Eficiência Energética: Cidades e Indústrias conectando ... · LPG: Gás Liquefeito de Petróleo....

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Eficiência Energética:

Cidades e Indústrias conectando

redes inteligentes

11/11/2015

Hitachi South America, Ltda.

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1. Cenário Mundial e Brasil

2. Tendências em Energia, Renováveis e Eficiência

3. O que está sendo feito?

4. Sistema de Gerenciamento de Cidades

Agenda


1.1 Cenário Mundial – Matriz Energética

3

- Matriz Energética mundial ainda é composta combustíveis fósseis mas há uma movimentação significativa de investimentos em fontes renováveis


1.2 Cenário Brasil – Matriz Energética

4

- Matriz Energética mundial ainda é composta combustíveis fósseis mas há uma movimentação significativa de investimentos em fontes renováveis

Capacidade Instalada 2024: 207GW

Capacidade Instalada 2014:133GW


1.2. Cenário Brasil – Consumo e Produção de Energia Elétrica

5 Fonte: BEN - Balanço Energético Nacional - EPE (Ministério de Minas e Energia)

0

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

300.000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

CONSUMO VS PRODUÇÃO DE ENERGIA

Consumption Production

(10³tep)

Classe média chega a

50% da população

Crise Apagão Falha Itaipu


1.4. Cenário Brasil – Situação Atual

7

Pro

ble

mas C

lim

áti

co

s

? Hidrelétricas com baixo nível de água

Termoelétricas caras e altas emissões de CO2

$

Desperdício de 10% e uso excessivo de energia = + de R$12bi de prejuízos C

rescim

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o

NECESSIDADE DE NOVAS FONTES

E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA

Eficiência Energética pode reduzir as necessidades de energia do mundo em 1/3 até 2050


1.5. Conceito de eficiência energética

8

- Eficiência energética é uma atividade que procura melhorar o uso das fontes de energia.

- A eficiência energética consiste na relação entre a quantidade de energia empregada em uma atividade e aquela disponibilizada para sua realização.


2.1. Tendências em Energia, Renováveis e Eficiência

9 Fonte: WORLD ENERGY INVESTMENT OUTLOOK 2014 FACTSHEET ENERGY EFFICIENCY)

Eficiência Energética

vs 2012

USD130 bi

Energia Renovável

USD240bi (USD120bi subsidiados) 2

01

4

20

35

Eficiência Energética

USD550bi

Transporte Construção Indústria

Os investimentos privados consistirão em melhorar

processos industriais, renovar construções e compras

de veículos mais eficientes.

Investi

men

tos


2.2. Experiência internacionais

10


2.3. Eficiência Energética no Brasil

11

Brasil

Conscientização da População; Uso de novas tecnologias de iluminação

(led), eletrodomésticos, ar condicionado, inversores de frequência e máquinas mais modernas e eficientes;

Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (Procel);

Lei de Eficiência Energética 2001 – Níveis mínimos

Japão

Conscientização da População; Uso de novas tecnologias de iluminação

(led), eletrodomésticos, ar condicionado, inversores de frequência e máquinas mais modernas e eficientes;

Contínuo investimento em P&D / parcerias

Uso de geração distribuída

Uso de softwares dedicados ao Gerenciamento de Energia;

Aproveitamento do calor de exaustão


2.4. Programa de Eficiência Energética no Japão

12


2.5. A Evolução das Fontes de Energia no Japão

13

Fonte: Energia do Japão - 2014; Ministério da Economia Comércio e Indústria do Japão

Dados da Agência de Recursos Naturais e Energia

Percentual extraído com base no potencial energético de cada segmento

Hidrelétrica: 8,5%

Nuclear: 1,0%

Outros Gases: 1,2%

LNG: 43,2%

Petróleo, LPG: 13,7%

Renováveis: 2,2% Hidrelétrica: 8,5%

Nuclear: 28,6%

Outros Gases: 0,9%

LNG: 29,3%

Petróleo, LPG: 6,6%

Renováveis: 1,1%

Antes do

Terremoto 2010

Dependência do

Combustível Fóssil

Importado

Dependência do

Combustível Fóssil

Importado

Depois do

Terremoto 2013

Carvão Mineral: 25,5%

Carvão Mineral: 30,3%

LPG : Gás Liquefeito de Petróleo.

LNG : Gás Natural Liquefeito; Gás cujo Metano é resfriado e liquefeito;

Outros Gases: Gás de Rua, Gás Natural, Gás de Coqueria, etc.

Dados Geracao 2011 : Capacidade Instalada : 226GW ( excluindo Nuclear : 175GW)

Geracao em 2010 : 10,06 GWh Geracao em 2012 : 9,4 GWh

© Hitachi, Ltd. 2015. All rights reserved. 14 Fonte: Energia do Japão - 2014; Ministério da Economia Comércio e Indústria do Japão

Dados da Agência de Recursos Naturais e Energia

Certas modalidades de Energias Renováveis dependem de condições climáticas favoráveis ao seu funcionamento. Portanto é essencial que hajam fontes de energia de Backup ajustáveis à demanda,

como por exemplo Usinas Termelétricas.

2.6. Modelo de Geração - Energia Solar, Eólica e Eficiência Energética

Demanda de Energia

Geração Fotovoltaica (Variação na

geração) Geração

Fotovoltaica (dias de chuva)

Geração Eólica (dias de pouco vento)

Geração Eólica

(variação na geração)

Geração de Base: Hidrelétrica, Nuclear, Geotérmica, Carvão, outros

Geração

Solar (dia de alta

irradiação)

Geração

Eólica (dia de ventos fortes)

Energia

de Backup (Termelétricas,

outros)

Manhã Tarde Noite

Energia

de Backup

Necessário ter

Potência de

saída ajustável

Energia

Solar

Depende de

Incidência de

Luz Solar

Energia

Eólica

Requer instalação

em locais de

condição geofísica

favorável

Fontes Renováveis e Energia de Backup


2.7. Região de Vila Rokkasho – Aomori e Planta Piloto de Rokkasho

15

11.000 habitantes

Local inóspido ao norte do Japão

Grid de energia: baseada

em energia Eólica –

77 turbinas eólicas

(Geração) Atender os requerimentos do Sistema de Controle

de Geração

• Fornecimento de energia elétrica livre de CO2 baseado em

energia eólica e energia fotovoltáica e baterias

• Criar estabilidade na rede

(Demanda) Obter benefícios tanto para a geração quanto

a demanda

• Desenvolvendo um sistema de gerenciamento de demanda

• Esta planta piloto permitiu que os residentes nesta Rede

Inteligente mantenham seu padrão de vida confortável, ao

mesmo tempo em que trazem benefícios a geração.


2.8. Conceito de Smart Community (Vila Rokkasho)

16

Photovoltaic （Hitachi）

Operator Monitor

automatic surveillance and control Server (D-EMS server) PCS

PCS

PV

Hub Battery (250kW)

PHV （Plug-in Hybrid Vehicle）

PCS （Power Conditioning System)

C-EMS ( Community Energy Management Systems)

Charge/ Discharge Control

Charge/ Discharge

Mini-Information Hub Server

ＮＡＳ Battery （ＮＧＫ）

Inter-connection Point

Heat Pump Control

・Grid S

ide S

upply

and D

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and

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nte

gra

tion

Multi family housing

Smart House （ JWD ）

Smart house （ Panasonic ）

PHV

ＥＶ＆ＰＨＶ

（Smart Center）

Futamata Window Power Generation Site

（JWD）

Energy Service

Information Exchange

PHV Charger

Power Grid

Power Distribution Line

Information Flow Control

Smart Home/

Building

Surveillance and Control Information Exchange

Smart House （Toyota）

Control Center （Hitachi）

Grid Side Information

↓ ↑ Demand Side Energy

Service Information

51MW

100 kW

34 MW

・Dem

an

d s

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po

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r

g

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tio

n a

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2.9. Controle de Geração e Armazenamento

17


2.10. Controle de Demanda e Gerenciamento

18


3.1. Conceito de Smart Community (Maui Case)

19


3.2. Smart Factory (Omika Factory)

20

Peak cut (controle Ar Cond) and peak shift (Armaz Bateria) / EMS distribuído

PCS for PV

Battery

EV Charger

Solar panels

Solar panels Smart meter Management center

Solar panels

electricity information

distributed EMS

EMS:Energy Management System

Future city model

project (the Federation of

Economic Organizations)

Contribution

Hitachi Power Solutions (Onuma Works)

Hitachi Information Control Solutions

Hot water supply

Omika works

EV connection car


3.3. Sistema de Gerenciamento de Energia (EMS)

[ Previsão de Demanda ]

[ Previsão de Geração de Energia/Calor ]

[ Plano de abastecimento ]

[ Controle e Monitoramento em Tempo Real ] [ Visualização/ Gerenciamento de KPI ]

1. Histórico de uso de energia

2. Previsão de demanda baseado

na previsão de tempo

3. Previsão de demanda de acordo com PCP

1. Lógica de previsão de geração de energia de

fontes renováveis

2. Lógica de previsão de geração da Biomassa

1. Cálculo de energia

(a) Extração da diferença entre a energia demandada e

energia gerada pelas fontes renováveis

(b) Simulação de Peak cut/shift

2. Planejamento de abastecimento

(a) Plano de carga e descarga de Baterias

(b) Reaproveitamento de calor

3. Simulação dos custos de fornecimento x Preço dinâmico

1. Monitoramento da Utilidades e gerenciamento dos resultados

2. Detecção de diferenças entre o planejado e o fornecimento

real

3. Controle em tempo real (cargas baixa prioridd)

4. Info de atraso/mudança na programação da produção

1. Relatórios

(a) Visualização do consumo de energia

(diariamente/mensalmente/ anualmente

(b) Relatório de descarga de energia

2. Gerenciamento de KPI

(a) Despesas Mensais/Anuais e mudanças

(b) Gerencimanto dos custos fixos


Tela do histórico de carga da bateria e controle de descarga

3.4. Armazenamento de energia utilizando o peak-shift

Monitor de Demonstração de Experimento da Fábrica de Omika FEMS

Auto-suficiência de

energia

CO2 Taxa de redução

Temp. Radiação

Solar

de Energia Consumo Total

de Energia Geração Total

Carga e Descarga

Energia Recebida

Descarga

Redução de 23% no consumo

de energia no pico do Verão de 2010


0

100

200

300

400

500

600

9 10 11 12 13 14 15 16

5ライン

4ライン

3ライン

2ライン

1ライン

[hour]

[kWh]

0

100

200

300

400

500

600

9 10 11 12 13 14 15 16

5ライン

4ライン

3ライン

2ライン

1ライン

FEMS（Energy demand simulate） MES（Production planning）

[hour]

Energy

demand

simulate

Supply

planning

Human

resource

Date of

delivery

Shipment

(Dispatcher)

Quality

inspection

[kWh] [hour]

Plan,Preparation Manufacture Cleaning

Facility

conservation

Demand energy

planning

Electric power demand forecast

[hour] Peak shift

3.5. Planejamento de Produção com Peak-shift

Simulate energy demand from production plan

Change production plan to shift peak


3.6. Peak-cut

Sumário da estrutura de controle

Communication line

Air conditioner

Remote controller

Server

Cotroller

Interface

Command

FEMS

Monitoring

demand power

First alarm⇒raise temp. setting⇒stop half

Second alarm⇒stop all


4.1. Gerenciamento de Cidades - Cenário Futuro

25


4.2. Cases da Hitachi no Mundo

26


4.3. CrystEna battery solution.

27

PCS

Baterias

EMS

AEMS Area Energy Management System

BEMS Building Energy Management System

FEMS Factory Energy Management System

EEMS Enterprise Energy Management System

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