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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
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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
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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
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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
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1.4. Cenário Brasil – Situação Atual
7
Pro
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? Hidrelétricas com baixo nível de água
Termoelétricas caras e altas emissões de CO2
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Desperdício de 10% e uso excessivo de energia = + de R$12bi de prejuízos C
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NECESSIDADE DE NOVAS FONTES
E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
Eficiência Energética pode reduzir as necessidades de energia do mundo em 1/3 até 2050
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1.5. Conceito de eficiência energética
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- 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.
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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
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2.2. Experiência internacionais
10
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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
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2.4. Programa de Eficiência Energética no Japão
12
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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
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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.
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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
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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
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2.9. Controle de Geração e Armazenamento
17
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2.10. Controle de Demanda e Gerenciamento
18
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3.1. Conceito de Smart Community (Maui Case)
19
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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
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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
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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
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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
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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
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4.1. Gerenciamento de Cidades - Cenário Futuro
25
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4.2. Cases da Hitachi no Mundo
26
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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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