Eficiência Energética

Prévia do material em texto

Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
EFICIÊNCIA ENERGÉTICAEFICIÊNCIA ENERGÉTICAEFICIÊNCIA ENERGÉTICAEFICIÊNCIA ENERGÉTICAEFICIÊNCIA ENERGÉTICAEFICIÊNCIA ENERGÉTICAEFICIÊNCIA ENERGÉTICAEFICIÊNCIA ENERGÉTICA
Conceituações e resultados
M.Sc. Rafael Balbino Cardoso
Centro de Excelência em Eficiência Energética - EXCEN
Maio/2009
� O desenvolvimento econômico e social requer energia 
� A geração e a distribuição de energia apresentam custos crescentes
� Os sistemas energéticos trazem problemas ambientais 
� Tem ocorrido sucessivas crises energéticas nos últimos anos
É preciso usar bem energia
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
� Tem ocorrido sucessivas crises energéticas nos últimos anos
� É Imprescindível incrementar a eficiência energética
�Como incrementar a eficiência energética?
� Tecnologias mais eficientes
� Mudanças nos hábitos de uso
� Na prática: Programas de fomento à eficiência energética
2
� Medidas de eficiência energética no Brasil:
� Um programa pioneiro: CONSERVE em 1981
� Ainda na década de 1980: PBE/INMETRO e PROCEL/Eletrobrás
� Em 1993: o Programa Selo PROCEL
O Brasil tem promovido a eficiência energética
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
� Em 1993: o Programa Selo PROCEL
� Lei n° 9.991/2000 (0,5% do faturamento das concessionárias para EE)
� Lei n°10.295/2001 (Índices Mínimos de Eficiência)
3
� Informação das Etiquetas: contínua, por categoria ou de 
credibilidade.
A etiquetagem promove a eficiência
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
Etiqueta Canadense: Classificação em 
escala contínua
Etiqueta Norte Americana: Classificação 
em escala contínua
Etiqueta Brasileira: Classificação por 
categoria
Etiqueta Européia: Classificação por 
categoria
Etiqueta Energy Star
Selo PROCEL
É preciso medir os resultados da etiquetagem
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
� Os programas de etiquetagem orientam os consumidores para comprar 
equipamentos mais eficientes, com menores perdas energéticas. 
Exemplo: os condicionadores de ar mais eficientes, com Selo PROCEL, 
5
podem consumir 30% menos energia elétrica.
� Entretanto, qual o impacto da difusão desses equipamentos sobre o sistema 
energético nacional? Qual a economia de energia obtida e por obter? 
� Importância da Medição e Verificação das medidas de eficiência energética, 
em particular dos programas de etiquetagem.
O Programa Selo PROCEL vêm atuando nesse sentido.
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
É preciso medir os resultados das medidas de 
eficiência energética
O PROCEL e o EXCEN vêm 
atuando na M&V das 
Centro de Excelência em Eficiência Energética -
EXCEN (Itajubá - MG)
6
medidas de Eficiência 
Energética implementadas 
no país. 
SUMÁRIO
� 1. Introdução
� 2. Modelos Anteriores de Avaliação de Resultados de E.E
� 3. Modelo Atual de Avaliação
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
7
� 4. Dados de entrada e incertezas do Modelo Proposto
� 5. Resultados alcançados
� 6. Conclusões
� 7. Aplicação (Exemplo)
1. Introdução
� Através de ações voluntárias o Programa Selo PROCEL vem informando os 
consumidores quanto a alguns equipamentos elétricos mais eficientes no 
mercado brasileiro. Entre esses equipamentos encontram-se os freezers, 
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
8
refrigeradores, lâmpadas fluorescentes, reatores, condicionadores de ar do tipo 
janela e split, motores elétricos, coletores solares térmicos, máquinas de lavar 
roupa e televisores.
� Essas ações, pelo lado da carga, contribuem energeticamente para o país com as 
chamadas “Usinas Virtuais” oriundas da economia de energia.
SUMÁRIO
� 1. Introdução
� 2. Modelos Anteriores de Avaliação de Resultados de E.E
� 3. Modelo Atual de Avaliação
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
9
� 4. Dados de entrada e incertezas do Modelo Proposto
� 5. Resultados alcançados
� 6. Conclusões
� 7. Aplicação (Exemplo)
2. Modelos Anteriores de Avaliação
� Premissas:
� Avaliação agregada em nível nacional, sem nenhuma desagregação por categoria de 
equipamentos.
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
10
� Consumos unitários de energia de acordo com às condições padronizadas de ensaio, 
sem considerar sazonalidades, hábitos de uso, efeitos de perda de desempenho dos 
equipamentos devido à idade, entre outros.
� Não considera o impacto energético ao longo da vida útil.
SUMÁRIO
� 1. Introdução
� 2. Modelos Anteriores de Avaliação de Resultados de E.E
� 3. Modelo Atual de Avaliação
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
11
� 4. Dados de entrada e incertezas do Modelo Proposto
� 5. Resultados alcançados
� 6. Conclusões
� 7. Aplicação (Exemplo)
3. Modelo Atual de Avaliação
� Objetivo dos modelos: Avaliar os impactos energéticos do Programa Selo 
PROCEL, nos níveis de utilização de energia e potência, ao longo da vida útil de 
de forma desagregada para que se possam incluir os efeitos sazonais (como 
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
12
de forma desagregada para que se possam incluir os efeitos sazonais (como 
temperatura ambiente) e perda de desempenho dos equipamentos devido a 
idade.
� Desagregações: Região, setor (comercial, residencial e industrial), categoria de 
equipamentos e períodos do ano (seco e úmido)
� Perda de desempenho dos refrigeradores devido a idade.
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
1 ,4
1 ,6
1 ,8
FD
3. Modelo Atual de Avaliação
13
0 ,0
0 ,2
0 ,4
0 ,6
0 ,8
1 ,0
1 ,2
1 ,4
0 5 1 0 1 5 2 0
Id a d e
Trecho 2 – Influência da vedação
Trecho 3 – Influência do isolamento, vedação, termostato e compressor
Os refrigeradores tem o consumo 60% 
maior no final da vida útil.
� Modelagem para os cálculos do consumo de energia do parque:
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
Consumo de energia 
elétrica (kJ)
�Os condicionadores de ar apresentam diferentes performance para 
resfriamento e aquecimento.
3. Modelo Atual de Avaliação
18 Tamb ext (°C)23 25 35 
C2
C3
Região Sudeste (período seco)
Condição de ensaio
15
C1
COPA = 1+COPR COPR
Sul
Cmin
� Modelagem para os cálculos da economia de energia: 
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
Economia observadaEconomia observada Mercado com produtos da Mercado com produtos da “linha de “linha de base”base” (equipamentos sem o Selo)(equipamentos sem o Selo)
Mercado Mercado “potencial”“potencial” com 100% Eficientecom 100% Eficiente
Mercado Mercado “real”“real” estimado (C.S e S.S)estimado (C.S e S.S)
MWhMWh
3. Modelo Atual de Avaliação
alReLB CEECEEEE −=
onde:
CEELB – Consumo de energia elétrica do parque da linha de base (100% do parque 
sem o Selo PROCEL)
CEEReal – Consumo de energia elétrica do parque real (sem Selo e com Selo PROCEL)
tempotempo
Economia potencialEconomia potencial
Economia ainda possívelEconomia ainda possível
SUMÁRIO
� 1. Introdução
� 2. Modelos Anteriores de Avaliação de Resultados de E.E
� 3. Modelo Atual de Avaliação
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
16
� 4. Dados de entrada e incertezas do Modelo Proposto
� 5. Resultados alcançados
� 6. Conclusões
� 7. Aplicação (Exemplo)
4. Dados de entrada e incertezas do Modelos Propostos
Informações de mercado para a modelagem proposta para refrigeradores:
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
18
1
7
16
11
12
1
7
20
1
6
41
3
6
26
1
7
17
1
7
34
61
8
Porcentagem de refrigeradores por capacidade
17
1
35
38
0
41
32
2
42
36
1
32
40
1
12
37
41
0
21
44
1
38
36
3
49
34
Total Sul Nordeste Sudeste A B C D
Menosde 200 litros De 200 a 299 De 300 a 399 De 400 a 499 500 litros ou mais Não sabe
43 40 38
24 22
26
13
18 17
8 9 7
2 4 4 2 2 3
Consul Brastemp Electrolux Prosdócimo Continental CCE
2003 2004 2005
Market share
Fonte: AC Nielsen (2005)
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
� Etiquetagem de condicionadores de ar (janela e split) no Brasil:
� Para receberem a ENCE ou o Selo PROCEL devem atingir os índices de 
eficiência energética especificados.
� Os ensaios são efetuados de acordo com as normas NBR 05858/1983 e NBR 
4. Dados de entrada e incertezas do Modelos Propostos
18
� Os ensaios são efetuados de acordo com as normas NBR 05858/1983 e NBR 
12010/1983 (Tbs amb externo= 35°C ; Tbs amb.interno= 26,7°C)
Condicionadores janela Condicionadores split
Obs: Observa-se grande concentração de equipamentos classe A no mercado brasileiro
1.20
� Parque de equipamentos:
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
Evolução das vendas de condicionadores de ar (janela) - Brasil
Milhões de unidades
4. Dados de entrada e incertezas do Modelos Propostos
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 19
Fonte: ABRAVA (2008)
16%13%
� Parque de equipamentos:
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
Concentração de condicionadores de ar por região do Brasil
4. Dados de entrada e incertezas do Modelos Propostos
47%
8%
16%
Sul Sudeste Centro-Oeste Nordeste Norte
20
Fonte: ABRAVA (2008)
Comercial
20%
� Parque de equipamentos:
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
Concentração de condicionadores de ar janela e split por setor 
Razão entre número de condicionadores 
de ar no setor residencial brasileiro e o 
número de domicílios é 0,16.
4. Dados de entrada e incertezas do Modelos Propostos
Residencial
80%
20%
21
Fonte: PROCEL (2007)
número de domicílios é 0,16.
� Consumo unitário dos equipamentos:
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
Índices de Eficiência Energética – Split sem Selo 
(6 a 12 kBtu/h)
Esses índices foram levantados 
condicionadores do tipo janela e 
split desagregados na seguintes 
categorias:Marca / Ano 2004 2005 2006 2007
4. Dados de entrada e incertezas do Modelos Propostos
22
1) Janela (Com e Sem Selo):
6.000 – 12.000 Btu/h
12.001 – 30.000 Btu/h
2) Split (Com e Sem Selo):
6.000 – 12.000 Btu/h
12.001 – 36.000 Btu/h
WHIRLPOOL 9.53 9.53 9.86 10.2
ELETROLUX - - - -
ELGIN - 8.45 9.87 10.01
GREE 10.36 10.25 10.33 10.35
SPRINGER 10.11 9.55 10.07 10.3
� Consumo unitário dos equipamentos:
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
Temperaturas média ambiente ponderada pela população das 
mesorregiões geográficas do IBGE 
Período
4. Dados de entrada e incertezas do Modelos Propostos
23
Fonte: CPTEC/INPE (2007) e SIDRA/IBGE (2007)
Região
Período
Seco (°C) Úmido (°C)
Sul 15,3 21,8
Sudeste 20,6 24,6
Centro-Oeste 22,2 25,0
Nordeste 24,4 25,1
Norte 25,1 25,2
� Consumo unitário dos equipamentos:
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
Tempo de utilização de condicionadores de ar (horas) 
Região
Setor Residencial Setor Comercial
P. Seco P. Úmido P. Seco P. Úmido
Sul 974 0 1217 0
4. Dados de entrada e incertezas do Modelos Propostos
24
Premissas:
• Os condicionadores são utilizados somente quando a temperatura média
ambiente de cada período é superior a 23°C (resfriamento) ou inferior a 18°C
(aquecimento).
• Com base em informações do PROCEL (2007) os condicionadores de ar são
utilizados 8 horas por dia no setor residencial e 10 horas por dia no setor comercial.
Sul 974 0 1217 0
Sudeste 0 695 0 869
C.-Oeste 0 695 0 869
Nordeste 974 695 1217 869
Norte 974 695 1217 869
Market share_condicionadores janela
Elgin
4%
Gree
11%
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
4. Dados de entrada e incertezas do Modelos Propostos
Whirlpool
43%
Springer
23%
Eletrolux/Prosd
19%
Fonte: ABRAVA (2008)
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
Incerteza do Modelo (Freezers e Refrigeradores)
Variável Incerteza
Ni ± 4,6%
4. Dados de entrada e incertezas do Modelos Propostos
26
Ni ± 4,6%
Ci ± 19,7%
EEi ± 28,2%
A incerteza do Modelo Proposto de cálculo de Economia de Energia 
elétrica, atribuída ao Programa Selo PROCEL, no âmbito de freezers e 
refrigeradores é da ordem de 28%.
SUMÁRIO
� 1. Introdução
� 2. Modelos Anteriores de Avaliação de Resultados de E.E
� 3. Modelo Atual de Avaliação
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
27
� 4. Dados de entrada e incertezas do Modelo Proposto
� 5. Resultados alcançados
� 6. Conclusões
� 7. Aplicação (Exemplo)
5. Resultados alcançados
Modelagem proposta para refrigeradores: Consumo de energia
Consumo de refrigeradores e freezers Consumo de refrigeradores e freezers -- BrasilBrasil
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
22,000
24,000
 GWh
 Baseline Park (without PROCEL Label)
 Potential Park (100% with PROCEL Label)
1,012 GWh
1,840 GWh
28
12,000
14,000
16,000
18,000
20,000
22,000
1986 1990 1994 1998 2002 2006
 Potential Park (100% with PROCEL Label)
 Actual Park (with and without PROCEL Label)
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
1000
1200
Economia anual de freezers e refrigeradores
GWh
5. Resultados alcançados
29
0
200
400
600
800
1000
1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
Ano
A economia estimada no ano de 2005 foi de 
1.012 GWh
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
Redução da Demanda de Ponta atribuída a todas as categorias de Redução da Demanda de Ponta atribuída a todas as categorias de 
Freezers e RefrigeradoresFreezers e Refrigeradores
80
90
A redução da demanda de ponta no ano de 2005 
foi de aproximadamente 147 MW dos 61.000 MW 
MW
5. Resultados alcançados
30
0
10
20
30
40
50
60
70
Refrig. 1P Refrig.comb Refrig.comb
FF
Refrig.comp Freezer H Freezer V Freezer V FF
Categoria
foi de aproximadamente 147 MW dos 61.000 MW 
registrados, o que representa uma redução de 
0,24% na demanda máxima. 
20000
25000
30000 GW h
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
Evolução Consumo das lâmpadas no setor residencial brasileiro
EE = 7.323 GWh
20% é atribuída ao 
Selo PROCEL.
5. Resultados alcançados
0
5000
10000
15000
2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
Ano
L inha d e B ase ( In candescen tes e tubu la res ) R ea l (B .L e e fic ien tes )l P o ten c ia l (E fic ien tes )
31
A Redução de Demanda de Ponta (RDP) atribuída às lâmpadas 
fluorescentes compactas e circulares com o Selo PROCEL no setor 
residencial brasileiro foi da ordem de 1GW em 2007.
SUMÁRIO
� 1. Introdução
� 2. Modelos Anteriores de Avaliação de Resultados de E.E
� 3. Modelo Atual de Avaliação
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
32
� 4. Dados de entrada e incertezas do Modelo Proposto
� 5. Resultados alcançados
� 6. Conclusões
� 7. Aplicação (Exemplo)
6. Conclusões
� Um dos grandes desafios da Eficiência Energética é a M&V dos resultados 
alcançados. O Brasil vem atuando nesse sentido.
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
33
� O Brasil possui um grande potencial, no entanto, os resultados alcançados até 
hoje são inferiores com relação aos países europeus, asiáticos e norte americano. 
SUMÁRIO
� 1. Introdução
� 2. Modelos Anteriores de Avaliação de Resultados de E.E
� 3. Modelo Atual de Avaliação
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
34
� 4. Dados de entrada e incertezas do Modelo Proposto
� 5. Resultados alcançados
� 6. Conclusões
� 7. Aplicação (Exemplo)
7. Aplicação
1_ Imagine que todas as lâmpadas de sua residênciafossem incandescentes com 
potência de 100 W (Vida Útil – VU=1000 horas) e você resolve trocar todas as 
lâmpadas por lâmpadas fluorescentes compactas – LFCs com potência de 25 W 
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
35
(Vida Útil de 5000 horas). Sabe-se que cada lâmpada custa R$ 7,00 e você vai 
pagar o investimento total a vista. Considere a tarifa de energia de MG (onde 
você mora) e faça as considerações necessárias quanto ao tempo de utilização 
das lâmpadas para calcular a atratividade do investimento (TIR, VPL, TR, VA).
Faça as análises de sensibilidade das variáveis e verifique qual tem > influência 
na decisão (de trocar ou não as lâmpadas).
7. Aplicação
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
2_Um Engenheiro Hídrico elaborou um projeto de irrigação para um bataticultor, 
determinando uma potência de 100 kW para a bomba. Para esse sistema, ajude a 
definir a alternativa de acionamento a ser adotada, frente as seguintes opções:
36
Qual a opção deve ser indicada pelo engenheiro?
Considere: i = 20% a.a
Consumo específico do motor diesel: 0,2 l/cvh
Preço do diesel e tarifa – pesquisar.
� Modelagem para a estruturação do Banco de Dados (Sql):
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
Parque de 
equipamentos
Apêndices
Consumo unitário
FU
37
Ex: Condicionadores 
de ar
Formação do parque de condicionadores de ar janela
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
Apêndices
8
9
10 12 anos
11 anos
10 anos
9 anos
Em 2007 o parque de condicionadores de ar 
era de cerca de 9 milhões de unidades.
Esse modelo de formação do parque 
desagregado por idade foi utilizado para as 
38
0
1
2
3
4
5
6
7
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007
M
i
l
h
õ
e
s
 
d
e
 
u
n
i
d
a
d
e
s
9 anos
8 anos
7 anos
6 anos
5 anos
4 anos
3 anos
2 anos
1 ano
5 regiões do país e 2 setores considerados 
(residencial e comercial)
Eficiência energética mínima para condicionadores de ar 
janela
Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI
Apêndices
2.5
3 EER (W/W) O Brasil apresenta 
EER para <2.32
39
0
0.5
1
1.5
2
China EUA Coreia Japão Brasil
condicionadores de 
ar janela mais 
vulneráveis que os 
paises estudados 
por Rosenquist & Lin 
(2008).
Fonte: Rosenquist & Lin (2008)