinas offshore são tipicamente maior com lâminas mais longas. Necessitam também de maior altura para alcançar os ventos mais rápidos e gerar mais eletricidade do que as turbinas terrestres.

 Devido ao seu tamanho, as turbinas offshore são mais caras de instalar e manter do que turbinas terrestres.

 Turbinas terrestres estão mais próximas, exigindo menos infraestrutura para a transmissão de eletricidade.

Tendências de energia eólica

Em todo o mundo, subsídios governamentais para a energia eólica tem sido um importante motor de crescimento da indústria.

 Nos EUA, a nova Lei de Economia Limpa e inovação estende o Crédito Fiscal de Produção existente e Crédito Fiscal de Investimento para energia eólica para projetos eólicos offshore.

 Além dos subsídios federais dos EUA, a maioria dos estados tem recursos renováveis, que exigem uma certa porcentagem da eletricidade vendida para vir de fontes de energia renovável.

A capacidade global da Turbina eólica é esperada para decolar ao longo da próxima década, a média de crescimento anual esperada é de 25% anual até 2030. Três quartos da capacidade marítima hoje está na Europa, mas novas adições nos próximos 10 anos serão liderados pela Ásia, Região do Pacífico, principalmente na China, com forte crescimento continuo na Europa.

■ O mais novo tipo de turbinas eólicas são turbinas flutuantes offshore.

Geralmente com mais de 150 metros de altura e possivelmente a 15 milhas da costa, elas pode alcançar os mais fortes ventos consistentes no mundo. Espera-se que seus custos gerais diminuam com o tempo, à medida que mais turbinas são implantadas.

■ A primeira estação eólica flutuante do mundo, com uma plataforma de cinco turbinas, tornou-se operacional na costa da Escócia em outubro 2017. O primeiro parque eólico flutuante na Europa continental, com três plataformas de turbina, foi concluído em maio de 2020, na costa de Portugal.

Os clientes corporativos dos EUA esperam comprar quase seis vezes mais energia eólica em 2030 do que compraram em 2019. Mais de 140 comércios e empresas industriais consumiram 10% de toda a capacidade operacional dos EUA em 2019. A maioria foi comprada por contratos e concessionárias ou produtores de energia eólica.

A produção eólica está sendo integrada em projetos híbridos de energia renovável.

Isso normalmente inclui energia eólica, solar e armazenamento de energia em um único local, com energia solar coletada durante o dia e vento tipicamente mais forte durante a noite. O resultado é um fluxo mais constante de eletricidade com maior capacidade de energia do que a soma do vento e solar individualmente. Atualmente projetos estão em operação ou sob desenvolvimento na Índia, Europa e

Austrália, bem como em Oregon e Oklahoma.

O papel do vento na produção de “Hidrogênio verde” continuará a crescer como parte do futuro na

“Economia de hidrogênio”.

Tendências de Tecnologia

 Parques eólicos offshore estão recebendo mais investimentos.

 Uma forma como as empresas estão reduzindo custos são compartilhando os cabos conectando-os ao sistema elétrico da costa.

A energia hidrelétrica é a maior fonte mundial de energia renovável, compreendendo

16% da geração global de eletricidade de todas as fontes. A capacidade global cresceu uma taxa anual de 2,1% de 2013 a 2018 embora tenha aumentado apenas 1,2% em 2019. Isso incluiu acréscimo de capacidade em 50 países, liderados pela China e Brasil.

Apesar da proliferação global de usinas hidrelétricas, (49,7%)  metade da capacidade hidrelétrica mundial concentra-se na China (27,2%), no Brasil (8,3%),  nos EUA (7,9%) e no Canadá (6,2%).

Espera-se que a energia hidrelétrica continue a ser a maior fonte do mundo de energia renovável por anos, com a maior parte do crescimento vindo da Ásia e da África.

Tendências da Hidrelétrica Convencional

 Tecnologias digitais e analíticas:

 Sensores, análise preditiva e manutenção preditiva

 Aquisição de dados, coleta de dados e sistemas de gerenciamento de dados

 Soluções de software para reduzir operação e manutenção de custos, diminuir os riscos de falha e aumentar as receitas

 Turbinas terrestres mais antigas estão sendo “repowered” com novas tecnologias que prolongam suas vidas, aumentam a eficiência e reduzem os custos de manutenção.

 Novas turbinas estão sendo projetadas para produzir energia em uma ampla gama de velocidades do vento, aumentando

a frequência com que eles podem operar em capacidade total.

 Novos projetos de turbinas:

 Bulb, Francis, Kaplan e Pelton (Pequenas centrais hidrelétricas provavelmente usar turbinas Kaplan)

 Projetos ecológicos, como Arquimedes amigo dos peixes parafusos hidrodinâmicos, água rodas e turbinas Vortex

 O financiamento do projeto está se tornando cada vez mais disponível na Ásia, particularmente do nacional bancos de desenvolvimento e privados investidores na China, Brasil e Tailândia, bem como empréstimos do Banco Mundial.

Hidroeletricidade de armazenamento bombeado

Plantas de armazenamento bombeado são consideravelmente menor que hidrelétricas e são usadas pelas concessionárias de energia elétrica para gerar a energia extra necessária durante períodos de pico diários e sazonais. Embora essas plantas usem mais eletricidade do que eles geram, ter backup rápido e confiável pode ajudar o utilitário a evitar falhas de energia e ter que construir plantas maiores para acomodar o pico de carga do sistema.

Tendências de armazenamento bombeado

■ Crescimento contínuo em todo o mundo, impulsionado por aposentadorias de usinas de carvão, aumentando a geração de fontes renováveis, alta eletricidade preços, a necessidade de maior poder confiabilidade do sistema e crescente suporte governamental.

■ Sistemas híbridos de armazenamento bombeado pode aumentar a geração de energia das barragens hidroelétricas existentes potenciando-os com turbinas reversas para bombear a água de volta até a parte superior reservatórios.

■ Tendências da tecnologia de turbinas:

 Turbinas de velocidade variável feitas Possivelmente por conversores eletrônicos

 Tempo de resposta mais rápido para flutuações na demanda de energia (400 MW bombeados de um OEM – turbinas de armazenamento vão de inativas para potência total em 90 segundos)

 Geradores com corrente rotores controlados (para partida e fases de parada)

 Todas as usinas de armazenamento bombeado usam motores-geradores para gerar energia elétrica e para dirigir suas turbinas de bomba. Os mais recente geradores de velocidade variável são capazes de regular a energia quando a turbina está em modo de bombeamento e fornecer planta mais eficiente.

As tecnologias propostas refletem novas maneiras de construir plantas hidrelétricas a um custo menor:

 Plantas de armazenamento bombeado que operam com água do mar foi proposto em vários países, mas nenhuma foi construída ainda.

 Armazenamento bombeado subterrâneo, projetos usando carvão abandonado, metais e outras minas como o reservatório inferior foi proposto.

Tendências de energia hidrelétrica

 Um grande desafio para a indústria eólica é o crescimento e a capacidade elétrica utilitária para construir uma nova transmissão e infraestrutura de distribuição rápida o suficiente para acompanhar as novidades das instalações de energia renovável.

Tendências da energia marinha

De acordo com a Agência International de Energia Renovável (IRENA), do atual fuzileiro naval energia implantada, 97% é da barragens de maré e os 3% restantes de quatro tecnologias emergentes: corrente de maré, onda do oceano, conversão de energia térmica e gradiente de salinidade.

O IRENA estimou que em 2020, apesar da pandemia, desenvolvedores implantaram mais poder marinho das marés riachos e ondas do oceano a energia. A agência está prevendo crescimento exponencial no futuro. A maior parte disso será energia da corrente das marés, com muito do resto sendo energia das ondas. O IRENA prevê ainda que todas as tecnologias marinhas (excluindo energia hidrelétrica) fornecerá cerca de 4% da eletricidade mundial em 2050.

Barragens de maré

A energia das marés é considerada a forma mais confiável de energia renovável, pois as marés são constantes e previsível. Pesquisa significativa vem ocorrendo para desenvolver a força das marés em eletricidade econômica. As duas maiores pesquisas sobre os centros de marés do mundo estão na baía de Nova Scotia de Fundy e Orkney da Escócia Ilhas, ambas com alguns das marés mais poderosas do planeta.

Apesar de sua comprovada capacidade de gerar eletricidade, existem apenas cerca de 20 usinas de energia das marés operando no mundo. As duas maiores estão na França e na Coréia do Sul. A terceira-maior, e a única da América do Norte, está na Baía de Fundy na Nova Escócia. Essas três plantas são todas de Barragens de maré e são relativamente antigas, construídas em 1966 (França), 1984 (Canadá) e 2011 (Coreia do Sul).

Barreiras de marés foram criticadas por sua ameaça aos peixes, vida selvagem e erosão da terra.

Tidal Stream

As duas primeiras matrizes de corrente de maré no mundo foram instaladas em 2016 na costa da Escócia. Novas instalações de energia das marés estão em andamento, incluindo projetos planejados na

China, Escócia, Ilhas Faroe, e um projeto híbrido em Ushant – Ilha na costa da Bretanha que irá incorporar vento, solar, marés e armazenamento de energia.

Desafios da energia das marés:

 Reduzir custos para ser competitivo com outras formas de renováveis energia.

 A energia das marés precisa maximizar a economia de custos, como ocorreu com a energia eólica e solar.

Os desenvolvedores de projetos continuam a ter dificuldade em atrair investidores, que ainda veja os sistemas de energia das marés como experimental.

 Projetos usando reservatórios subaquáticos esférico sintético são submerso e ancorado em grandes profundidades.

 Plantas de armazenamento bombeado em pequena escala que suportam micro redes locais e eletrificação rural são combinadas om energia eólica ou solar existente, e / ou construído em riachos ou em lagos naturais ou artificiais.

 Algumas turbinas de maré foram muito danificadas por forte forças subaquáticas, com manutenção e reparos difíceis e caros.

 Desenvolvimento de longa duração e obstáculos de aprovação, combinados com altos custos sem receita, resultou em uma grande indústria saindo do mercado e uma recentemente declarou falência.

 A oposição pública persiste devidos a potenciais danos aos peixes e a fauna marinha.

Energia das ondas

Energia da onda do oceano (hidrocinética) tem potencial para ser a maior fonte mundial de energia renovável para geração de eletricidade, mas é a menos desenvolvida. Antes da pandemia, o mercado global de energia das ondas estava prevista para crescer em um taxa anual de 10,2% entre 2017 e 2023.

Esta indústria ainda está evoluindo, com numerosas ondas de energia. Tecnologias de conversão (WEC) estão sendo testadas e nenhum vencedor claro. Este tem sido um impedimento para atrair investimento privado. A Energia Marinha Europeia Centro lista 255 WEC diferentes dispositivos e seus desenvolvedores, a maioria da Europa, Estados Unidos e Austrália. Uma razão para a grande variedade é que o dispositivo é projetado para otimizar a localização e as condições das ondas onde ser implantado.

Os tipos mais comuns de WECs:

 Ponto de absorção (captura 40% de energia das ondas)

 Atenuadores (capturam 23% da onda energia)

 Conversores de onda oscilante (captura 19% da energia das ondas)

Tendências de energia das ondas

Os sistemas híbridos estão sendo desenvolvidos que incluem outros tipos de energia renovável.

 Um sistema de energia das ondas em Gibraltar é adicionando painéis solares aos seus flutuadores

 Um projeto na Escócia combinará energia das ondas e do vento em uma plataforma flutuante

 Um projeto sendo desenvolvido na Austrália Ocidental irá incorporar energia das ondas, uma fazenda solar e um sistema de armazenamento de bateria.

Poder oscilante do corpo conversores são um novo tipo de WEC projetado para resistir a danos de ser constantemente agredido por ondas poderosas do oceano.

Salinity Gradient Power (“Energia Azul”)

Existem atualmente duas tecnologias usadas na salinidade, projetos gradientes, ambos requerem membranas:

■ Osmose com retardo de pressão

■ Eletrodiálise reversa

Eles podem ser usados ​​para gerar eletricidade para uma usina autônoma de energia local ou outra área com alto teor de concentração de sal na água, como salmoura de uma água de dessalinização.

Existem dois novos projetos piloto na Europa, um na Holanda e o outro na Dinamarca. A França também está pensando em usar salinidade, conversor de energia gradiente para usinas de dessalinização.

A pesquisa PRO tem se concentrado em melhorar as membranas, como membranas de polímero.

Uma possibilidade sendo considerada são membranas de nano tubos de carbono. Outra pesquisa está em andamento experimentando com sal artificial soluções para que a tecnologia possa ser usada em países sem litoral.

A energia azul, como a força das marés, é uma fonte constante e previsível de energia renovável. Ainda na fase de desenvolvimento, é esperado para se tornar uma importante fonte de energia, com custo e potência competitivo em relação a energia solar e eólica.

Energia Térmica do OceanoConversão

Energia Térmica do Oceano. A conversão é uma tecnologia para geração de eletricidade contínua baseada na diferença de temperatura entre a água quente na superfície do oceano e a água do mar fria em profundidades abaixo de 2.600 pés.

A maior operação do mundo. A usina OTEC fica no Havaí, com capacidade de geração anual para alimentar 120 casas. É onshore no Centro Ocean Energy Research, parte da Energia Natural do Laboratório da Autoridade do Havaí.

O Grupo Naval da França instalou um protótipo OTEC onshore em seu território da Reunião, uma ilha no Oceano Índico. Outro planta piloto OTEC foi construída em 2015 na Coreia do Sul.

Biogás e Aterro Sanitário

Dados da Associação World Bioenergy mostra que a produção global de biogás cresceu rapidamente de 2000 a 2015, com média de 10,6% ao ano, mas desacelerou para 1,9% anualmente de 2015 a 2018.

A Europa produz mais biogás no mundo. Teve uma participação de 51% do total de 60,3 bilhões de metros cúbicos produzido em todo o mundo em 2018. Este foi seguido pela Ásia com 32% e as Américas com 14% de participação. De acordo com a US Energy Administração de Informação,

O biogás é alimentado com menos de 0,5% de toda a eletricidade consumida.

Aterros municipais de resíduos sólidos foram a fonte primária:

■ O biogás de 336 aterros sanitários foi queimado para gerar 0,3% do total dos EUA gerando eletricidade em escala ao serviço público. Alguns também foram vendidos como substitutos para o gás natural.

 Biogás de 65 tratamento de resíduos digestores anaeróbicos eram queimado para gerar calor para o digestores (o que acelera o processo de decomposição e destrói patógenos).

 Biogás de operações em fazendas de gado também foram queimados.

Além disso, aterros sanitários de RSU coletaram e queimaram materiais sólido residuais de combustíveis em usinas de transformação de resíduos em energia. Essas instalações queimam cerca de 63% de biomassa, materiais, como papel, e 47% de materiais não biomassa (principalmente plásticos) em altas temperaturas. O calor resultante é usado para produzir vapor para gerar eletricidade.

Existem atualmente 71 dessas fábricas nos EUA, que contabilizaram 0,4% do total de geração de eletricidade dos EUA em 2019. Isso é quase a mesma quantidade de eletricidade que é gerada a partir do biogás.

Futuro crescimento do biogás para Geração da eletricidade

Um estudo recente da ONG Energy for do Departamento de Energia dos EUA – Laboratório Nacional de Argonne, prevê que a produção do biogás dos EUA vai mostrar forte crescimento nos próximos anos. O número total de instalações de renováveis ​​naturais de produção de gás (RNG) que estão atualmente operando sob construção, ou no estágio de planejamento cresceram 42% de 2019 a 2020. Os projetos operacionais sozinho aumentou a produção da capacidade de biogás em 30% durante 2020.

Dado o crescimento sólido da produção do biogás nos EUA, permanece uma pequena fração de fontes de energia renovável usadas para gerar eletricidade. Isto é porque, de acordo com o Argonne National Laboratório e outros, “RNG é usado principalmente como combustível de meio de transporte em veículos GN.” Um estimado de 75% de todo o RNG atualmente produzido nos EUA vai para o mercado de combustível para transporte. Em seus esforços para cortar o carbono de combustíveis para transporte, federal e mandatos estaduais e financeiros incentivos relacionados ao RNG têm focado em seu uso como combustível para veículos; não para produzir eletricidade. O mais significativo destes é o Renovável Federal Padrões de combustível.

Para novos projetos de biogás, o Crédito de produção de imposto para a Eletricidade Renovável Federal expirado param projetos que começaram a construção após 31 de dezembro de 2017. Permite um crédito fiscal de 12 centavos por kWh de eletricidade gerada pelos primeiros 10 anos de operação, portanto o PTC ainda vai se aplicar para alguma corrente de operações até 2027.

Conclusão

Daqui para frente, é esperado um crescimento global de energia renovável em uma taxa comparável ou superior ao que foi visto na década passada. Nos próximos anos são esperados o crescimento da produção de energia solar e de energia eólica em grande, talvez aproximando da energia hidrelétrica. A Energia renovável está tendo um grande lugar de destaque na geração de energia do século 21.

Veja também:
Os segredos da inovação por Duncan Wardle, que foi o chefe de Inovação e Criatividade da Disney por 20 anos.

A Tecnologia na Engenharia – Tendências para 2021

Veja este artigo na íntegra: https://www.engineering.com/story/2021-power-generation-and-renewable-energy-trends-renewable-energy-technology-trends

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Geração de energia renovável e tendências para 2021
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Geração de energia renovável e tendências para 2021
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As tendências em relação a geração de energia renovável continuam a impulsionar mudanças na energia global. Neste artigo vamos falar das novas tecnologias e tendências da geração de energia renovável como: solar, eólica e marinha, ao lado de outras tecnologias como a hidroelétrica.
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