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Tese 2,8 MB - Técnico Lisboa

1. 30 Figura 3 3 Parque autom vel em Portugal 20 sse 31 Figura 3 4 Venda de ve culos em Portugal e preco m dio de venda ao p blico de combist veis 20 2 1 3 3 32 Figura 3 5 Varia o da venda de ve culos nos ltimos anos 20 32 Figura 3 6 Venda de ve culos por tipo de combust vel 20 33 Figura 3 7 Venda mensal de ve culos em Portugal nos ltimos anos 20 34 Figura 3 8 Idade do parque autom vel em Portugal 20 35 Figura 3 9 Distribui o de ve culos por regi o 20 a 35 Figura 3 10 Evolu o das vendas de ve culos ligeiros de passageiros at 2020 39 Figura 3 11 Venda de ve culos el ctricos para os v rios cen rios de penetra o Anexo B 1 Figura 4 1 Evolu o da pot ncia de ponta anual e do consumo em Portugal 25 44 xi Figura 4 2 Diagrama de carga de 12 de Janeiro de 2009 25 44 Figura 4 3 Diagramas de carga semanais t picos de cada esta o em 2009 25 45 Figura 4 4 Contributo de cada fonte no consumo em 2009 25 46 Figur
2. 59 Figura 4 17 Diagrama de carga em 2015 de acordo com o Carregamento N o Controlado para os v rios cen rios de penetra o de ve culos el ctricos 60 Figura 4 18 Diagrama de carga em 2015 de acordo com o Carregamento no Vazio para os v rios cen rios de penetra o de ve culos el ctricos 61 Figura 4 19 Diagrama de carga em 2015 de acordo com o Carregamento Cont nuo para os v rios cen rios de penetra o de ve culos el ctricos 61 Figura 4 20 Diagrama de carga em 2020 de acordo com o Carregamento N o Controlado para os v rios cen rios de penetra o de ve culos el ctricos 62 Figura 4 21 Diagrama de carga em 2020 de acordo com o Carregamento no Vazio para os v rios cen rios de penetra o de ve culos el ctricos 63 Figura 4 22 Diagrama de carga em 2020 de acordo com o Carregamento Cont nuo para os v rios cen rios de penetra o de ve culos el ctricos 63 Figura 4 23 Evolu o da contribui o de cada fonte de energia para o consumo final de energia el ctrica para o cen rio de refer ncia sem ve culos el ctricos 66 Figura 4 24 Mix energ tico de Espanha em 2009 Consumo total de 252 772 GWh 41 66 F
3. DE ELECT 1300 postos de carregamento 5 postos tuaga Monitoriza o da Rede Total de energia fornecida 67 123 kWh M dia de abastecimeetos ncia de utitiz gt Energia formecida T m Vetculos abastecsdos Porcentagem de abastecimentas por fornecedor Motivo 00 do carregamento 94 B 3 Evolu o da pot ncia t rmica instalada em Portugal Tabela B 1 Cronograma da entrada em funcionamento das novas CCGT Novos grupos t rmicos Pot ncia de base liq MW CCGT Lares I CCGT Lares II CCGT Pego CCGT Pego II CCGT Sines I CCGT Sines II CCGT Lavos I CCGT Lavos II 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 95 B 4 Evolu o da pot ncia renov vel instalada em Portugal Tabela B 2 Estimativa do contributo total previs vel de cada tecnologia baseada em fontes de energia renov vel e a traject ria indicativa das quotas de energia proveniente de fontes renov veis no sector da electricidade em 2010 2014 2011 2013 2018 Pp ww owh mw cwn h ww GWh MW em cma E n ow sam ET URN a Geotermica ml Mum caa E Sotarconcenmada of o n na ss wo s inca GS a paa oponas HR PE soo irme
4. 95 Tabela B 2 Estimativa do contributo total previs vel de cada tecnologia baseada em fontes de energia renov vel e a traject ria indicativa das quotas de energia proveniente de fontes renov veis no sector da electricidade em 2010 2014 96 Tabela B 3 Estimativa do contributo total previs vel de cada tecnologia baseada em fontes de energia renov vel e a traject ria indicativa das quotas de energia proveniente de fontes renov veis no sector da electricidade em 2015 2020 97 Tabela C 1 Dados dos barramentos 44 98 xiv Tabela C 2 Dados das linhas 44 98 XV Lista de Abrevia es V2G Vehicle to Grid SEN Sistema El ctrico Nacional ICE internal combustion engine EV electric vehicle HEV hybrid electric vehicle PHEV plug in hybrid electric vehicle FCV fuel cell vehicle CD charge depleting CS charge sustaining SOC state of charge DOD depth of discharge xvi 1 Introdu o 1 1 Contexto O contexto da presente disserta o de mestrado insere se num dos maiores desafios da sociedade do s culo XXI fiabilidade seguran a e sustentabilidade do Sistema El ctrico e do Sistema de Transportes Rodovi rio Estes sistemas est o sujeitos volatilidade dos combust veis f sseis e s o os que contribuem para grande parte da
5. a S p 97 AnexoC Par metros da rede de distribui o radial de cinco barramentos Tabela C 1 Dados dos barramentos 44 Tabela C 2 Dados das linhas 44 XI0 0 0922 0 0470 0 4930 0 2511 0 3660 0 1864 0 3811 0 1941 98
6. arena 87 Refer ncias Bibliogr ficas eee inde tein etnia 89 Anexo Mercado x C 91 AG Rn k PERE SARTO t tiu cub 91 fes CHEESE ROO OL tei hh ELA La 92 Anexo B Impacto HO SEN nn dite e dna ees 93 B 1 Evolu o do Parque Autom vel El ctrico em Portugal 93 BZ MOBLE iiec aote diet ith e n 94 Evolu o da pot ncia t rmica instalada em Portugal 95 B 4 Evolu o da pot ncia renov vel instalada em Portugal 96 Anexo C Par metros da rede de distribui o radial de cinco barramentos 98 Lista de Figuras Figura 1 1 Compara o do consumo petrol fero mundial nos pa ses desenvolvidos e em vias de desenvolvimento no sector de transportes e nos restantes 2 2 Figura 1 2 Consumo petrol fero por regi o 2 aerea 3 Figura 1 3 Consumo e reservas de petr leo no Mundo 2 3 Figura 2 1 Funcionamento de um motor de quatro tempos 2 8 Figura 2 2 Pontos de opera o de um t pico ICE a velocidade constante para a mudan a mais alta e a segunda mais alta 2 see 9 Figura 2 3 Sistema de travagem convencional ssssssssse
7. das centrais termoel ctricas por tecnologia e por combust vel verificadas no CELE Portugal Continental 2005 a 20 37 MEHR 67 Tabela 4 8 Emiss es espec ficas 0 CO2 km de acordo com os consumos considerados 67 Tabela 4 9 Pre os da energia actualmente em vigor EUR KWh 69 Tabela 4 10 Custo do abastecimento dos ve culos el ctricos de acordo com os precos da energia em vigor 100 km 69 Tabela 5 1 Tipos de barramentos 75 Tabela 5 2 Caracter sticas de carregamento consideradas valores arredondados 81 Tabela 5 3 N mero de ve culos el ctricos em cada 81 Tabela 5 4 Cen rios de carregamento ssssssssssssseseeseeeeeeene nnne 81 Tabela 5 5 Varia o da pot ncia que transita nas linhas para os varios cen rios 85 Tabela 5 6 Varia o da utiliza o da capacidade da linha 85 Tabela A 1 Alguns modelos EVs actualmente em produ o 27 28 91 Tabela A 2 Alguns modelos HEVs actualmente em produ o 27 92 Tabela B 1 Cronograma da entrada em funcionamento das novas CCGT
8. 43 Pot ncia de Ponta Consumo Figura 4 1 Evolu o da pot ncia de ponta anual e do consumo em Portugal 25 A po wot Ci N O O O 23 4 5 6 7 8 9 1011 1213 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hora Figura 4 2 Diagrama de carga de 12 de Janeiro de 2009 25 Na Figura 4 3 s o indicados os diagramas de carga t picos nas diferentes pocas do ano Primavera Ver o Outono e Inverno O inverno representado pela semana que inclui o dia em que ocorreu a ponta m xima anual Verifica se que os n veis de pot ncia requisitada rede sofrem grandes varia es durante todo o ano e que s o t picos em cada esta o do ano 44 Para a mesma hora e para pocas diferentes o consumo pode ter uma varia o at 3 GW e analisando o dia de ponta m xima chega se a uma diferen a de 4 GW entre o vazio e a ponta Isto reflecte a necessidade de previs o dos diagramas de carga de modo a planear a imobiliza o dos meios necess rios a cada momento em prol do bom funcionamento do sistema Os fins de semana s o facilmente identific veis O vazio ocorre durante o hor rio nocturno e a ponta a partir das 18h que corresponde ao fim do hor rio de trabalho e chegada das pessoas a casa Os equipamentos de climatiza o t m uma grande influ ncia nos diagramas de carga e por essa raz o que a ponta registada no Inverno A ba BA A ARA ARAL GAS U U U PARA V V v
9. avan os tecnol gicos nessa rea j permitem a cria o de solu es interessantes mas com limita es Procede se agora caracteriza o das vendas de ve culos ligeiros de passageiros em Portugal Figura 3 10 Para tal s o consideradas as estat sticas do parque autom vel nacional nomeadamente a venda anual de 195 mil unidades e a taxa de crescimento de vendas anual de 1 Na determina o do ltimo par metro considerou se que a j avan ada idade m dia de cerca de 50 dos ve culos em Portugal e a exist ncia do programa de abate do Governo podem realmente originar um acr scimo nas vendas e com esta base o ano de 2009 pode ser desprezado Claro que este crescimento s ser poss vel com o crescimento econ mico e desenvolvimento do pa s nos pr ximos anos Apesar da taxa de varia o anual de vendas entre 2004 e 2008 ser de 2 e tendo em conta o actual estado do Pa s Outubro de 2010 opta se por um crescimento mais contido sobretudo devido ao aumento do IVA em 2011 e segundo previs es da ACAP dever se registar um aumento de vendas de ve culos antes do final do ano 2010 como j aconteceu anteriormente 150 w G 5 E 2 100 50 0 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 Figura 3 10 Evolu o das vendas de ve culos ligeiros de passageiros at 2020 S o agora definidos os cen rios de penetra o de ve culos el ctricos em Portugal e carac
10. 15 designa o de PHEV apelando a uma autonomia el ctrica m nima bateria de maior capacidade que nos HEVs Pretende se com esta medida estabelecer m nimos de modo a usufruir das vantagens deste tipo de ve culo Figura 2 7 Ilustra o de um PHEV 9 2 3 3 1 Modos de Operac o O modo de opera o do ve culo determina o tipo e o tamanho da bateria de acordo com o seu m todo de descarga Charge depleting CD Neste modo a energia armazenada nas baterias usada para alimentar o PHEV A carga da bateria vai diminuindo state of charge SOC at atingir um n vel m nimo threshold Nessa altura o ve culo passa a funcionar no modo charge sustaining CS Blended O modo CD pode ser concebido para usar apenas a energia das baterias ou em conjunto com o ICE Este ltimo modo designado por b ended e normalmente utilizado por ve culos que n o t m energia el ctrica suficiente para manter velocidades altas e precisa por isso do aux lio do ICE Como resultado as baterias dos ve culos que usam este modo n o s o t o potentes como as do modo CD Charge sustaining CS Resulta do melhor desempenho do sistema global ICE e motor el ctrico Neste caso a pot ncia na bateria estar dentro de uma banda e ter tend ncia para manter a carga usando para esse efeito o ICE como propuls o principal h brido convencional Na literatura um PHEV caracterizado pela sua autonomia no mod
11. 1 1 2 j 1 j 3 Calcular o Jacobiano J H N k VS 1 5 17 O Jacobiano tem dimens o 2 n 1 x 2 n 1 e uma matriz assim trica ainda que topologicamente sim trica a um elemento n o diagonal n o nulo no tri ngulo superior corresponde um elemento n o nulo no tri ngulo inferior Os seus elementos calculam se analiticamente a partir das equa es do tr nsito de energia obtendo se Li VVj Gij sin 6 6 By cos 8 4 5 18 Ny Jiy ViVj G cos 6 6 By sin 6 6 5 19 Para i j 77 Q Bu V 5 20 Ny P 5 21 Ju P GuV 5 22 Li Qi Bu 5 23 Para i j 4 Calcular os acr scimos e AV resolvendo o sistema de equa es AP id lu 1 3 5 Para os barramentos PQ actualizar os valores da amplitude e argumento da tens o VET Vi AVE 5 24 0f 5 25 6 Para os barramentos PV actualizar o valor do argumento pela equa o anterior e calcular a pot ncia reactiva injectada Qi 2 les 0 0 md Bij 0 6 5 26 7 Caso a pot ncia reactiva esteja fora dos limites maximo e minimo impostos pelo gerador dever se a reclassificar o barramento como falso PQ Na itera o seguinte calcula se a pot ncia reactiva usando os valores especificados da tens o para todos os barramentos PV se estiver dentro dos limites o barramento volta
12. 10 assistir o ICE para fornecer um certo n vel de desempenho aceit vel Isto porque houve uma altura em que a engenharia dos motores el ctricos estava mais avangada que a engenharia do ICE Mais uma vez estas configura es acabaram por desaparecer com o r pido desenvolvimento do ICE O interesse no conceito de HEV voltou nos anos 90 quando se tornou claro que os EVs n o conseguiam atingir os objectivos pretendidos como alternativa energ tica A ind stria autom vel virou as suas aten es para este tipo de ve culo el ctrico e poucos anos depois foram lan ados no mercado alguns modelos 2 Actualmente o HEV resulta de uma solu o intermedi ria entre o EV e o ve culo ICE de modo a compensar as desvantagens de cada um e tirar proveito das vantagens O Toyota Prius o Honda Insight e o Honda Civic Hybrid s o a prova do sucesso dos HEVs Estes ve culos s o caracterizados por terem emiss es inferiores e menor consumo de combust vel em compara o aos ve culos convencionais devido optimiza o do funcionamento do ICE e recupera o de energia cin tica durante a travagem travagem regenerativa regenerative breaking O controlo do ICE optimizado ao ajustar a sua velocidade e bin rio podendo resultar numa redu o de manuten o Contudo este tipo de ve culos depende dos combust veis f sseis t m um maior custo introdu o do motor el ctrico sistemas de armazenamento de energia e conversores
13. C Leguijt D Bennink L Wielders X Rijkee A Buck W Braat Green Power for Electric Cars Development of policy recommendations to harvest the potential of electric vehicles Delft Report 2010 33 C Camus C Silva T Farias J Esteves mpact of Plug in Hybrid Electric Vehicles in the Portuguese Electric Utility System IEEE 2009 34 S Shao M Pipattanasomporn S Rahman Challenges of PHEV Penetration to the Residential Distribution Network IEEE 2009 35 K Parks P Denholm T Markel Cost and Emissions Associated with Pug In Hybrid Electric Vehicle Charging in the Xcel Energy Colorado Service Territory NREL Technical Report 2007 36 www sae org 37 www iec normen de 38 www mennekes de 39 www imtt pt 40 ERSE Com rcio Europeu de Licen as de Emiss o de Gases de Efeito de Estufa An lise para Portugal Per odo 2005 2008 2009 41 www ree es 42 M Chehaly O Saadeh C Martinez G Joos Advantages and Applications of Vehicle to Grid Mode of Operation in Plug In Hybrid Electric Vehicles IEEE 2009 43 S Paiva Redes de Energia El ctrica uma an lise sist mica IST Press 2007 44 N Fernandes Impacto da Liga o de Geradores E licos na Rede de Distribui o Disserta o de Mestrado Instituto Superior T cnico 2010 90 AnexoA Mercado A 1 EVs Apresentam se de seguida alguns EVs dispon veis no mercado Tabela A 1 Alguns modelos EVs actualmente em produ
14. Com funcionalidades V2G os ve culos el ctricos podem funcionar como carga ou gera o distribu da Desta forma e interligando estes dois sistemas podem se reduzir as perdas nas redes e diminuir as varia es de tens o e como resultado garantida a qualidade de energia el ctrica Com excesso de produ o e lica os ve culos el ctricos entram em carregamento e nas horas de consumo mais elevado ambos os sistemas podem fornecer energia A bombagem um exemplo desta tend ncia ocorre durante os per odos de vazio armazenando energia para os per odos em que ela necess ria Desta forma pode se evitar a produ o com maior n mero de arranques de grupos e em regimes de menor rendimento situa es que conduzem a acrescidos custos de opera o e manuten o A aplica o do V2G poder ajudar o desenvolvimento de smart grids 6 1 Perspectiva de Trabalho Futuro O caso Portugu s nico a n vel mundial enquanto a maioria dos pa ses est o a criar uma rede de pontos de carregamento em algumas cidades Portugal est a implementar uma 87 rede integrada de pontos de carregamentos a n vel nacional Isto pode colocar o nosso pa s na linha da frente na investiga o da mobilidade el ctrica e sua interac o com a rede e criar oportunidades na ind stria numa altura em que o pa s pode entrar em recess o Existem diversos temas ligados mobilidade el ctrica sendo as aplica es V2G o mais atraente Tendo em co
15. E qe E NS DESSES ORE e UR tu as arm e ER Em EE Ee E Ee tos sa tais am o am 16 uu Nu ee Rat x en ge so uol au aus aus aus au aus E GE E gl 4077 4 inn am w aus aus aus a al n s et s ul ef RA 96 Tabela B 3 Estimativa do contributo total previs vel de cada tecnologia baseada em fontes de energia renov vel e a traject ria indicativa das quotas de energia proveniente de fontes renov veis no sector da electricidade em 2015 2020 2015 2017 mw w wh Hidroel ctrica TIT IM 10 MW 1012 m 650 om 6825 woo 1545 pia dba Eua Geot rmica sa sol 7 2018 Mw cw 1196 10787 12045 n 3532 un sow eol ef 350 gt 3 7 un 6 109 E 1 Biomas o m 1656 2919 re eal sia e 140 a2 6 700 14 428 5 420 Lise mr 14793 14 663 6 900 130 tw e J J 77 3 us tm un c 335 gt J ad 73 A o a un ri 30 760 16 431 us I e 2 a gt 335 us un 5 un a Is e
16. Mid Mid SUV Car Car Car Car Battery Mass Total 60 120 60 159 302 Cells Only 45 90 45 121 252 Total Vehicle Mass c 1950 1600 1350 1664 1782 Battery Goals Peak Power kW 46 Peak Power Density Wikg 380 Total Energy Capacity kWh 17 Total Energy Density Wh kg 140 Calendar Life years 15 CD Cycle Life cycles 5 000 CS Cycle Life cycles 300 000 lt 200 000 lt 200 000 Figura 2 12 Exemplos de PHEVs e metas para baterias a longo prazo 10 No entanto o desenvolvimento de baterias Li lon est limitado a trocas de entre as seguintes categorias densidade de pot ncia e de energia durabilidade seguran a e custo Por exemplo o aumento da densidade de pot ncia requer maior tens o que reduz a longevidade e seguran a e aumenta o custo O aumento da densidade de energia tende a reduzir a densidade de pot ncia Ao optimizar a densidade de pot ncia e energia longevidade e 12 Existem tamb m opini es contr rias em rela o queda do pre o das baterias de Li lon com a produ o em massa 22 seguran a ir aumentar o custo da bateria De referir ainda a import ncia da tipologia do desempenho e do perfil de uso do ve culo el ctrico na defini o de metas tecnol gicas das baterias 10 Na Figura 2 12 s o indicadas metas a longo prazo de baterias para PHEVs estabelecidas pela USABC U S Advanced Battery Consortium MIT Massachusetts Institute of Technology e EPRI Electric Power
17. criada atrav s de press o hidr ulica ao pressionar o pedal do trav o Percebe se que existe desperd cio de energia mec nica que poderia de alguma maneira ser recuperada Figura 2 3 Sistema de travagem convencional 2 3 Ve culos de Propuls o El ctrica 2 3 1 Ve culo Puramente El ctrico EV O EV foi inventado em 1834 e foi alvo de produ o por parte de algumas empresas na ltima d cada do s culo XIX mas as limita es associadas s baterias e o r pido desenvolvimento dos ve culos ICE fizeram com que estes acabassem por desaparecer No in cio dos anos 70 durante a crise energ tica o interesse neste tipo de ve culo voltou e apesar dos avan os tecnol gicos associados s baterias e electr nica de pot ncia os obst culos comercializa o do EV mantinham se 2 5 Nos dias de hoje as limita es dos EVs permanecem O EV tipicamente um ve culo pequeno leve e alimentado por baterias que s o recarregadas pela rede e por travagem regenerativa regenerative breaking Tornam se ideais para desloca es curtas e para uma condu o citadina S o caracterizados por terem emiss es nulas 5 alto desempenho energ tico silenciosos baixa autonomia custo elevado tempo de recarga elevado espa o insuficiente para pessoas e mercadoria e por n o dependerem dos combust veis f sseis por estas raz es que este tipo de ve culo fica maioritariamente limitado a certas aplica es tais com
18. culo de forma a identificar as vari veis que mais influenciam o seu consumo energ tico O objectivo do cap tulo 3 estimar a evolu o da mobilidade el ctrica em Portugal analisado o documento que define a sua legisla o o Decreto Lei n 39 2010 de forma a identificar informa o relevante para o estudo S o analisadas as caracter sticas do parque autom vel nacional e as futuras solu es de mobilidade el ctrica que ir o surgir no pa s No final do cap tulo s o definidos os cen rios de penetra o de ve culos el ctricos e caracterizado o parque autom vel el ctrico at 2020 No cap tulo 4 procede se ao estudo do impacto da mobilidade el ctrica no SEN Em primeiro lugar analisam se as caracter sticas do SEN tal como a capacidade instalada o consumo final por tipo de fonte de energia e os perfis dos diagramas de carga S o depois indicadas as poss veis solu es a usar no carregamento dos ve culos el ctricos e definidas as caracter sticas usadas na simula o O estudo do impacto da mobilidade el ctrica no SEN realizado ap s a defini o dos cen rios de carregamento ou seja quando e quantos ve culos est o em carregamento Realiza se uma breve an lise sustentabilidade dos ve culos el ctricos em termos econ micos e ambientais Por fim indicado o potencial destes ve culos em fornecer servi os que visam melhorar o desempenho global do sistema el ctrico No cap tulo 5 realiza se
19. ria trac o As vantagens desta arquitectura face s rie s o o uso de apenas dois sistemas de propuls o e para debitar a mesma pot ncia o ICE e o motor el ctrico podem ser subdimensionados Existem v rias possibilidades de opera o e o motor el ctrico pode desempenhar diferentes funcionalidades dependendo da sua pot ncia 5 Apenas motor el ctrico na trac o Apenas ICE na trac o ICE motor el ctrico na trac o ICE na trac o e carga da bateria Carga da bateria estacion ria Travagem Regenerativa 13 c S rie Paralelo Este tipo de arquitectura envolve as caracter sticas de ambos os modos contudo necess rio o recurso a meios adicionais um veio mec nico comparativamente configura o s rie e um gerador relativamente configura o paralelo o que torna este tipo de arquitectura mais cara e complexa 5 d Complexa Este tipo de arquitectura envolve uma configura o complexa que n o pode ser classificada nas ltimas tr s semelhante configura o S rie Paralelo embora diferente porque o gerador pode comportar se como motor 5 A Figura 2 6 representa um exemplo de opera o de um HEV onde s o evidenciados os pontos de opera o principais vA da urplus energy Regenerative d braking 4 Engine output Deceleration Figura 2 6 Gest o de energia nos HEVs 8 2 3 2 2 Classe d
20. rio 1 Cen rio 2 Cen rio 3 Cen rio 4 Figura 5 5 Varia o do consumo do sistema para os v rios cen rios Tens o pu 012345678 9 1011 1213 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hora Hefer ncia Cen rio 1 Cen rio 2 Cen rio 3 4 Figura 5 6 Varia o da tens o no barramento 5 para os v rios cen rios A evolu o de perdas na rede de distribui o indicam se na Figura 5 7 Estas foram calculadas em rela o ao consumo total do sistema para cada hora Como bvio o aumento 83 de consumo conduz a maior percentagem de perdas e no caso 3 com o carregamento r pido e as suas elevadas necessidades de pot ncia em que se verifica o maior acr scimo de perdas Em 44 analisado o impacto da gera o distribu da e lica na rede de distribui o e conclui se que esse tipo de abordagem pode trazer benef cios optimiza o do funcionamento a n vel de redu o de perdas no sistema e melhoria do perfil de tens o Em 42 realiza se o estudo dos PHEVs em aplica es V2G para efeitos de estabiliza o do n vel de tens o Conclui se que os ve culos el ctricos e a produ o e lica podem criar um complexo sistema de forma a atenuar o impacto na rede de cada unidade separadamente e melhorar a qualidade de energia el ctrica Com produ o e lica excessiva os ve culos el ctricos na vizinhan a entram em modo de carregamento re
21. 2 4 1 EUH 21 2 4 2 SupetcornderisadorBS te edet 23 2 4 3 Pilha de et Ere Rao no tie HR ton ra eue edis 23 2 5 Dinamica do Velculo od th litem bent da coat 24 3 Mobilidade El ctrica em Portugal ceres nens 28 3 Decreto Lei 39 2010 oe Rete E ie erreur tei pe andre ede 28 3 2 M todo de PREVIS O eene eee id tae 29 3 3 Estat sticas do Parque Autom vel 31 3 4 de Penetra o de Ve culos El ctricos em Portugal 36 3 4 1 VICIADO PERIERE 36 3 4 2 Cen rios Considerados sssssssseeeneneeenenennn 38 4 Impacto no SEN Sustentabilidade dos Ve culos El ctricos 42 4 1 Sistema El ctrico Nacional SEN 42 4 1 1 Caracter sticas do SEN escis rebas tee ir epa et dee repu dg 43 4 1 2 Renov veis em Part dal tee dE Ed e de 47 4 2 Carregamento dos Ve culos El ctricos a 48 4 2 1 Limita es entre a Rede e o Ve culo 49 4 2 2 M todos dE ette 49 42234 AO Oy Hope Deu NL UE DUM en 49 X222 Tro adas Blends ones needs pie ia 51 4 2 3 Caracter sticas de Carregamento Considerados 5
22. 23 Hora Figura 4 13 Perfil usado no Cen rio 2 Carregamento no Vazio p 24h o 1 e Cen rio 3 Carregamento Cont nuo Neste caso sup e se que grande parte do carregamento efectuado durante o vazio no entanto com o aumento da penetra o dos ve culos el ctricos e por consequ ncia o aumento de pontos de carregamento tamb m existir carregamento durante o dia depois das pessoas chegarem ao trabalho apesar de em menor intensidade Define se que 85 da energia fornecida s baterias ocorre durante o vazio e os restantes 15 dividido nas restantes alturas do dia Foram definidas tr s distribui es normais T 0 35 0 3 0 25 0 2 0 15 0 1 0 05 Densidade de Probabilidade 0123 45 6 7 8 9 10111213 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hora Figura 4 14 Perfil usado no Cen rio 3 Carregamento Cont nuo 24h o 1 10h o2 1e p 14h o 1 57 4 3 Impacto no SEN Procede se agora ao estudo do impacto resultante da evolu o da penetra o de ve culos el ctricos em Portugal S o analisados os diagramas de carga de 2011 2015 e 2020 baseados no da Figura 4 2 e assumindo todas as considera es realizadas ao longo deste texto A previs o tem como base o dia em que foi registada a ponta anual de 2009 no dia 12 de Janeiro porque interessa avaliar o pior caso para o SEN de modo a analisar os constrangimentos que da podem advir Sup e se que at 2020 o perfil indic
23. Caracter sticas de carregamento de ve culos el ctricos 39 De referir a iniciativa da associac o Nova Energia que oferece aos utilizadores um mapa de pontos de carregamento dispon veis em Portugal 22 O mapa cont m os pontos de carregamento p blicos da Wattdrive EDP MOBI E e outros disponibilizados por empresas e associa es No estudo do impacto no SEN apenas considerado o uso de carregamento normal Sup e se que o carregamento r pido raramente ser usado apenas em situa es de grande emerg ncia Os problemas associados a este tipo de carregamento s o a necessidade de cabos pesados redu o do tempo de vida das baterias e grande constrangimento rede se usado em grande escala Como j foi referido de modo a prolongar o tempo de vida das baterias existe um SOC m nimo e m ximo que determina efectivamente a energia dispon vel e usada na propuls o do ve culo Tendo em conta a Tabela 3 2 a capacidade das baterias do Nissan Leaf e do Opel Ampera s o de 24 e 16 kWh respectivamente Quanto ao Nissan Leaf n o existem valores entre que SOC que a carga da bateria ir variar mas foi anunciado um DOD aproximado de 80 resultando em cerca de 19 2 kWh dispon veis para uso O Opel Ampera est limitado por 52 software a SOC m ximo de 85 e m nimo de 30 resultando num DOD de 55 ou seja 8 8 kWh Na pr xima figura apresentada a caracter stica de descarga das baterias do Chevrolet Volt De
24. Figura 3 5 indicada a varia o anual de venda de ve culos desde 2000 Um crescimento m dio anual de vendas de 4 196 obtido se forem considerados os dados desde 1981 No entanto as actuais condig es do mercado autom vel s o bastante diferentes das que existiam 30 20 e 10 anos e por isso para efeitos de previs o consideram se os dados dos ltimos anos depois da estabiliza o do mercado ou seja a partir de 2004 Em 2009 as vendas tiveram uma quebra de 25 Na determina o da taxa de crescimento anual de vendas se esse ano for contabilizado o valor situa se em 2 caso contr rio 2 4 e Gasolina Diesel lt H brido GPL w i G E B E 2 Unidades GPL e H brido 0 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Figura 3 6 Venda de ve culos por tipo de combust vel 20 Tabela 3 1 Venda de HEVs em Portugal 20 io Und 471 ETH 759 6196 731 4 1914 162 1692 12 ES 1151 32 33 Nos ltimos tr s anos o grosso das vendas em territ rio nacional de ve culos a diesel Figura 3 6 que corresponde a cerca de 69 das vendas totais Se n o for considerado o ano de 2009 observa se que a evolu o nas vendas de ve culos a diesel e a gasolina d se em sentidos opostos Quanto aos HEVs Tabela 3 1 n o tiveram o mesmo impacto que tiveram nos EUA e no Jap o As vendas s o bastante baixas e com a concorr ncia do
25. Tabela 5 5 Varia o da pot ncia que transita nas linhas para os v rios cen rios 0 3138 8 79 0 1888 8 77 0 1729 8 77 0 1551 0 1478 0 1360 0 1380 0 1577 0 2126 0 2840 0 3277 0 3760 0 3999 0 4098 0 4390 0 4623 0 4523 0 4994 8 81 0 5525 8 83 0 6025 8 83 22 2 5381 2 3537 1 2553 0 5359 1 9557 Tabela 5 6 Varia o da utiliza o da capacidade da linha P12 P23 P34 P45 Refer ncia 2 8583 2 6502 1 4117 0 6025 Cen rio 1 3 1107 2 8839 1 5355 0 6551 Varia o 8 83 8 82 8 7696 8 7496 Uso Capacidade 78 83 78 82 78 76 78 74 85 6 Conclus es Portugal como pa s pioneiro da mobilidade el ctrica j iniciou a instala o de uma rede de pontos de carregamento integrada e vai ser dos primeiros pa ses a receber os ve culos el ctricos de nova gera o A aposta na mobilidade el ctrica visa simultaneamente objectivos energ ticos redu o da depend ncia energ tica externa de combust veis f sseis que deterioram substancialmente a balan a comercial do Pa s ambientais redu o da polui o atmosf rica e das emiss es de em particular bem como a redu o dos n veis de ru do que contribuem para a melhoria da qualidade de vida das cidades e econ mico sociais re
26. V WM p 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 12 24 36 148 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 Horas 12 Jan 15 Abr 19 21 Out Figura 4 3 Diagramas de carga semanais t picos de cada estac o em 2009 25 O potencial dos ve culos el ctricos como um meio de redu o de emiss es e de t rmino da depend ncia dos combust veis f sseis centra se nas varia es di rias e sazonais do consumo Isto significa que as baterias podem ser carregadas durante as horas de vazio quando existe bastante gera o adicional dispon vel Nessas alturas o consumo do SEN baixo e pode ser consideravelmente aumentado sem causar grandes constrangimentos ao sistema Al m disso os idealismos dos ve culos el ctricos centram se no facto de as baterias serem carregadas base de fontes de energia renov vel e nuclear Na Tabela 4 1 indica se a pot ncia total instalada em Portugal no ano de 2009 que perfaz 16920 MW Existe ainda a interliga o com Espanha que nesse ano apresentou uma capacidade m dia de importa o de 1261 MW e de exporta o de 1165 MW Na Figura 4 4 representa se o consumo final por fonte de energia em 2009 totalizando 49 9 TWh Portugal apresenta um mix energ tico diversificado quase 30 da energia fornecida teve origem em PRE e o peso do carv o e g s natural foi id ntico cerca de 23 45 um pa s maioritariamente importador sobretudo devido ao custo marginal da energia
27. a ser classificado como PV 8 Repetir at converg ncia atingida quando os valores absolutos dos erros de fecho e AP e AQ se tornarem inferiores a uma toler ncia arbitrariamente pequena tipicamente 0 01 MW Mvar IAP AQ lt 5 27 78 Estimar valores iniciais das tens es Calcular AP e AQ AP AQ lt e Calcular o Jacobiano Calcular A0 e AV Reclassificar a barra em falso PQ Barras PQ actualizar V e 0 Barras PV actualizar 0 e calcular Q Barras PV N o lt lt Sim Figura 5 2 Fluxograma do processo iterativo para o m todo de Newton Raphson 43 5 2 Rede de 5 Barramentos Na Figura 5 3 representa se a rede de distribui o usada na simula o baseada em 44 Figura 5 3 Rede de distribui o radial de 12 66 kV que possui 5 barramentos 44 As informa es das linhas e barramentos s o apresentadas no Anexo C A raz o entre R X em cada ramo aproximadamente 2 79 5 2 1 Perfil de Cargas De forma a analisar o impacto do carregamento de ve culos el ctricos na rede de distribuic o e como este depende do n vel de pot ncia da hora e da dura o do carregamento a simula o realizada ao longo de um dia usado o perfil de carga di rio obtido em 44 em que se ponderou um consumo residencial e comercial de 70 e 3095 respectiva
28. antev se que o fim deste recurso poder estar pr ximo Figura 1 3 Como resultado a regula o de emiss es devido polui o atmosf rica e ao aquecimento global o esgotamento dos recursos petrol feros e consequentemente a economia dos combust veis s o actualmente problemas de prioridade m xima 2 2500 Discovered reserves remaining reserves cumulative consumption 2000 1500 Remaining reserves 1000 500 Remaining reserves total reserves and cumulative consumption from 1970 Gb Cumulative consumption 1 1 1 1 1 1 oe 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 Year 2040 2050 The year of oil supply ends Figura 1 3 Consumo e reservas de petr leo no Mundo 2 Nas ltimas d cadas actividades de investiga o e desenvolvimento relacionadas com a sustentabilidade do Sistema de Transportes Rodovi rio mais seguro mais eficiente e mais limpo tornam os ve culos el ctricos como a derradeira alternativa aos ve culos convencionais A ideia centra se em transferir parte do consumo de energia dos ve culos em circula o para a rede el ctrica de tal modo que a energia fornecida a estes pela rede tenha origem em fontes de energia renov vel e nuclear e seja fornecida durante as horas de vazio de forma a minimizar investimentos em transmiss o distribui o e gera o adicional As emiss es resultantes da produ o de energia el ctrica para efeitos de carregamento dos
29. culos el ctricos em circula o e segundo as estimativas corresponde a cerca de 1 4 27 do parque autom vel em Portugal Nesta altura estes Considerando que o parque autom vel constitu do por 4 5 milh es de ve culos 59 aumentos j s o significativos e em rela o ponta de 2009 a ponta do cen rio optimista representa um aumento de 1347 MW Contudo de acordo com as estimativas de evolu o de pot ncia instalada verifica se que o SEN est preparado para esta situa o No entanto este cen rio de carregamento de evitar pois acarreta custos acrescidos ao SEN Verifica se tamb m que a maioria dos carregamentos est finalizada antes das 23h n o aproveitando a gera o dispon vel durante o vazio 10 12 14 16 18 20 22 24 Hora Refer ncia Pessimista Base Optimista Figura 4 17 Diagrama de carga em 2015 de acordo com o Carregamento N o Controlado para os v rios cen rios de penetra o de ve culos el ctricos O carregamento no vazio Figura 4 18 e o carregamento cont nuo Figura 4 19 representam as op es com menos impacto no sistema visto a maioria do carregamento ser realizado durante o vazio e este estar terminado at s 4h Nesta altura e tendo em conta o acr scimo de pot ncia proveniente da mobilidade el ctrica a pot ncia total requisitada n o representa nenhuns constrangimentos ao sistema Refere se ainda que no carregamento cont nuo a influ ncia
30. el ctrica No entanto o sucesso destes ve culos depende das baterias Este trabalho analisa o potencial impacto da mobilidade el ctrica no Sistema El ctrico Nacional SEN S o definidos v rios cen rios de penetra o de ve culos el ctricos no parque autom vel em Portugal e alguns perfis de carregamento Analisa se as limita es de pot ncia entre a rede e o ve culo e estima se o impacto global no SEN O acr scimo de consumo proveniente do carregamento das baterias dos ve culos el ctricos pode causar constrangimentos ao sistema principalmente se este for realizado durante as horas de ponta Analisa se o cen rio mais problem tico e as estimativas de instala o de gera o at 2020 e conclui se que o SEN consegue dar resposta aos poss veis constrangimentos Existe a possibilidade de estes ve culos optimizarem o funcionamento global do sistema e permitirem elevada penetra o e lica com aplica es Vehicle to Grid V2G A regula o da gera o e lica um exemplo e consiste na redu o da variabilidade caracter stica deste tipo de energia Ao n vel da rede de distribui o de energia el ctrica analisado o impacto do carregamento normal e r pido Procede se simula o de uma pequena rede usando o M todo de Newton Raphson e determinam se os problemas que possam surgir Palavras chave Ve culo El ctrico Parque Autom vel Nacional Sistema El ctrico Nacional Emiss es Ve culo para a Rede Regu
31. em constante crescimento apesar da diminui o de vendas registadas nos ltimos anos Figura 3 4 como resultado da crise econ mica europeia e mundial Num pa s com cerca de 10 milh es de habitantes nos ltimos 20 anos o parque autom vel em Portugal aumentou em cerca de 3 milh es de ve culos cifrando se em 2009 em quase 4 5 milh es w E E S 2 1973 1976 1979 1982 1985 1988 1991 1994 1997 2000 2003 2006 2009 Figura 3 3 Parque autom vel em Portugal 20 15 Os dados usados s o referentes aos ve culos ligeiros de passageiros com inclus o dos ve culos Todo o Terreno 31 Ve culos Gasolina 95 Gas leo uv x e E o 6 5 B E gt Figura 3 4 Venda de ve culos em Portugal e pre o m dio de venda ao p blico de combust veis 20 21 10 5 0 5 LN UL ELT ot EN AI ot 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Figura 3 5 Varia o da venda de ve culos nos ltimos anos 20 Na Figura 3 4 s o indicados os ve culos vendidos e o pre o m dio anual dos combust veis O aumento do preco dos combust veis e a crise econ mica s o os principais respons veis na quebra de vendas Segundo os dados dispon veis observa se que a venda 32 m dia anual situa se nas 195 mil unidades e que este valor est de acordo com as vendas registadas nos ltimos anos Na
32. fico apresentado elevado valor de energia espec fica e de pot ncia espec fica No caso do HEV a gasolina uma fonte de elevada energia espec fica com o objectivo de aumentar a autonomia do ve culo e a bateria uma fonte recarreg vel com o objectivo de ajudar nas acelera es reduzir as emiss es e usada na travagem regenerativa Normalmente nos sistemas com baterias e supercondensadores o funcionamento realizado base das baterias e os picos gerados durante as cargas e descargas das baterias s o suprimidos pelos 20 supercondensadores resultando em menor pot ncia fornecida por estas aumentando assim a efici ncia 4 6 Existem opini es de que a densidade de energia e pot ncia das actuais baterias e dos condensadores s o suficientes para conceber ve culo el ctricos atractivos Por outro lado os cr ticos afirmam que ainda cedo Outros problemas associados a estas fontes de energia s o o ciclo de vida e o custo 5 2 4 1 Baterias As tecnologias principais de baterias usadas actualmente na ind stria autom vel reduzem se a dois tipos hidreto met lico de n quel NiMH e i es de l tio Li Ion Figura 2 10 Lead acid spirally woun 100 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Specific Energy Wh kg at Cell Level Figura 2 10 Caracter sticas de v rias tecnologias de baterias 3 As baterias NiMH s o usadas na maioria dos HEVs vendidos nos EUA Os pontos fortes destas baterias
33. fornecer parte da energia s baterias sem 29 Considerando que o parque autom vel constitu do por 4 5 milh es de ve culos Considerando o carregamento a 230V 16A 3 9 kW no centro electroprodutor Tabela 4 3 62 grande impacto rede durante o dia Tudo indica que ser esta a situa o que se verificar no SEN e do estudo aqui realizado com as v rias suposi es como base conclui se que uma soluc o com baixo impacto no sistema 10 12 14 16 18 20 22 24 Hora Refer ncia Pessimista Base Figura 4 21 Diagrama de carga em 2020 de acordo com o Carregamento no Vazio para os v rios cen rios de penetra o de ve culos el ctricos 12 14 16 18 20 22 24 Hora Refer ncia Base Figura 4 22 Diagrama de carga em 2020 de acordo com o Carregamento Cont nuo para os v rios cen rios de penetra o de ve culos el ctricos 63 4 4 Sustentabilidade dos Ve culos El ctricos Nesta sec o realizada uma an lise r pida da sustentabilidade dos ve culos el ctricos isto porque n o se tem em conta o impacto ambiental adicional das baterias e da sua produ o consultar 18 Os consumos no modo el ctrico Tabela 4 6 foram determinados tendo em conta todas as considera es feitas anteriormente Em rela o s caracter sticas do ICE no caso do Opel Ampera os dados do fabricante indicam u
34. girante ocorre tipicamente 20 vezes por ano com dura o compreendida entre os 10 minutos s 2 horas Regula o relaciona se com o controlo de tens o e frequ ncia de uma rede O controlo de frequ ncia conseguido atrav s do equil brio entre carga e gera o o que implica uma regula o em ambos os sentidos de pot ncia activa Este tipo de controlo exige uma capacidade de resposta r pida e ocorre sempre que necess rio com dura o de alguns minutos O controlo de tens o realiza se por injec o ou absor o de pot ncia reactiva conseguido atrav s de introdu o de elementos capacitivos ou indutivos ou por ac o de electr nica Caracter sticas do SEN Na Figura 4 1 indica se a evolu o da pot ncia de ponta anual e do consumo no SEN usando um crescimento de 2 e 1 respectivamente Na determina o destes valores foram analisados os dados de anos anteriores ajustando o crescimento tend ncia dos ltimos anos Teve se ainda em considera o as pol ticas de efici ncia energ ticas e a sua influ ncia nas pot ncias de ponta Na Figura 4 2 representado o diagrama de carga do dia 12 de Janeiro de 2009 correspondente ao dia em que foi registada a pot ncia m xima solicitada rede 9217 MW A ponta em 2009 corresponde a um acr scimo de 244 MW registada no ano anterior 8973 MW Em 2010 e segundo os dados dispon veis at data de 9390 MW dia 11 de Janeiro acr scimo de 183 MW
35. mecanicamente transmiss o resultando num ve culo el ctrico assistido por um ICE Existe a vantagem de haver flexibilidade na coloca o do ICE devido ao desacoplamento com as rodas mas em contrapartida s o necess rios tr s engenhos de propuls o motor el ctrico ICE e gerador resultando numa efici ncia mais baixa em compara o com as outras arquitecturas Torna se necess rio tamb m o dimensionamento dos sistemas de propuls o para a pot ncia m xima caso se considere que a bateria pode n o entrar na trac o caso contr rio o gerador e o ICE podem ser subdimensionados 5 Esta arquitectura comporta se melhor dentro das cidades porque usa frequentemente a parte el ctrica do que em longas dist ncias devido ao uso da cadeia completa que induz maiores perdas de transmiss o S o agora indicados os modos de opera o na arquitectura s rie ICE desligado e propuls o apenas pelo motor el ctrico com bateria ICE Gerador Motor ICE Gerador Bateria Motor ICE Gerador dividem a pot ncia pelo motor e para carga da bateria Carga estacion ria da bateria Travagem Regenerativa b Paralelo Na arquitectura paralelo o ICE e o motor el ctrico est o ambos ligados transmiss o logo a pot ncia pode ser fornecida por ambos ou por um deles isoladamente O motor el ctrico funciona como gerador durante a travagem regenerativa ou quando a pot ncia fornecida pelo ICE superior necess
36. mobilidade el ctrica torna se um enorme desafio para a ind stria autom vel Existem diversos factores a favor desta tecnologia tais como o pre o da electricidade incentivos redu o de emiss es e diminui o da polui o sonora Por outro lado o elevado pre o e todos os problemas associados s baterias podem constituir enormes barreiras comercializa o destes ve culos No entanto da an lise realizada no ponto anterior os condutores est o preocupados com o aumento dos pre os da gasolina e do diesel e suas futuras oscila es e procuram alternativas mais econ micas a curto m dio prazo Ultrapassados os problemas associados a estes ve culos n o restam d vidas que ficam criadas as condi es para a sua comercializa o em massa e tal como a explos o de vendas de ve culos GPL j registada o mesmo poder vir a acontecer em rela o nova gera o de ve culos el ctricos preciso assegurar no entanto que estes se revelem como uma alternativa vi vel e que as marcas autom veis ofere am garantias adequadas do seu produto Actualmente o mercado autom vel constitu do por v rias marcas que oferecem in meros modelos de ve culos de diversas gamas Nos ltimos anos foi registado um aumento de vendas nos ve culos econ micos no entanto os ve culos de gama inferior e m dio inferior s o os mais vendidos em Portugal correspondendo a cerca de 70 das vendas repartidas igualmente Isto reflecte o baixo po
37. n o depende nem da velocidade do ve culo nem do tipo de piso apenas do ngulo de inclina o da estrada e vai ser resistente ao movimento do ve culo numa subida e a favor numa descida A redu o do peso do ve culo da resist ncia ao rolamento dos pneus e da resist ncia aerodin mica podem contribuir para o aumento da efici ncia energ tica dos ve culos FRR FDA 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 Velocidade km h 2 q 2 Figura 2 14 Varia o da for a de resist ncia ao rolamento Frr da for a de resist ncia aerodin mica Fpa e da for a resistente total Fr com a velocidade Foram usados os dados da Tabela 2 2 Tabela 2 2 Valores considerados para um ve culo t pico 1375 kg 2 5 m 0 4 0 0125 0 9 8 m s 1 2 kg m 27 3 Mobilidade El ctrica em Portugal 3 1 Decreto Lei n 39 2010 O Decreto Lei n 39 2010 de 26 de Abril define o Programa para a Mobilidade El ctrica MOBI E e visa tr s objectivos centrais e Incentivar a aquisi o e utiliza o de ve culos el ctricos regulado um subs dio de 5000 aquisi o por particulares de ve culos autom veis el ctricos que poder ascender a 6500 no caso de haver simultaneamente abate de ve culo autom vel de combust o interna Isen o do imposto sobre ve culos e do imposto nico sobre circula o e Garantir que o carregamento de baterias de ve culos el c
38. nuclear de Espanha Tabela 4 1 Pot ncia instalada em Portugal em 2009 por fonte de energia 25 Pot ncia Instada em 2009 Pot ncia Instalada PRO MW Centrais Hidroel ctricas Centrais T rmicas Carv o Fuel Fuel Gas Natural Gas leo G s Natural Pot ncia PRE MW Hidr ulica T rmica E lica Fotovoltaicos Energia das Ondas Saldo Importador Fuel Gas leo 9 6 0 6 Hidr ulica 14 0 G s Natural 23 0 Figura 4 4 Contributo de cada fonte no consumo em 2009 25 46 4 1 2 Renov veis em Portugal Para a an lise da actual situa o e evolu o da capacidade renov vel instalada em Portugal consultou se o documento dispon vel na DGEG Direc o Geral de Energia e Geologia Plano de Ac o Nacional para as Energias Renov veis ao Abrigo da Directiva 2009 28 CE 29 Os dados do documento usados neste trabalho est o no Anexo B As fontes de energia renov vel pela sua disponibilidade pelo seu car cter end geno e disperso assumem um lugar de destaque nas pol ticas nacionais para o sector energ tico Para um pa s que n o disp e de recursos f sseis conhecidos o papel das fontes renov veis essencial para refor ar os n veis de seguran a de abastecimento promove a diversifica o do mix energ tico e contribui para aumentar a sustentabilidade associada produ o transporte e consumo de energia 29 A Figura 4 5 e Figura 4 6 representam mapas do territ rio portu
39. o 27 28 Velocidade Fabricante Modelo Tipo de Bateria Autonomia km M xima km h Lead Acid 96 128 CommuterCars Tango Li lon Mais de 240 220 Elbil Norge Buddy Lead Acid 80 120 km 80 Lead Acid 80 Reva G Wiz Li lon 120 80 Tesla Roadster Li lon 380 201 ZEBRA Think A306 NaAICIA 210 105 Venturi Fetish Li lon 250 160 Al m destes ve culos algumas marcas j anunciaram novos modelos de EVs que em breve ir o entrar em produ o O Tesla Roadster Figura A 1 1 revolucionou a ind stria autom vel foi o primeiro EV de produ o a usar baterias Li lon e com uma autonomia superior a 320 km De referir tamb m o Venturi Fetish Figura A 1 2 Estes dois ve culos puramente el ctricos apresentam um design moderno e caracter sticas interessantes contudo o seu avultado pre o quando comparados ao ve culo convencional n o os tornam como uma alternativa para quem quer mas sim para quem pode Existem no entanto in meros modelos que se encontram ainda em fase de testes COMMANDE SPECIALE DE LA VERSON PARE GRISE PANORAMIGUEINT Figura A 1 Tesla Roadster 84000 Figura A 2 Venturi Fetish 297000 edi o limitada 91 A 2 HEVs Apresentam se de seguida alguns HEVs dispon veis no mercado Tabela A 2 Alguns modelos HEVs actualmente em produ o 27 Fabricante Modelo Chevrolet Tahoe Hybrid Ford Escape Hybr
40. o da energia e lica 40 O ICE uma das principais fontes de polui o urbana Os produtos da combust o de HC de combust veis resultam em di xido de carbono CO gua H20 xido de azoto NOx mon xido de carbono CO e HCs por queimar O di xido de carbono CO essencial vida vegetal fotoss ntese contudo estes processos s o limitados e n o conseguem assimilar todo o CO emitido 2 A mobilidade el ctrica actualmente impulsionada mais por quest es ambientais do que energ ticas exemplo disto o mandato da Calif rnia California Air Hesources Board CARB que promove os ve culos com baixas emiss es com o objectivo de diminuir a polui o do ar na rea metropolitana do estado Como j foi referido os ve culos el ctricos permitem centralizar as emiss es nos centros electroprodutores e longe dos centros urbanos Prev se que a qualidade do ar nas cidades melhore assim como a qualidade de vida das popula es As emiss es provenientes do carregamento de ve culos el ctricos dependem do mix energ tico em cada momento e por isso dif ceis de estimar Para efeitos de an lise de emiss es interessa agora determinar a distribui o de gera o de energia por fonte Esta depende da hora em que realizado o carregamento das baterias e das centrais em produ o nesse momento De forma a simplificar a an lise e devido a um enorme conjunto de factores a que a utiliza o anual hor ria de cada fon
41. o do pre o dos combust veis nos ltimos anos Gasolina 95 E amp 2 Gasolina 98 Gas leo Figura 4 25 Evolu o do pre o m dio di rio de combust veis em Portugal 21 Desde o in cio deste ano o pre o dos combust veis tem estado mais est vel apesar da tend ncia de subida S o considerados os pre os m dios do m s de Outubro de 2010 1 366 L 1 43 L e 1 165 L para a Gasolina 95 98 e Gas leo respectivamente Na Tabela 4 9 s o definidos os pre os da energia nas horas de ponta cheia e vazio em fun o da tarifa A estes valores incide o IVA taxa em vigor 6 Neste estudo apenas s o 68 considerados os custos de energia vari veis Como se prev que a maioria do carregamento seja realizado em casa os custos fixos de energia independentemente dos ve culos el ctricos j s o suportados e por essa raz o n o s o contabilizados Tabela 4 9 Pre os da energia actualmente em vigor EUR kWh Horas de Ponta Horas de Cheias Tarifa Simples DO OO Un Tarifa Bi Horaria 0 1382 0 0742 Tarifa Tri Horaria AD Dos De acordo com a Tabela 4 6 os custos podem ser facilmente determinados Tabela 4 10 Custo do abastecimento dos ve culos el ctricos de acordo com os pre os da energia em vigor 100 km edp Nissan Leaf 0 2 kWh km Opel Ampera 0 15 kWh km pana Voli E gt Gasolina 98
42. o estudo do impacto do carregamento normal e r pido ao n vel da rede de distribui o usado o M todo de Newton Raphson no c lculo do tr nsito de energia numa pequena rede de distribui o com cinco barramentos As conclus es do trabalho e as perspectivas de trabalho futuro s o apresentadas no cap tulo 6 2 Estado de Arte 2 1 Introdu o O ve culo est associado a um meio de transporte que permite a mobilidade de pessoas e bens Para este trabalho restringe se esta defini o aos ve culos rodovi rios ligeiros Os ve culos equipados com ICE j existem h mais de cem anos O seu princ pio de funcionamento resulta de ciclos termodin micos e do uso do combust vel para gerar energia mec nica Nos ltimos anos tem se assistido ao amadurecimento tecnol gico deste tipo de motor com vista a aumentar a sua efici ncia e reduzir as emiss es produzidas Os avan os devem se sobretudo electr nica autom vel No entanto o aumento do n mero de ve culos em circula o e por sua vez as emiss es por eles produzidas representam uma amea a ao ambiente e sa de p blica O actual Sistema de Transportes Rodovi rio apresenta problemas energ ticos e ambientais e precisa de alternativas mobilidade sustent vel assim que surge a aposta nos ve culos el ctricos de acordo com o tipo de propuls o usado motor de combust o interna ICE ou motor el ctrico que surge a barreira entre o ve culo convencion
43. pilha de combust vel uma outra fonte de energia com alta densidade de pot ncia tal como baterias ou um supercondensador Quando ligados rede para efeitos de V2G os FCVs podem fornecer energia de emerg ncia durante um apag o 2 4 5 Contudo a dificuldade de produ o e armazenamento de hidrog nio e as limita es t cnicas associadas s pilhas de combust vel s o os maiores desafios a serem ultrapassados para tornar os FCVs dispon veis ao p blico Apesar de existirem v rios m todos de armazenamento de hidrog nio tendo em conta a instala o seguran a e custo do ve culo o suposto armazenamento vai ser efectuado em alta press o Os FCVs n o s o actualmente uma solu o a curto prazo mas apresentam potencial Outros problemas associados a estes ve culos resultam da extrac o de hidrog nio O hidrog nio n o uma fonte de energia mas sim um elemento que transporta energia obtido a partir do g s natural com custos mais baixos ou pode ser obtido a partir da electr lise da gua usando a energia fornecida pela rede originando assim um conjunto de emiss es associadas sua produ o N o faz sentido usar g s natural para gerar electricidade e produzir hidrog nio em vez de usar directamente o g s natural 11 Nuclear demasiado perigoso Solar demasiado volumoso Baterias demasiado pesadas 19 2 4 Fontes de Energia Como j foi referido as fontes de energia s o o princip
44. redu o de emiss es No entanto necess rio contabilizar as emiss es originadas no carregamento das baterias dos ve culos el ctricos e podem ser estimadas de acordo com a produ o total anual e emiss es espec ficas por fonte Como se concluiu estas dependem do mix energ tico de cada pa s e revelam um enorme potencial quando t m forte peso de renov veis e ou nuclear Em rela o ao impacto dos ve culos el ctricos na rede de distribui o considerando uma grande massifica o destes verifica se novamente a import ncia do carregamento ser realizado durante o vazio Em Portugal a instala o de pontos de carregamento r pido ser realizada em postos de abastecimento de combust vel Os ve culos el ctricos t m baixa autonomia capacidade das baterias e o carregamento destes demorado No futuro caso a mobilidade el ctrica vingue estes ve culos ter o maior autonomia baterias com maior capacidade e por isso dever o surgir exig ncias quanto ao tempo de carregamento que implica maiores tr nsitos de energia Foi por isso analisado o impacto deste no uso dom stico em que se considerou que um quinto dos ve culos o usava Se este tipo de carregamento n o for controlado o impacto na rede pode ser catastr fico O n vel de pot ncia exigido bastante elevado e algumas linhas poder o ficar sobrecarregadas A mobilidade el ctrica e a gera o e lica podem se tornar aliados na optimiza o conjunta das redes
45. s o a longevidade o ciclo de vida e a seguran a Os pontos fracos resumem se em limita es na densidade de pot ncia e energia e baixas perspectivas de redu o de custo Por outro lado a tecnologia Li lon apresenta o potencial de corresponder aos requisitos de uma grande variedade de ve culos el ctricos Apresentam maior densidade de pot ncia e 21 energia e potencial para um custo inferior que as NiMH mas requerem um maior controlo de tens o e temperatura das c lulas Actualmente as aten es no desenvolvimento de baterias para a ind stria autom vel est o viradas para a tecnologia Li lon O desenvolvimento destas baterias d se em m ltiplas direc es conforme o material usado na sua constru o 10 Na Figura 2 11 s o indicadas as caracter sticas das baterias para diferentes tipos de ve culos el ctricos o ev Bev PHEV all PHEV 20 PHEV 30 PHEV 40 PHEV 60 AER miles fo 150 200 10 60 20 30 40 60 Material NiMH Li ion Total capacity kWh Figura 2 11 Caracteriza o das baterias t picas para os diferentes ve culos el ctricos 12 uis UsiBC MI EPRU v 9 CD Range Miles 10 40 30 20 60 CD Operation Blended All electric electric electric electric Electricity Use kWh mile 0 42 0 30 0 19 0 24 0 24 Depth of Discharge Percent 70 70 70 80 80 Drive Cycle UDDS UDDS UDDS UDDS UDDS HFWET HFWET HFWET US06 Body Type Cross Mid Mid
46. s ainda esteja em evolu o assim como as caracter sticas dos ve culos el ctricos A barreira do pre o s ser ultrapassada com a massifica o de produ o dos componentes dos ve culos el ctricos e a da autonomia com os avan os tecnol gicos Na estimativa de vendas de ve culos el ctricos s o considerados dois tipos os EVs e os PHEVs Os EVs s o actualmente ideais para desloca es curtas sendo os condutores em Portugal caracterizados por uma dist ncia m dia di ria de 35 6 km Por outro lado os PHEVs s o usados para reduzir custos de abastecimento e para grandes desloca es depois de usada toda a energia das baterias passa a funcionar como um HEV aumentando assim a sua efici ncia Quer em 2011 quer em 2020 presume se que as vendas de EVs ir o ser significativamente superiores aos PHEVs principalmente pela diferen a de pre o e que a tend ncia de vendas de cada tipo de ve culo se mantenha necess rio conciliar o aumento da capacidade das baterias o tempo de carregamento e as t cnicas de carregamento r pido n o prejudiciais s baterias para que essa situa o se inverta caso contr rio as pessoas que optarem por um PHEV em 2011 certamente tamb m o ir o fazer em 2020 Como j foi referido a concep o de baterias funciona com trocas entre as suas caracter sticas e os 19 Troca de baterias ou possibilidade de uso da bateria at um ponto de carregamento Do ponto de vista tecnol gico 38
47. tudo indica que a ponta de carregamento de ve culos el ctricos ocorra na ponta do SEN S 2 5 o LS S a c a 0123 45 6 7 8 9 1011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hora Figura 4 12 Perfil usado no Cen rio 1 Carregamento N o Controlado 19h o 1 e Cen rio 2 Carregamento no Vazio Semelhante ao primeiro mas com a adi o de controlo inteligente que atrasa o in cio de carregamento dos ve culos el ctricos para as horas de vazio Este controlo pode ser realizado directa ou indirectamente por uma entidade que permite que o carregamento seja efectuado nos per odos de carga m nima do SEN e aproveitar os centros electroprodutores de baixo custo marginal o que implica baixo custo de energia el ctrica e melhor efici ncia total no SEN O controlo directo consiste em envio de sinais por parte da entidade para iniciar ou parar o carregamento de um grupo de ve culos O controlo indirecto resulta de um sistema inteligente em tempo real de an lise de pre os de energia el ctrica e assim optar por carregar ou descarregar para aplica es de V2G as baterias 35 Da Figura 4 13 verifica se que tal como no caso anterior s existe um per odo em que os ve culos s o colocados a carregar neste caso entre as 22h e as 2h 56 S 2 5 o LE S a c a 0123 45 6 7 8 9 10111213 14 15 16 17 18 19 20 21 22
48. unit ria e Facilita a visualiza o dos n veis de tens o na rede mesmo para reas com diferentes n veis de tens o sendo 1 0 p u o valor nominal refer ncia e Facilita a detec o de erros e reduzido o uso do factor V3 em sistemas trif sicos O valor p u uma quantidade adimensional e obtido por 73 valor da grandeza valor 5 1 valor de base 5 1 2 Matriz de Admit ncias Nodais A matriz de admit ncias nodais possui dimens o n x n em que n representa o n mero de n s do sistema m Yin Y 5 2 Xu UO Yan uma matriz complexa e sim trica que pode ser composta em parte real e imagin ria Y G j B 5 3 Onde G e B s o a matriz das condut ncias nodais e a matriz das suscept ncias nodais respectivamente e O elemento diagonal y calcula se pela soma das admit ncias de todos os ramos ligados ao n i o seu valor sempre diferente de zero e O elemento n o diagonal y i j dado pelo sim trico da admit ncia do ramo que liga os n s i e j o seu valor nulo se estes n s n o estiverem ligados Dado que numa rede el ctrica cada n s est ligado aos que lhe s o vizinhos o n mero de elementos nulos da matriz muito elevado diz se que a matriz esparsa A matriz de admit ncias nodais constru da a partir dos modelos equivalentes dos elementos que constituem o sistema Neste caso s existem linhas Uma
49. 2 4 2 4 Perfis de Carregarmento iicet etra Let ER 55 4 3 Impacto no SEN aie specta anta p oet c dete oet t opm 58 4 4 Sustentabilidade dos Ve culos El ctricos 64 4 4 1 EMISS ES ira sas ni SR as E eant eve 64 4 4 2 USOS ei LM pd UM EM dE 68 4 5 Potencial dos Ve culos El ctricos 69 4 5 1 WAG is cte ct eet ore het eee oret tee tent deters 69 4 5 2 Regula o da Gera o E lica 71 5 Estudo de um Caso Impacto na Rede eene 73 5 1 Tr nsito de Energia sot eoe pale o PT RR IRE OR eager deen pa 73 5 1 1 Valores por Unidade a ie s ee apos Ras Scu Seta ht ae Rend 73 5 1 2 Matriz de Admit ncias Nodais 74 5 1 3 TpOS 0EBANMAMENTO memet c NOR 75 5 1 4 M todo de Newton Raphson errar 75 BIET JAIGOL UO eie se nd Re De ee oe da Ses QUU ee rod 75 5 1 4 2 PROCESSO MOFAUVO perse antec D tie eR etude 77 5 2 de 5 Barramelril S ee Ere COR ot Eni ED 79 5 2 1 Perfil de Cangas o pee Ee e E v Den 80 5 2 2 Cen rios de Carregamento rara 80 5 2 3 SIMMMAGCAG DT RR 81 CONCIUS ES me a 86 6 1 Perspectiva de Trabalho Futuro
50. 2 772 GWh 41 Na Tabela 4 7 indicam se as emiss es espec ficas por tecnologia e combust vel dos centros electroprodutores em Portugal Segundo 40 o aumento de emiss es de Fuel leo 66 G s Natural em 2008 deve se a uma produ o com maior n mero de arranques dos grupos e em regimes de menor rendimento ou a uma maior utiliza o do fuel leo como combust vel em detrimento do g s natural Tabela 4 7 Emiss es espec ficas g CO gt kWh de das centrais termoel ctricas por tecnologia e por combust vel verificadas no CELE Portugal Continental 2005 a 2008 40 Led 2 Turbina a Vapor Carv o Fuel leo fuelled J Biomassa G s Natural G s Natural 894 768 806 34 368 901 788 788 34 368 895 796 850 25 368 898 817 1174 9 368 Combinando os dados da Tabela 4 6 Tabela 4 7 Figura 4 4 Figura 4 23 e da Figura 4 24 determinou se as emiss es equivalentes para cada ve culo no modo el ctrico indicadas na Tabela 4 8 Tabela 4 8 Emiss es espec ficas g CO2 km de acordo com os consumos considerados 0 15 kWh km 0 2 kWh km 2011 41 75 57 57 2012 37 57 51 81 2013 36 33 50 09 EN 34 2 47 47 ga 32 51 44 83 2016 30 16 41 59 2017 28 62 39 47 E 23 94 33 01 2019 21 78 30 04 20 51 28 28 O impacto ambiental do Nissan Leaf em 2011 corresponde a cerca de 58 g CO km do Opel Ampera a 42 g CO gt km Como se espera o aumento de instala o de fontes de energia reno
51. C 62196 o que cria um enorme constrangimento ao condutor do ve culo el ctrico que necessita de adquirir um adaptador para efectuar a carga das baterias com sucesso 4 2 2 2 Troca das Baterias Uma alternativa ao carregamento r pido a troca do conjunto de baterias de um ve culo num local para esse efeito Com esta solu o o carregamento pode ser efectuado sem necessidade e mais rapidamente que a carga r pida n o afectando o tempo de vida das baterias As baterias de substitui o podem ser carregadas durante o vazio usando a carga normal ao inv s da carga r pida que pode causar grandes constrangimentos na rede Para este m todo se tornar poss vel a ind stria autom vel tem que facilitar o acesso e permitir a substitui o das baterias dos seus ve culos Este m todo adapta se a neg cios particulares ou frotas privativas 39 51 4 2 3 Caracter sticas de Carregamento Considerados Como j foi referido existem v rios tipos de carregamento em fun o da tens o e da corrente que dependem do circuito de carga usado Para este trabalho s o considerados os definidos na Figura 4 10 ou seja e Carregamento Normal Realizado em Baixa Tens o Monof sica 230 V a 16 ou 32 A e Carregamento R pido Realizado em Baixa Tens o Trif sica 400 V a 100 A R PIDO Trif sica 400V 100A s NORMAL CARREGADOR ON BOARD BATERIA E gt Pues Monof sica 230V 16 32A Figura 4 10
52. De forma a identificar o impacto dos carregamentos considera se uma elevada penetra o de ve culos el ctricos e por isso assume se que existe um ve culo el ctrico por duas casas Tabela 5 3 Tabela 5 3 N mero de ve culos el ctricos em cada barramento Barramento N Ve culos El ctricos S o definidos os seguintes cen rios Tabela 5 4 Cen rios de carregamento Carregamento Carregamento In cio de Normal R pido Carregamento Cen rio 1 Todos Nenhum 19h Cen rio 2 Todos Nenhum 24h Cen rio 3 4 5 1 5 19h Cen rio 4 4 5 V 24h 5 2 3 Simula o Na ponta o sistema em an lise caracterizado por um consumo de 2 8583 MW e com perdas de 0 0583 MW Realizadas as simula es para as 24 horas interessa agora avaliar consumo e as perdas na rede o perfil de tens o nos barramentos e os tr nsitos de pot ncia nas linhas 34 Spase 1 MVA e Vbase 12 66 kV 81 x Em rela o evolu o da pot ncia total do sistema Figura 5 5 observa se que o cen rio 1 e 3 resultam no aumento da pot ncia de ponta enquanto o cen rio 2 e 4 se revelam como alternativas de carregamento das baterias no in cio do vazio sem grandes impactos na rede O cen rio 1 e 2 representam o carregamento normal Se realizado s 19h aumenta o consumo entre as 18 e as 22h e como resultado a ponta em cerca de 260 kW Este caso facilmente evit vel agendando o carregamento para a altura do vazio Do ponto de vis
53. If INSTITUTO SUPERIOR T CNICO KS fes Py Fluxo Energia i 0 ri E kWh i Duas COMERCIALIZA O USER NORMAL PRODUCAO DISTRIBUICAO i REDE P BLICA O Ve culo El ctrico e a sua Integra o no Sistema El ctrico Lu s Manuel Martins Gomes Disserta o para obten o do Grau de Mestre em Engenharia Electrot cnica e de Computadores J ri Presidente Prof Doutor Paulo Jos da Costa Branco Orientador Prof Doutor Jo o Jos Esteves Santana Vogal Prof Doutor Duarte de Mesquita e Sousa Outubro 2010 Agradecimentos Gostava de agradecer ao meu orientador Professor Doutor Jo o Santana por ter aceite este trabalho e pelo entusiasmo demonstrado durante a realiza o assim como todo o apoio e ideias Queria tamb m agradecer a todas as pessoas especialmente a todos os amigos e fam lia que directa ou indirectamente influenciaram o meu percurso acad mico Abstract Electric vehicles are being presented as a sustainable solution to reduce greenhouse gases GHG emissions and oil dependency The increase in fuel prices also encourages the development and the integration of electrical mobility However the success of these vehicles depends on the batteries This study analyses the potential impacts of the electric mobility on the Portuguese Electric Utility System Several scenarios of electric vehicles penetration on th
54. Research Institute Existem grandes ambi es das diferentes entidades quer nas caracter sticas energ ticas como tamb m associadas ao ciclo de vida da bateria 2 4 2 Supercondensadores A utilizac o de supercondensadores como armazenamento de energia esteve sempre muito condicionada devido s limita es existentes na densidade de energia e na gama de capacidades que lhes caracter stica Com os desenvolvimentos tecnol gicos surgiram condensadores electroqu micos ou de dupla camada que conseguem aliar o pouco volume com densidades de energia e capacidades bastante mais elevadas que os condensadores usuais 13 Actualmente os supercondensadores podem carregar se e descarregar se quase indefinidamente t m um tempo de vida til muito longo permitem correntes de descarga elevadas os tempos de carga e de descarga s o semelhantes e bastante curtos 30 segundos aproximadamente s o fabricados com materiais n o t xicos relativamente baratos e apresentam um rendimento bastante elevado S o utilizados nos ve culos de propuls o el ctrica como fonte de armazenamento de energia auxiliar ou como buffers de energia el ctrica ao absorverem os picos de carga existentes no sistema e como resultado alongam o tempo de vida das baterias devido menor utiliza o destas 6 2 4 3 Pilha de Combust vel Ao contr rio das baterias a pilha de combust vel um aparelho electroqu mico que gera continuamente energia em ve
55. a T temperatura do ar A rea frontal em ve culos ligeiros pode ser estimada de acordo com 15 atrav s da sua massa na escala de 800 kg 2000 kg por A 1 6 0 00056 m 765 2 7 Um ponto importante na concep o de um ve culo o estudo aerodin mico deste em t neis de vento necess rio que o atrito entre o ve culo com o ar seja minimizado para que possa atingir maiores velocidades com um menor consumo de combust vel O coeficiente de resist ncia aerodin mico Cp pode ser obtido por teste em t nel de vento com modelos escala ou com ve culos reais Considerando o ngulo 0 entre a superf cie e o plano a forca da gravidade devido inclina o da estrada Fi dada por mgsen6 2 8 Chega se assim a 1 Fr f mg 5 0 CoAjW mgsen 2 9 A forca resultante no ve culo vai ser m a 2 10 Fy for a desenvolvida pelo ve culo N Fg for a total resistente N m massa do ve culo kg 26 acelera o do ve culo m s A for a desenvolvida pelo ve culo ent o Fy 2 11 De acordo com 15 e como se pode verificar na Figura 2 14 a baixa velocidade e com piso duro a resist ncia ao enrolamento Far a principal oposi o ao movimento do ve culo que n o acontece para altas velocidades sendo neste caso a forga de resist ncia aerodin mica Fpa Quanto for a da gravidade devido inclina o da estrada esta
56. a respectivamente 5 De acordo com o reabastecimento de energia o HEV pode ser classificado como e Reabastecimento na esta o de servi o a maioria dos HEVs presentes no mercado deste tipo em que o reabastecimento base de gasolina realizado nas esta es de servi o e PHEV Neste caso o ve culo maioritariamente reabastecido pela electricidade da rede el ctrica Devido import ncia deste ve culo ser discutido no pr ximo ponto Actualmente o desenvolvimento dos h bridos d se em dois sentidos e Desenvolvimento de um HEV completo plug in PHEV com grande efici ncia energ tica e emiss es reduzidas mas com um pre o superior aos ve culos convencionais e Desenvolvimento de HEVs mini ou medianos com estrutura simples e baixo custo No Anexo A 2 encontra se uma listagem de alguns modelos HEVs no mercado 2 3 3 Ve culo El ctrico H brido de Recarregamento pela Rede PHEV O PHEV Figura 2 7 um HEV com a op o de recarregamento das baterias pela rede el ctrica plug in ou seja um HEV completo De acordo com a IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers um PHEV dever ter uma bateria de pelo menos 4 kWh um m todo de recarregamento da bateria por uma fonte de energia el ctrica exterior e uma autonomia m nima de 16 km 10 miles em apenas modo el ctrico 9 Apesar de existirem outras defini es de PHEV a defini o apresentada parece a mais completa pois restringe a
57. a 4 5 Velocidade m dia horizontal a 60 m m s 1999 30 47 Figura 4 6 ndice kWh Wp em sistemas fotovoltaicos ligados rede 31 47 Figura 4 7 Pot ncia e lica total ligada evolu o anual 25 48 Figura 4 8 Pormenor da ficha de acordo com a norma SAE J1772 36 50 Figura 4 9 Pormenor da ficha de acordo com a norma IEC 62196 38 51 Figura 4 10 Caracter sticas de carregamento de ve culos el ctricos 39 52 Figura 4 11 Caracter stica de descarga da bateria modelada em 34 com base nas especifica es das baterias do Chevrolet Volt 53 Figura 4 12 Perfil usado no Cen rio 1 Carregamento N o Controlado 19h o7 1 56 Figura 4 13 Perfil usado no Cen rio 2 Carregamento no Vazio 24h o7 1 57 Figura 4 14 Perfil usado no Cen rio Carregamento Continuo u 24h o 1 10h o 1 SUS WAR 021i AC nes ORO tute etse Js 57 Figura 4 15 Evolu o da pot ncia instalada no SEN de acordo com 29 Anexo e B 4 58 Figura 4 16 Diagrama de carga em 2011 de acordo com o carregamento N o Controlado para os v rios cen rios de penetra o de ve culos el ctricos
58. acordo com os n veis de SOC de funcionamento o n vel de tens o da bateria ap s descarga completa ser de 325 V e efectuado o carregamento de 340 V Esta varia o de tens o corresponde a uma pequena varia o de pot ncia como se verificou em 34 Para efeitos de simula o considera se que o carregamento efectuado numa zona de pot ncia constante Nominal Current Discharge Characteristic at 0 26 104 350 Voltage 250 0 10 20 50 40 70 4 Ampere hour Ah Figura 4 11 Caracter stica de descarga da bateria modelada em 34 com base nas especifica es das baterias do Chevrolet Volt Na Tabela 4 3 s o indicadas as caracter sticas de carregamento consideradas e o seu impacto no SEN assumindo um rendimento conjunto do circuito de carga e das baterias de 88 e cos 0 95 e de perdas na transmiss o e distribui o de energia el ctrica nas linhas de 9 Tabela 4 3 Caracter sticas de carregamento consideradas valores arredondados Pot ncia Pot ncia no Pot ncia na Tens o Corrente Entregue Centro Tomada Bateria 230 V 16A 3 kW 3 5 kW 3 9 kW 230 V 32A 6 1 kW 7 kW 7 7 kW O tempo de carregamento de um ve culo el ctrico dado em fun o do circuito usado e da capacidade da bateria Na Tabela 4 4 indicado o consumo hor rio para cada tipo de carregamento e ve culo quando as baterias est o sem carga SOC m nimo 24 Trans
59. ado se mantenha realizando se apenas o ajuste devido constante evolu o das pontas anuais Figura 4 1 Apesar da grande aposta de Portugal nas energias renov veis est prevista a instala o de nova capacidade t rmica que garante a seguran a no abastecimento de energia el ctrica no m dio e longo prazo Existe ainda a possibilidade de em caso de necessidade entrar em funcionamento uma central a carv o limpo em Sines 2 grupo de 523 MW No Anexo B 3 indicado o cronograma de entrada em funcionamento das novas centrais de ciclo combinado 29 Na Figura 4 15 representa se a evolu o da pot ncia hidroel ctrica e lica e t rmica centrais de ciclo combinado instalada em Portugal at 2020 segundo 29 Estes valores ir o servir de compara o s necessidades do SEN obtidas nas previs es realizadas e verificando se se adequam aos cen rios considerados 10000 9000 8000 7000 S o c 6000 5000 4000 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Hidroel ctrica Figura 4 15 Evolu o da pot ncia instalada no SEN de acordo com 29 Anexo e B 4 26 llustram se apenas as fontes de energia mais significantes 58 Relativamente ao ano de 2011 s analisado o cen rio de carregamento n o controlado Figura 4 16 isto porque o que representa maior impacto no SEN devido ao in cio de carregamento das bater
60. agem de EVs e PHEVs que ir entrar em carregamento e A maioria dos carregamentos ser realizada em circuitos de 16 A intensidade m xima suportada por cabos de 4 mm normalmente instalados nas tradicionais tomadas el ctricas Sup e se que a instala o de circuitos que suportem 32 A nas casas dos propriet rios de ve culos el ctricos v aumentando com o objectivo de diminuir os tempos de carregamento Tabela 4 4 No entanto n o se considera esta situa o e define se que 85 do carregamento ser realizado a 16 A e o restante a 32 A Os perfis usados s o iguais para todos os dias da semana e Cen rio 1 Carregamento N o Controlado Este cen rio sup e que a maioria dos ve culos carregada em casa de um modo n o controlado O in cio do carregamento acontece quando as pessoas chegam a casa e p ra quando as baterias est o carregadas Este pode ser considerado o caso de refer ncia que apesar do planeamento de instala o de 1350 pontos de carregamento a maioria das pessoas n o ir ter acesso a um quer no local de trabalho quer noutros s tios p blicos Al m disso este caso pode ser simulado como um cen rio onde n o existe controlo inteligente de carregamento nem incentivos no carregamento em vazio O perfil indicado na Figura 4 12 Ap s o dia de trabalho e depois das pessoas chegarem a casa ir o colocar os respectivos 55 ve culos em carregamento por volta das 19h Este um perfil problem tico pois
61. al e o el ctrico Os ve culos el ctricos s o apontados como a solu o ou uma solu o intermedi ria pois usam uma fonte de energia alternativa a energia el ctrica Estes podem ser a baterias ou puramente el ctricos electric vehicles 5 ve culos el ctricos h bridos hybrid electric vehicles HEVs ve culos el ctricos h bridos de recarregamento pela rede plug in hybrid electric vehicles PHEVs e ve culos el ctricos a pilha de combust vel fuel cell vehicles FCVs Estas solu es encontram se em distintos estados de desenvolvimento existindo desafios e solu es medida para cada tipologia O seu sucesso depende do desenvolvimento tecnol gico na rea dos conversores de pot ncia m quinas el ctricas gest o de energia t cnicas de controlo e sobretudo armazenamento de energia Al m disso a falta de infra estruturas p blicas para o carregamento de ve culos el ctricos pode constituir uma barreira ao in cio da sua comercializa o No desenvolvimento de um ve culo el ctrico h que ter em conta diversos factores S o eles 2 4 5 Chassis Carrocaria Existem dois tipos de abordagens na concep o de um ve culo el ctrico convers o de um ve culo ICE ou constru do de raiz em que ambas as solu es 1 Na literatura a designa o de ve culo el ctrico refere o ve culo dotado de propuls o el ctrica mesmo que possua outro tipo de propuls o Na literatura tamb m u
62. al obst culo comercializa o dos ve culos el ctricos Como no sistema de transportes rodovi rio o ve culo convencional n o est ligado a uma fonte de energia exterior como o caso dos comboios el ctricos torna se necess rio o transporte desta e em quantidade suficiente por parte do ve culo por esta raz o que na escolha da fonte de energia para um ve culo necess rio ter em conta a sua densidade de energia Wh kg e de pot ncia W kg de modo a ter autonomia e acelera o suficiente respectivamente Existem no entanto outro tipo de caracter sticas desejadas tais como r pido carregamento descarregamento completo baixo custo ciclo de vida elevado taxa de auto descarregamento e de carregamento de alta efici ncia seguras livre de manuten o amigas do ambiente e recicl veis Na Figura 2 9 representado um mapa de densidade de energia e de pot ncia de v rias fontes de energia Ultracapacitor Short Period Energy Source y Qu Long Period Energy Source e n 2 900 Gasoline ICE a 2 200 Flectrochemic 2 100 A 50 ais Fuel Cell Non Rechargeable b 10 20 50 100 200 500 1000 Specific Energy Wh kg Figura 2 9 Caracter sticas de v rias fontes de energia escala logar tmica 5 O uso de m ltiplas fontes de energia permite eliminar o compromisso entre a densidade de energia e de pot ncia resultando na escolha de fontes de energia em extremos opostos do gr
63. amento Ve culo Carga 1 Hora 2 Hora 3 Hora 230V 16A d 8 8 kWh 3 3 2 8 Ampera 230V 16A EY 7 2 kWh 1 2 Leaf 230V 32A c 8 8 kWh Ampera 230V 32A E 7 2 kWh Leaf 25 Assumindo uma efici ncia de 0 2 kWh km 54 4 2 4 Perfis de Carregamento Para determinar o impacto no SEN necess rio estimar quando e quantos ve culos estar o a carregar em cada momento e que tipo de carregamento ser usado A nova rede integrada de pontos de carregamentos fornece informa o detalhada em tempo real sobre o que se passa em cada um dos pontos e podem ser elaborados perfis de uso Anexo B 2 Como a maioria das desloca es realizadas por grande parte da frota ligeira de passageiros casa trabalho ser supostamente nestes locais onde os ve culos ir o realizar grande parte do seu carregamento maioritariamente em casa Desloca es a centros comerciais e supermercados representam tempos de carga entre 30 minutos a 2 horas e revelam tamb m o seu potencial Actualmente s existem previs es de como ser o os perfis de carregamento e por isso s o elaborados tr s cen rios diferentes baseados em 33 e 35 com as seguintes considera es e Uso da distribui o normal na defini o dos cen rios 1 Gc me 4 1 y f xlu o Os par metros distribui o m dia u e desvio padr o o s o definidos cada cen rio e Caracter sticas de carregamento da Tabela 4 3 e Tabela 4 5 e Igual percent
64. cada vez mais aten o devido amplitude dos estragos causados tornados inunda es secas e o derreter do gelo do P lo Norte e Sul que poder inundar zonas costeiras com o aumento do n vel do mar 2 64 As altera es clim ticas t m vindo a ganhar cada vez maior import ncia como quest o ambiental de relevo e alcance global A Conven o Quadro das Na es Unidas para as Altera es Clim ticas em 1992 e como consequ ncia o Protocolo de Quioto em 1997 teve como resultado o desenvolvimento de pol ticas de mitiga o e de adapta o s altera es clim ticas Portugal definiu tr s instrumentos principais para responder aos desafios da redu o das emiss es dos gases com efeitos de estufa GEE o Programa Nacional para as Altera es Clim ticas PNAC que estabelece medidas de redu o das emiss es de GEE a n vel sectorial o Plano Nacional de Atribui o de Licen as de Emiss o PNALE que define as instala es abrangidas pelo Com rcio Europeu de Licen as de Emiss o CELE e as respectivas licen as e o Fundo Portugu s de Carbono FPC que tem como objectivo o financiamento de redu es de emiss es de GEE Em 40 caracterizada a evolu o do CELE no seu per odo experimental PNALE 2005 2007 e o cumprimento do Protocolo de Quioto PNALE II 2008 2012 no sector electroprodutor Em Portugal as emiss es verificadas t m se reduzido de ano para ano como resultado do aumento da penetra
65. da superf cie da estrada Ao arrastar do ar no interior e exterior da roda No A Energia perdida nas lombas ou irregularidades do piso da estrada Fgg f mg 2 4 Far for a total de resist ncia ao rolamento dos pneus N f coeficiente de atrito ao rolamento nos pneus m massa do ve culo kg g acelera o da gravidade m s Em que f toma os seguintes valores para v rios pisos Tabela 2 1 Valor de f para diferentes tipos de piso Tipo de piso 0 008 0 01 0 01 0 015 0 033 0 055 Area 0 15 0 3 Neve 0 025 0 037 A for a de resist ncia aerodin mica Fpa dada pela seguinte equa o e resulta da interac o entre o ar e o ve culo e Fluxo de ar sobre o exterior carro aria da estrutura do ve culo devido fric o do ar na superf cie deste e ao modo como essa fric o altera a corrente de ar na parte traseira do ve culo e Fluxo de ar atrav s do radiador do motor no interior das cavas e das rodas e no interior do ve culo com a finalidade de refrigerar e de ventilar o habit culo 25 1 Fpa z 2 5 densidade do ar coeficiente de resist ncia aerodin mico A rea frontal do ve culo m V velocidade do ve culo em rela o ao vento m s A densidade do ar por sua vez dada por p 288 16 125 slg IT 2 6 p 101 325 1273 16 T 29 P press o atmosf rica em kP
66. de interface para liga o de equipamentos el ctricos s tomadas No entanto o mundo real tende a ser mais complicado Como n o existe consenso nas opini es entre a ind stria autom vel e entre os pa ses ainda n o foi normalizado o modelo para carregamento das baterias de ve culos el ctricos No entanto existem j duas normas SAE J1772 e IEC 62196 Isto significa que o design de um carregador e da infra estrutura de carregamento dever o diferir em certos pa ses de acordo com a rede de energia el ctrica gt A SAE J1772 uma norma da Am rica do Norte mantida pela SAE Society of Automotive Engineers e tudo indica que ser usada pelos EUA e pelo Jap o A ficha projectada para sistemas monof sicos de 120 ou 240 V e constitu da por cinco pinos Linha AC 1 Linha AC 2 Neutro Terra Detector de Proximidade e Controlo Figura 4 8 e pode ser usada em dois modos podendo fornecer at 19 2 kW 36 e Linha AC 1 120 V 1 fase at 16 A e Linha AC 2 240 V 1 fase at 80 A Est o j a ser desenvolvidos outros modos de maior tens o e de carga r pida em DC 22 1 kW 1 34 CV cavalos 23 Detecta movimentos do ve culo quando ligado ao carregador 49 Figura 4 8 Pormenor da ficha de acordo com a norma SAE J1772 36 gt A norma IEC 62196 International Electrotechnical Commission permite carregamentos mais r pidos podendo chegar a 298 kW com circuito trif sico de 690 V 50 60 Hz e com co
67. de pot ncia e o aumento de efici ncia e a redu o de emiss es dependem do n vel de pot ncia do motor e das baterias usadas assim como do ciclo de condu o 5 Na Figura 2 4 representa se o ciclo de condu o EPA FTP75 em meio urbano Urban driving e em auto estrada Highway driving usado nos Estados Unidos 2 Em ambiente urbano a velocidade m dia ronda os 35 km h e existem v rios intervalos de elevada acelera o assim como de desacelera o devido s limita es de velocidade tr nsito sem foros etc Em auto estrada a velocidade raramente inferior aos 50 km h e durante o percurso os intervalos de acelera o e desacelera o s o bastante inferiores que no caso anterior isto porque nas auto estradas os limites de velocidade s o superiores e geralmente existe maior fluidez do tr nsito Este exemplo serve apenas para demonstrar a potencialidade do HEV quanto ao modo de condu o Os HEVs usam um ICE e um motor el ctrico de modo a aumentar a autonomia e a efici ncia total do ve culo respectivamente A componente el ctrica do ve culo pode funcionar como motor principalmente em baixas rota es quando o ICE tem baixo rendimento ou como gerador durante a travagem regenerativa regenerative breaking ou da energia excessiva produzida pelo ICE Al m da bateria poder o existir outras fontes de energia no ve culo designadamente sistemas de volantes de in rcia ou supercondensadores com o object
68. de se analisar o potencial do ve culo el ctrico em Portugal Actualmente o Sistema El ctrico Nacional SEN e o Sistema de Transportes Rodovi rio s o a base de qualquer sociedade e funcionam isoladamente O desenvolvimento do ve culo el ctrico como resultado da matura o de diversas tecnologias motor el ctrico electr nica de pot ncia t cnicas de controlo baterias etc e ainda alvo de v rios estudos permite a sua interliga o rede para efeitos de carga Surge ainda um novo conceito V2G vehicle to grid que permite um fluxo bidireccional de energia entre a rede e o ve culo e est associado ao aumento de armazenamento nos ve culos el ctricos e falta deste no SEN 1 3 Motiva o O desenvolvimento dos ve culos com motor de combust o interna internal combustion engine ICE representa um dos maiores sucessos da sociedade Os ve culos t m sido indispens veis no crescimento da sociedade moderna satisfazendo as necessidades de mobilidade no dia a dia No entanto a circula o de autom veis em todo o mundo grande parte respons vel pela degrada o da qualidade do ar e do aquecimento global A maioria dos combust veis usados no sector de transportes prov m do petr leo Figura 1 1 e este por sua vez resulta da decomposi o de mat ria org nica aprisionada h milh es de anos 600 400 em camadas geologicamente est veis por esta raz o que este tipo de recurso finito Grande parte da pro
69. definida pelo condutor de modo a salvaguardar as suas necessidades As necessidades de armazenamento de energia por parte do condutor e por parte da rede ocorrem em instantes de tempo distintos o que pode abrir portas a estrat gias de concilia o tal como o carregamento das baterias durante o vazio beneficiando do per odo de baixo consumo 3 A energia fornecida pelos ve culos el ctricos como um servi o auxiliar caracterizada por ter uma qualidade superior resposta r pida dispon vel em pequenas quantidades e distribu da A quantidade dispon vel deste tipo de energia depende do n mero de ve culos ligados rede e pode ser estimada com dados de tr fego rodovi rio Estas caracter sticas complementam os mercados de reserva ponta e regula o Estes mercados t m associados curtos tempos de despacho o que favorece a falta de capacidade das baterias al m de necessitarem de resposta r pida e disponibilidade permanente caracter sticas que s o o ponto forte de V2G Para o sucesso das opera es V2G a necessidade de redes inteligentes smart grids de equipamento de recarregamento de PHEVs inteligente assim como de aparelhos de medi o inteligentes para a rede e para o ve culo tornam se essenciais Uma rede inteligente smart grid uma rede que e Se auto repara self healing e Adaptativa adaptative e Optimizada optimized e Distribu da distributed e Integrada integrated e Segura secure S
70. der de compra da popula o em geral que com baixo or amento dispon vel preferem optar por modelos mais baratos 20 j em 2011 que come a a ser comercializada a nova gera o de ve culos el ctricos Tudo indica que sejam o Nissan Leaf e o Opel Ampera vers o europeia do Chevrolet Volt as primeiras alternativas a chegar ao mercado nacional Indicam se na Tabela 3 2 as caracter sticas destes ve culos Apesar da diferen a de arquitectura e funcionamento destes ve culos existe uma grande disputa entre estes dois modelos A discuss o centra se nas baterias A General Motors justificou o pre o acrescido do Volt em compara o com o Leaf devido Nissan ainda n o ter anunciado a garantia das baterias esperando que essa falta de informa o originasse preocupa es aos poss veis compradores relativamente confian a 36 das baterias da marca Entretanto a Nissan apresentou uma garantia igual do Volt Existem ainda muitas especula es acerca da qualidade das baterias do Leaf a informa o escassa a autonomia por muitos considerada exagerada e muitos questionam o DOD usado Resta apenas esperar o lan amento destes ve culos no mercado e com o passar dos anos comprovar a qualidades das baterias de cada marca Tabela 3 2 Especifica es do Nissan Leaf e Opel Ampera 23 24 Opel Ampera EV PHEV S rie AC S ncrono AC S ncrono Motor El ctrico 80 kW 111 kW 280 Nm 370 Nm 55 KW Ga
71. do SEN pretende se determinar a influ ncia que os perfis de carregamento t m no sistema e analisar se a instala o prevista de gera o at 2020 adequada Realiza se uma estimativa r pida sobre a viabilidade dos ve culos el ctricos nos paradigmas pre o de electricidade vs combust veis e emiss es do ve culo el ctrico mix energ tico nacional vs ve culo convencional S o ainda apresentados servi os que a mobilidade el ctrica pode fornecer rede de forma a optimiz la e permitir elevada penetra o de energia e lica Na rede de distribui o avaliado o impacto do carregamento normal e r pido Este estudo permite prever poss veis problemas e solu es do ponto de vista da distribui o de energia el ctrica e da entidade reguladora de forma a optimizar a penetra o dos ve culos el ctricos no pa s sem grandes constrangimentos no sector el ctrico 1 5 Estrutura da Disserta o Esta disserta o constitu da por seis cap tulos e tr s anexos O primeiro e actual cap tulo serve como introdu o ao documento onde descrito o contexto em que surge este trabalho e s o definidos os objectivos assim como a respectiva contribui o O cap tulo 2 inicia se com uma abordagem ao princ pio de funcionamento dos ve culos convencionais Posteriormente caracterizado o estado de arte dos v rios tipos de ve culos el ctricos e das fontes de energia Por fim realiza se uma an lise din mica do ve
72. do carregamento durante o dia centralizada principalmente nos locais de trabalho bastante baixa No cen rio de carregamento cont nuo foi considerado que 15 de energia que um ve culo precisa diariamente fornecido durante esse per odo 60 10 12 14 16 18 20 22 24 Hora Refer ncia Pessimista Figura 4 18 Diagrama de carga em 2015 de acordo com o Carregamento no Vazio para os v rios cen rios de penetra o de ve culos el ctricos 11 10 12 14 16 18 20 22 24 Hora Refer ncia Base Optimista Figura 4 19 Diagrama de carga em 2015 de acordo com o Carregamento Cont nuo para os v rios cen rios de penetra o de ve culos el ctricos Em 2020 segundo os n veis de penetra o pessimista base e optimista existem 63145 156890 e 402534 ve culos el ctricos em circula o em Portugal No carregamento n o controlado Figura 4 20 a ponta de refer ncia de 11460 MW e para os cen rios de 11644 MW 11915 MW e 12628 MW com aumentos de 184 MW 455 MW e 1168 MW respectivamente Por esta altura no cen rio optimista o parque autom vel el ctrico j 61 representa 9 do parque autom vel total e se a ideia a substituic o de todos os ve culos convencionais por el ctricos conv m ter no o que o carregamento simult neo poder corresponder a um impacto de 17 GW no sistema Este valor re
73. du o da factura de mobilidade das fam lias e empresas que optem por esta solu o alternativa de mobilidade 16 Ap s o sucesso dos HEVs as marcas autom veis apostam agora nos EVs e PHEVs Tudo indica que o Nissan Leaf e o Opel Ampera ser o os primeiros desse tipo respectivamente a chegar ao mercado e n o passar muito tempo at estes modelos terem concorr ncia A maioria das marcas j anunciou o lan amento de ve culos com caracter sticas similares no pr ximo ano 2011 A ind stria autom vel v esta aposta como uma forma de relan ar a economia Os ve culos ICE el ctricos s o caracterizados por baixo alto pre o autonomia elevada baixa pre o por quil metro alto baixo e emiss es altas baixas ou nulas No entanto existe uma constante evolu o da sua efici ncia de forma a reduzir o seu consumo e emiss es A penetra o de ve culos el ctricos no parque autom vel em Portugal depende sobretudo da condi o econ mica do pa s dos incentivos do pre o e da autonomia baterias do ve culo Do ponto de vista do SEN o problema associado mobilidade el ctrica reside no abastecimento destes ve culos Dependendo do n vel de pot ncia da hora e da dura o do carregamento pode resultar uma diversidade de impactos no sistema a n vel de gera o necess ria e como consequ ncia de emiss es e aumento da pot ncia de ponta Analisados todos os cen rios de acordo com todas as considera
74. du o petrol fera est localizada no M dio Oriente e os principais consumidores s o a Europa Am rica do Norte e sia Pac fico Figura 1 2 Desta situa o resulta uma necessidade de importa o por parte dos pa ses consumidores criando um elo de depend ncia com os pa ses produtores O consumo deste tipo de energia est em constante crescimento de modo a acompanhar tanto a economia dos pa ses desenvolvidos como em desenvolvimento De salientar ainda a previs o de um grande aumento de consumo com o r pido desenvolvimento de pa ses populosos nomeadamente na regi o sia Pac fico e Brasil assim como um acr scimo proporcional de emiss es poluentes e de CO 2 E TJ Transportation 45 Other Million barrels per day N ur 1 d Bog S FS SS Industrialized Developing 3 Figura 1 1 Comparac o do consumo petrol fero mundial nos pa ses desenvolvidos e em vias de desenvolvimento no sector de transportes e nos restantes 2 North America Asia Pacific W estern Europe Eastern Europe and former USSR Oil consumption in thousand barrels per day South amp Central America Middle East ID Africa Figura 1 2 Consumo petrol fero por regi o 2 Combinando a taxa de crescimento da popula o mundial com o n mero de ve culos em circula o e tendo em conta o consumo e a descoberta de novos recursos petrol feros
75. duzindo as perdas e a propaga o do aumento de tens o em redor do sistema Com produ o e lica baixa ou consumo elevado os ve culos el ctricos fornecem energia rede de forma a reduzir perdas redu o de tens o e controlar o tr nsito de energia No planeamento de instala o de pontos de carregamento r pido dever se ter em conta todos estes factores de forma a atenuar o seu impacto na rede Na Tabela 5 5 determinou se a varia o de pot ncia que transita nas linhas durante os carregamentos para os v rios cen rios em rela o refer ncia Quanto ao carregamento normal cen rio 1 e 2 a varia o de quase 9 no entanto para o carregamento r pido o acr scimo de cerca de 28 Apesar destas varia es e assumindo que durante a ponta de refer ncia cada linha se encontra a 70 da sua capacidade registaram se as seguintes utiliza es m ximas das linhas no pior caso Tabela 5 6 Verifica se que ainda existe espa o de manobra mas se a ideia substituir todo o parque autom vel sem impactos na rede o carregamento ter que ser efectuado durante o vazio e as tarifas t m de ser atractivas cabendo ao regulador o papel de incentivador 5 o b 0123 4 5 6 7 8 9 1011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hora Refer ncia Cen rio 1 Cen rio 2 Cen rio 3 Cen rio 4 Figura 5 7 Varia o das perdas na rede de distribui o 84
76. e parte da popula o casa trabalho casa e para o caso da Europa o percurso m dio 90 E em geral os ve culos el ctricos das vezes inferior a 30 km em ambiente de cidade Os ve culos com dist ncias di rias pequenas podem nunca precisar de ir a uma esta o de servi o 2 3 4 Ve culo a Pilha de Combust vel FCV Foi em 1839 quando se descobriu que se poderia gerar electricidade ao reverter a electr lise da gua e mais tarde surgiu o termo de pilha de combust vel No entanto e mais uma vez o r pido desenvolvimento dos ICEs suspenderam os projectos associados a esta tecnologia Mais tarde a NASA financiou in meras pesquisas referentes s pilhas de combust vel as quais foram usadas em diversas miss es ao espa o 2 4 5 Os FCVs podem ser considerados como HEVs do tipo s rie em que o hidrog nio usado como fonte de energia para produzir electricidade que pode ser usada na propuls o ou armazenada em baterias O produto resultante do processo electroqu mico al m de electricidade gua Estes ve culos s o portanto livres de emiss es n o dependem dos combust veis f sseis e s o bastante eficientes N o por isso de estranhar que nas ltimas d cadas alguns fabricantes e algumas ag ncias de governos tenham apoiado pesquisas no desenvolvimento desta tecnologia para o uso em ve culos e noutras aplica es De modo a melhorar o arranque do ve culo dever se usar com a
77. e Energy Management for Hybrid Electric Vehicles IEEE vol 57 pp 3428 3440 2008 8 T Teratani R Mizutani K Yamamoto T Anegawa Energy saving Technologies for Automobiles IEEj Trans pp 162 175 2008 9 A Srivastava B Annabathina S Kamalasadan The Challenges and Policy Options for Integrating Plug in Hybrid Electric Vehicle into the Electric Grid The Electricity Journal vol 23 Issue 3 2010 10 J Axsen A Burke K Kurani Batteries for Plug in Hybrid Electric Vehicles PHEVs Goals and the State of Technology circa 2008 Institute of Transportation Studies University of California 2008 11 L Lave H Maclean Are Hybrid Vehicles Worth It IEEE Spectrum 2001 12 F Nemry Leduc A Mu oz Plug in Hybrid and Battery Electric Vehicles State of the research and development and comparative analysis of energy and cost efficiency JRC Technical Notes 2009 13 P Duque Autonomiza o de um Ve culo El ctrico Utilizando Formas Distintas de Armazenamento e Recupera o de Energia Trabalho de Final de Curso Instituto Superior T cnico 2007 14 P Mendon a Concep o e Requisitos de um Sistema de Recarregamento de um Ve culo El ctrico Disserta o de Mestrado Instituto Superior T cnico 2008 15 D Foito Ve culo El ctrico Bimotor com controlo de estabilidade e de trac o Disserta o de Mestrado Instituto Superior T cnico 2002 16 Decreto Lei n 39 2010 de 26 de Abril 17 w
78. e Portuguese LDV light duty vehicles fleet and some charging profiles are defined The power limitations between the grid and the vehicle are analysed and the overall impact on the system is estimated The increase in demand of electric vehicles battery charging can cause system constraints especially during peak hours It is studied the most problematic scenario and the estimation of new generation installation till 2020 and it is concluded that the system can solve all possible constraints There is the possibility of these vehicles optimize the performance of the system and enable high wind penetration with Vehicle to Grid V2G applications The regulation of the wind generation is one example and it is used to reduce the variability of this type of energy In terms of electric distribution network it is analysed the impact of the normal and fast charging A small network is simulated using the Newton Raphson Method and the problems that can emerge are identified Keywords Electric Vehicle Portuguese LDV Fleet Portuguese Electric Utility System Emissions Vehicle to Grid Regulation of Wind Generation Power Flow Electric Distribution Network Newton Raphson Method Resumo Os ve culos el ctricos s o apresentados como uma solu o sustent vel na redu o das emiss es de gases de efeito de estufa GEE e da depend ncia do petr leo O aumento do pre o dos combust veis favorece o desenvolvimento e integra o da mobilidade
79. eeeneene 9 Figura 2 4 Ciclo de condu o urbano e em auto estrada EPA FTP75 2 12 Figura 2 5 Arquitecturas comuns dos HEVs a S rie b Paralelo c S rie Paralelo e d Complexa 2 roit el ege et eL og bebida ic Peta 12 Figura 2 6 Gest o de energia nos HEVS 8 14 Figura 2 7 Ilustra o de um PHEV 9 16 Figura 2 8 Modos de opera o dos PHEVS 10 17 Figura 2 9 Caracter sticas de v rias fontes de energia escala logar tmica 5 20 Figura 2 10 Caracter sticas de v rias tecnologias de baterias 3 21 Figura 2 11 Caracteriza o das baterias t picas para os diferentes ve culos el ctricos 12 22 Figura 2 12 Exemplos de PHEVs e metas para baterias a longo prazo 10 22 Figura 2 13 For as aplicadas ao ve culo 14 aereas 24 Figura 2 14 Varia o da for a de resist ncia ao rolamento Far da for a de resist ncia aerodin mica Fpa e da for a resistente total Fr com a velocidade Foram usados os dados da Tabela 2 2 testi oct iet eon ta tee iren n TEN da nea 27 Figura 3 1 Diagrama da rede de mobilidade el ctrica em Portugal 39 28 Figura 3 2 Exemplo de curva em S de difus o de novas tecnologias
80. elevadas taxas de penetra o de fontes renov veis na rede o car cter intermitente das renov veis pode ser resolvido atrav s do aumento das reservas ou de armazenamento A vantagem do armazenamento consiste em conseguir se absorver os excessos de pot ncia de gera o que possam ocorrer O V2G pode fazer o papel de suporte para fontes renov veis em larga escala atrav s dos servi os de sistema e de armazenamento 3 Em 42 analisado o potencial dos PHEVs na redu o da variabilidade da gera o e lica descentralizada O objectivo principal consiste em regular o diagrama de gera o e lica Figura 4 27 71 1 5 gt TIL nd V a s at Real Power pu e e S s gt 0 5 g 10 12 14 16 18 20 Time s Figura 4 27 Redu o da variabilidade de gera o e lica Pw usando PHEVs 42 Como j foi referido os ve culos el ctricos podem fornecer uma resposta r pida e funcionar como gera o e carga distribu da Tornam se por isso ideais para servi os de regula o no entanto a sua viabilidade posta em causa com as caracter sticas das actuais baterias As mais recentes baterias Li lon ainda s o bastante limitadas e o fornecimento deste tipo de servi o resulta numa degrada o das mesmas Com os avan os tecnol gicos nesta rea este tipo de neg cio pode de certa maneira vir a ser largamente explorado com a mobilidade el ctrica 72 5 Estudo de um Ca
81. ere as transac es vista e operado por Portugal gere as transac es a prazo do MIBEL Podem se definir v rios cen rios para o consumo de energia el ctrica carga base ponta e servi os de sistema associados reservas girantes e regula o Os v rios tipos de 42 mercados ou gera o diferem grandemente em regime de controlo tempo de resposta tempo de despacho termos de contrato e pre o Embora estes mercados sejam diferentes conforme o pa s ou regi o em quest o as matrizes s o comuns 3 27 4 1 1 Carga Base a produ o constante ligada ao consumo m nimo m dio que ocorre a tempo inteiro e prov m de centrais com baixo custo vari vel por kWh A venda usualmente realizada com contractos de longo prazo e gera o constante Ponta a gera o necess ria nos per odos de maior consumo e proveniente de centrais que funcionam continuamente pouco tempo O tempo t pico de chamada de uma central deste tipo de 3 a 5 horas acabando por funcionar algumas centenas de horas por ano da o pre o por kWh ser elevado Reserva girante proveniente de geradores que funcionam a carga parcial sincronizados com a rede e com r pida capacidade de resposta de forma a colmatar a ocorr ncia de perturba es na rede O pre o deste tipo de gera o depende da energia produzida disponibilidade e prontid o A capacidade de energia dispon vel por hora tem a unidade de MW h O recurso reserva
82. ergia An lise das especifica es dos dispositivos de armazenamento de energia dispon veis no mercado A n vel de baterias as tecnologias mais promissoras revelam se como as baterias de hidreto met lico de n quel NiMH e i es de l tio Li lon O potencial do uso de m ltiplas fontes de energia j conhecido nos ve culos el ctricos h bridos HEV Os supercondensadores tamb m poder o desempenhar um importante papel no aumento da efici ncia global dos ve culos el ctricos T cnicas de Controlo Existem dois tipos de controlo com objectivos distintos 6 7 e Controlo de Gest o de Energia de forma a optimizar a efici ncia energ tica e as emiss es do ve culo O objectivo conceber algoritmos adequados ao tipo de ve culo e s suas fontes de energia com baixo peso computacional e que permita uma gest o inteligente de todo o fluxo de energia e Controlo de Condu o para optimizar o desempenho conjunto do ve culo por exemplo ter o bin rio m ximo sempre dispon vel 2 2 Ve culo Convencional Nos dias de hoje o ve culo convencional caracterizado pelo seu ineficiente motor de combust o interna ICE isto porque apenas 30 da energia do combust vel realmente aproveitada Al m disso da combust o da mistura ar e combust vel surgem produtos di xido de carbono xidos de azoto NO mon xido de carbono CO e hidrocarbonetos por queimar HC que degradam a qualidade do ar e co
83. es feitas conclui se que fundamental for ar o carregamento dos ve culos para as zonas de menor consumo ou seja para o vazio Como se prev que a maioria do carregamento ser realizado em casa depende do propriet rio garantir que tal aconte a usando para esse efeito o sistema de agendamento de carga do ve culo ou outra alternativa Esta situa o vantajosa para o condutor caso tenha uma tarifa diferente para o vazio Ao n vel do sistema al m de prevenir os problemas j referidos existe tamb m redu o de custos em rela o ao carregamento realizado na ponta O despacho das centrais el ctricas realizado de acordo com o seu custo marginal A curto prazo a carga adicional proveniente dos ve culos el ctricos ir ser despachada por centrais de baixo custo marginal ou seja carv o e g s natural que por sua vez podem reduzir os benef cios ambientais destes ve culos mas tamb m por fontes de energia renov vel A longo 35 Localmente 86 prazo a cria o de pol ticas relacionadas com a redu o de emiss es poder encorajar a introdu o de gera o adicional de baixas emiss es por exemplo energia nuclear De acordo com o cen rio mais problem tico e das estimativas de instala o de gera o at 2020 tudo indica que n o ser o registados problemas ao n vel do sistema apenas na ocorr ncia de um ano anormalmente seco O grande movimento a favor da mobilidade el ctrica o potencial na
84. es ve culos revelam se como p blico alvo do marketing dos ve culos el ctricos necess rio informar a popula o em rela o nova tecnologia de mobilidade el ctrica sobre os incentivos e sobre a rede de pontos de carregamento mas tamb m das suas limita es A integra o destes ve culos nas estradas portuguesas representa um desafio para o pa s para a ind stria autom vel e para o SEN 5 4 2 m At 1 ano 5 m De 1 a 2 anos E De 2 a 3 anos m De 3 a 4 anos De 4 a 5 anos E De 5a 10 anos De 10 15 anos De 15 a 20 anos Mais de 20 anos Figura 3 8 Idade do parque autom vel em Portugal 20 Aveiro Braga Lisboa Porto Set bal Outros Figura 3 9 Distribui o de ve culos por regi o 20 35 Em m dia no pa s existem 2 4 habitantes por ve culo ligeiro um valor um pouco acima da m dia da UE Uni o Europeia de 2 1 20 Como seria de esperar Lisboa e Porto s o as cidades que possuem maior n mero de ve culos em circula o Actualmente nestas zonas que existe maior n mero de pontos de carregamento segundo 22 espera se por isso que as primeiras vendas de ve culos el ctricos ocorram principalmente nestas cidades 3 4 Cen rios de Penetra o de Ve culos El ctricos em Portugal 3 4 1 Mercado O lan amento de uma nova tecnologia sempre considerado um desafio Numa altura em que o mercado autom vel est em contrac o o lan amento da
85. flecte a import ncia de desenvolver m todos de controlo de carregamento directos ou indirectos e ir assim preparando uma penetra o sustent vel da mobilidade el ctrica em Portugal Tendo em conta o perfil do diagrama de carga faz todo o sentido deslocar o carregamento das baterias para zonas de baixo consumo pelo que devem surgir incentivos para que tal aconte a Em rela o s estimativas de pot ncia instaladas at esse ano os refor os em fontes de energia renov vel e t rmica indicados de modo a garantir a seguran a do abastecimento indicam que o SEN est preparado para todos os cen rios indicados Apenas um ano anormalmente seco poderia p r em causa o abastecimento 10 12 14 16 18 20 22 24 Hora Refer ncia Pessimista Base Optimista Figura 4 20 Diagrama de carga em 2020 de acordo com o Carregamento N o Controlado para os v rios cen rios de penetra o de ve culos el ctricos O carregamento durante o vazio Figura 4 21 e cont nuo Figura 4 22 representam a melhor solu o a adoptar Em 2020 o n mero de ve culos el ctricos em circula o j significativo e o impacto destes no vazio pode ir at 2 GW contudo existe grande margem de manobra Verifica se que os carregamentos est o finalizados at s 5h Apesar de no carregamento cont nuo j ser vis vel o impacto durante o dia a pot ncia adicional m xima de 122 MW Esta situa o reflecte o potencial de
86. g O 7 CDMode P CS Mode pim e 0 7 A 5 W ih I 0 4 xk 0 3 q d LS V 9 0 2 G All Electric or Gasoline 0 1 pr Blended Only gt 0 Distance Figura 2 8 Modos de opera o dos PHEVs 10 O SOC geralmente limitado a menos de 9096 e a mais de 2096 com o objectivo de preservar a longevidade das baterias e por motivos de seguran a A diferen a entre o m ximo e o m nimo SOC conhecido por depth of discharge DOD o qual varia de acordo com a tipologia do ve culo e da bateria Como a opera o dos PHEVs tem dois modos de funcionamento a determina o da sua efici ncia torna se uma tarefa complicada Considerando a dist ncia em que o ve culo transita do modo CD para CS a curva de factor de utiliza o Utility Factor UF fornece o consumo do ve culo no modo CD em rela o ao modo CS Ctotal Cep UF Ces 1 UF 2 1 UF transi o do modo CD para o modo CS Ccp consumo no modo CD Ccs consumo no modo CS 2 3 3 2 Vantagens Desvantagens dos PHEVs Os PHEVs apresentam se como uma solu o bastante promissora de deslocar grande parte do consumo de combust veis dos ve culos para a rede el ctrica Podem ser recarregados durante as horas de vazio noite em que a energia mais barata e pode ser proveniente de fontes renov veis n o despach veis ou mesmo de centrais termoel ctricas ou ciclo combinado que possuem rendimento m
87. gu s que reflectem o potencial da energia e lica e fotovoltaica respectivamente ndice kWh Wp Sistemas PV aut nomos virados a Sul com inclina o igual latitude 42 41 4D N4 Latitude N WGS84 be yen 31 215151 454 1 06 Longitude E WGS84 aul 102 Figura 4 5 Velocidade m dia MPO SS SS horizontal a 60 m m s 1999 30 sistemas fotovoltaicos ligados rede 31 Nos ltimos anos tem se vindo a verificar um forte desenvolvimento da energia e lica em Portugal tendo a pot ncia instalada aumentado dos 506 MW em 2004 para cerca de 3524 MW em 2009 Figura 4 7 Esta progress o dever continuar prevendo se que at 2012 sejam instalados 2000 MW adicionais resultantes da capacidade atribu da atrav s de processos Tamb m est o dispon veis dados de evolu o de capacidade t rmica 47 concursais Prev se ainda que at 2020 se encontrem instalados 6900 MW de pot ncia sendo 50 MW referentes a e lico offshore 29 MW MW 2004 2005 2006 2007 2008 2009 INN Novos Parques Pot ncia Ligada Figura 4 7 Pot ncia e lica total ligada evolu o anual 25 Em rela o energia fotovoltaica reconhecido o seu potencial devido disponibilidade deste recurso no pa s e ser uma aposta na pr xima d cada Para mais informa es sobre outras fontes de energia renov vel aconselha se a consulta do docume
88. i o do modo de funcionamento do PHEV de CD para CS 53 Tabela 4 4 Consumo por tipo de carregamento e ve culo Carregamento Ve culo Carga 1 Hora Hora Hora Hora Hora Hora Hora PHEV 8 8 Ampera kWh EV 19 2 Leaf kWh PHEV 8 8 Ampera kWh 25 EV 19 2 Leaf kWh en d 2 230V 16A 3 3 2 8 230V 16A 3 230V 32A 230V 32A No entanto na realiza o da simula o s o usados os valores da Tabela 4 5 isto porque e O Nissan Leaf anunciado com uma autonomia de 160 km e tendo em conta que a maioria das desloca es da popula o casa trabalho interessa determinar o SOC das baterias dos ve culos no final do dia Este valor depende de in meros factores tais como o percurso efectuado o estilo de condu o o tr fego rodovi rio os equipamentos do ve culo em uso principalmente o AC etc Devido inexist ncia destes dados em territ rio nacional e sabendo que em Portugal a dist ncia m dia di ria percorrida de 35 6 km realizada uma estimativa que considera que devido a todos os factores indicados dos 19 2 kWh dispon veis restam 12 kWh no final do dia e Quanto ao Opel Ampera considerado o uso de toda a energia das baterias supondo que as pessoas que optaram por estes ve culos necessitam de percorrer maiores dist ncias e por isso ficam salvaguardadas pelo ICE Tabela 4 5 Consumo por tipo de carregamento e ve culo valores usados na determina o do impacto no SEN Carreg
89. ias coincidir com a ponta di ria Em 2011 os ve culos el ctricos ainda est o a entrar no mercado nacional s o uma novidade e por isso o impacto no SEN n o evidente Em rela o refer ncia 9590 MW o aumento da ponta de 1 43 2 86 e 14 28 MW para o cen rio pessimista base e optimista com 492 e 985 e 4924 ve culos el ctricos em circula o respectivamente Estes resultados revelam que um m todo de carregamento n o controlado e que coincida com a ponta di ria pode resultar em aumentos significativos na ponta 10 12 14 16 18 20 22 24 Hora Refer ncia Pessimista Base Optimista Figura 4 16 Diagrama de carga em 2011 de acordo com o carregamento N o Controlado para os v rios cen rios de penetra o de ve culos el ctricos Em rela o ao ano de 2015 ano m dio da previs o efectuada os diagramas de carga j apresentam algumas varia es relativamente ao de refer ncia Por esta altura o parque autom vel el ctrico j tem uma dimens o consider vel dependendo dos cen rios de penetra o considerados Quanto ao carregamento n o controlado Figura 4 17 j s o vis veis os aumentos de pot ncia requisitada rede durante as horas de ponta A ponta de refer ncia de 10380 MW e para o cen rio pessimista base e optimista de 10400 MW 10425 MW e 10564 MW a que correspondem aumentos de 20 MW 45 MW e 584 MW respectivamente No cen rio optimista j existem 63208 ve
90. icos o elevado pre o mesmo com os incentivos provocar uma baixa penetra o inicial de 0 5 que corresponde a cerca de 1000 ve culos e em 2020 de 35 A Tabela 3 3 sumariza os v rios cen rios considerados indicando a percentagem de vendas totais que corresponde a ve culos el ctricos em 2011 e 2020 Tabela 3 3 Cen rios de penetra o de ve culos el ctricos M 195000 e g 1 Pessimista Base Optimista 20 025 0 5 25 NEN 10 25 50 O primeiro ano de comercializa o de EVs e PHEVs ser em 2011 com o lan amento do Nissan Leaf e Opel Ampera S o assim calculados os valores de a e B de acordo com a Tabela 3 3 e as seguintes equa es e obtidos os cen rios indicados na Figura 3 11 B 2 3 4 3 5 At 40 e N q a mm E S E 2 N q 0 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Pessimista Base Optimista Figura 3 11 Venda de ve culos el ctricos para os v rios cen rios de penetrac o Anexo B 1 Como o per odo analisado inferior suposta durabilidade de um ve culo el ctrico n o s o consideradas sa das de frota destes ve culos De referir que os PHEVs poder o funcionar em modo PHEV limitado ou como um HEV ap s as baterias terem perdido grande parte da capacidade Procede se agora divis o da previs o realizada em EVs e PHEVs Tendo em c
91. id Ford Escape Hybrid Il Ford Fusion Hybrid GMC Yukon Hybrid Honda Civic Hybrid II Lexus RX400h Lexus GS 450h Mercury Mariner Hybrid Mercury Milan Hybrid Nissan Altima Hybrid Toyota Prius III Toyota Camry Hybrid Toyota Highlander Hybrid Actualmente grande parte dos fabricantes autom veis j t m modelos h bridos ou est o a planear langar De salientar no entanto o grande interesse das marcas autom veis de oferecer PHEVs O PHEV Chevrolet Volt um desses exemplos com lan amento marcado para o final de 2010 Figura Chevrolet Volt 92 Anexo B Impacto no SEN B 1 Evolu o do Parque Autom vel El ctrico em Portugal Venda Ve culos 196 950 985 4 924 4 924 198 920 2 565 7 379 12 302 200 909 5 097 10 992 23 294 202 918 9 143 16 233 39 527 204 947 15 578 23 681 63 208 206 996 25 748 33 962 97 170 209 066 41 654 47 610 144 780 211 157 66 150 64 828 209 608 213 269 103 040 85 226 294 834 215 401 21 540 63 145 53 850 156 890 107 701 402 534 N vel de Penetra o Par metros de a 5 9890 a 5 2933 a 3 6636 Inicial 0 25 Inicial 0 50 Inicial 2 50 Final 10 Final 25 Final 50 93 B 2 MOBILE
92. igura 4 25 Evolu o do pre o m dio di rio de combust veis em Portugal 21 68 Figura 4 26 Estrutura do sistema V2G Pre e s o os valores de refer ncia de pot ncia activa e reactiva gerados pelo ISO para cada ve culo el ctrico S N o serial number de cada ve culo Pout e S O a pot ncia activa e reactiva reais fornecida por cada ve culo SOC corresponde energia total de um determinado agregado de ve culos A2 Eta Ute et ede neces 71 Figura 4 27 Redu o da variabilidade de gera o e lica Pw usando PHEVs 42 72 Figura 5 1 Esquema equivalente em nominal de uma linha 74 xii Figura 5 2 Fluxograma do processo iterativo para o m todo de Newton Raphson 43 79 Figura 5 3 Rede de distribui o radial de 12 66 kV que possui 5 barramentos 44 79 Figura 5 4 Diagrama de carga misto 70 residencial e 30 comercial 44 80 Figura 5 5 Varia o do consumo do sistema para os v rios cen rios 83 Figura 5 6 Varia o da tens o no barramento 5 para os v rios cen rios 83 Figura 5 7 Varia o das perdas na rede de distribui o 84 Figura A 1 Tesla Roadster 84000 rara cerara aerea near 91 Figura A 2 Venturi Fetish 297000 edi o lim
93. itada 91 Figura Chevrolet Volt 84000 NENEN EARTEN SERRA 92 xiii Lista de Tabelas Tabela 2 1 Valor de f para diferentes tipos de 25 Tabela 2 2 Valores considerados para um ve culo 1 27 Tabela 3 1 Venda de HEVs em Portugal 20 33 Tabela 3 2 Especifica es do Nissan Leaf e Opel Ampera 23 24 37 Tabela 3 3 Cen rios de penetra o de ve culos el ctricos 40 Tabela 3 4 Ve culos el ctricos em circula o em Portugal por tipo Anexo 1 41 Tabela 4 1 Pot ncia instalada em Portugal em 2009 por fonte de energia 25 46 Tabela 4 2 Modos de funcionamento referentes Norma IEC 62196 50 Tabela 4 3 Caracter sticas de carregamento consideradas valores arredondados 53 Tabela 4 4 Consumo por tipo de carregamento e ve culo 54 Tabela 4 5 Consumo por tipo de carregamento e ve culo valores usados na determina o do impacto no SEN eee asda 54 Tabela 4 6 Consumos Considerados 64 Tabela 4 7 Emiss es espec ficas g CO2 kWh de
94. ivo de melhorarem o funcionamento do sistema Existe no entanto a necessidade de conceber Em vez de esta ser dissipada como calor no caso dos ve culos convencionais 7 V rios ciclos de condu o t m sido desenvolvidos para simular condi es reais de condu o Se o ve culo estiver parado ou a funcionar abaixo de um limite o ICE pode ser desligado no entanto o abuso desta situa o poder originar um aumento de emiss es 11 algoritmos de controlo inteligente e estrat gias de gest o de energia de modo a optimizar a opera o do sistema para qualquer condi o de condu o 4 5 3 100 Urban driving lt 5 50 o a va 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 100 ET E a 50 Highway 9 driving a N 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Driving time s Figura 2 4 Ciclo de condu o urbano e em auto estrada EPA FTP75 2 2 3 2 1 Arquitectura Na Figura 2 5 est o representadas as arquitecturas comuns dos HEVs b Power converter elec coupler Eis Battery elec coupler Electrical link Hydraulic link Mechanical link Figura 2 5 Arquitecturas comuns dos HEVs a S rie b Paralelo c S rie Paralelo e d Complexa 2 a S rie Na arquitectura s rie um gerador converte a energia mec nica do ICE em energia el ctrica Esta energia depois usada para carregar a bateria ou para a propuls o atrav s do motor que est ligado
95. izando a fun o em torno de x vem 1 U Ax 5 7 Ou ainda Ax 49 5 8 onde uma matriz n x n designada por Jacobiano af df a J no Ax e Ay s o vectores com n componentes Ax Ax x n 5 10 y filx i 5 11 Yn falx Na itera o k a equa o 5 8 escreve se Ax Ay 5 12 Este sistema de equa es lineares pode resolver se em ordem a Ax por invers o do Jacobiano Ax Ay 5 13 Adicionando o acr scimo Ax ao vector das inc gnitas x obtido na itera o anterior ou ao valor inicialmente estimado obt m se uma melhor aproxima o da solu o final 76 x x Ax 5 14 x Ay Note se que o Jacobiano tem de ser recalculado em cada itera o usando os valores das inc gnitas na itera o anterior 5 1 4 2 Processo lterativo O processo iterativo de c lculo das tens es decorre de acordo com o fluxograma da Figura 5 2 compreendendo os seguintes passos 1 Estimar os valores iniciais das tens es nos barramentos 2 Calcular os erros de fecho AP e AQ entre os valores especificados e calculados das pot ncias activa e reactiva injectadas APK zu p _ peatck 5 15 k Q 5 16 Com n prae ViV Gi cos 6 6 Bij sin 6 6j 1 n 1 1 j 1 n gt V V Gi sin 6 0 Bij 0 0
96. la o da Gera o E lica Tr nsito de Energia Rede de Distribui o de Energia El ctrica M todo de Newton Raphson vi vii ndice T Introdu o eee 1 MEI io ES 1 12 MULL O tol ea Ae OA on dtes RE seeds ad 1 3 MBIMA O ne Tobi Eten te 2 1 4 gt CONIDUI O ed eene re ee e t ee re LER FA Rex 4 1 5 Estrutura da Disserta o c Eo ae ee ti e eve tie adde diui 5 2 Est do de AME mee 6 2 1 Introdu o 6 2 2 Ve culo Convencional ss ete odo bre foras te opted fultus te do Damit hie 7 2 2 1 PM PER t olo Eee ar PU A e MOD IO Een aree tat de O 8 2 2 2 Sistena de Havagent s spec CSS ho QUESTI d DUE 9 2 3 Ve culos de Propuls o El ctrica rea 10 2 3 1 Ve culo Puramente El ctrico 10 2 3 2 Ve culo El ctrico H brido HEV i rr HER tee tvi 10 Sedes 42 6 MEE Telle TR RU RD PN RU RD 12 2 dee Casse dOS HE VS tie tp bias 14 2 3 3 Ve culo El ctrico H brido de Recarregamento pela Rede PHEV 15 2 3 3 1 Modos de Opera o s oa tans tt et c e eps 16 2 3 8 2 Vantagens Desvantagens dos PHEVS 18 2 3 4 Ve culo a Pilha de Combust vel 19 2 4 Fontes de Energia idea dave ue 20
97. linha pode ser representada por um esquema equivalente em 7 Figura 5 1 em que Z R jX e jBr 1 2 I Figura 5 1 Esquema equivalente em z nominal de uma linha 74 Para um sistema com dois barramentos 1 11 Z 1 Ja2 2 5 4 Y 1 y22 2 2 5 1 3 Tipos de Barramento Num SEE existem tr s tipos de barramento que se distinguem pelas vari veis conhecidas especificadas e calculadas Tabela 5 1 Tipos de barramentos Variaveis Variaveis Tipo de Barramento conhecidas especificadas calculadas Refer ncia balanco carga ou gera o P Qc Pg Qc V 0 PV gera o Pe Qe Pg V Qc 0 Neste caso al m do barramento de refer ncia todos os outros s o do tipo PQ simplificando o m todo de c lculo 5 1 4 M todo de Newton Raphson O m todo de Newton Raphson a refer ncia na solu o do tr nsito de energia convergindo em tr s a cinco itera es independentemente do n mero de barramentos da rede desde que n o haja infrac o de limites de pot ncia reactiva que obriguem a altera o do tipo de n Este m todo consiste numa abordagem iterativa na resolu o de equa es n o lineares 5 1 4 1 Algoritmo Considere se o sistema de equa es 5 AQ AG xo Xn fE 5 5 fi Gi oua E Tomando um valor inicial estimado x para o vector das inc gnitas tem se f x Ax y 5 6 Linear
98. lta e a segunda mais alta S o indicadas as linhas de igual Convers o em energia mec nica a partir de gasolina gas leo g s electricidade etc consumo espec fico de gasolina g KWh assim como a linha de opera o econ mica Optimum economy line Verifica se que a efici ncia do motor superior nas mudan as mais altas Maximum engine power Optimum 70 economy 60 line Highest 8 50 gear 40 5 30 2 20 Specific fuel amp consumption amp 10 g kWh 0 1000 2000 3000 4000 5000 Engine speed rpm Figura 2 2 Pontos de opera o de um t pico ICE a velocidade constante para a mudan a mais alta e a segunda mais alta 2 Da an lise desta situa o conclui se que existe uma necessidade de apoio por parte do ICE para tornar o seu funcionamento mais eficiente Um motor el ctrico pode auxili lo permitindo que este opere o mais pr ximo da linha de opera o econ mica originando uma diminui o do consumo de combust vel e tamb m de emiss es e como resultado aumenta se a efici ncia global do sistema desta an lise que surgem as estrat gias de optimiza o do funcionamento do motor ICE em conjunto com outras fontes de energia e tipo de propuls o 2 2 2 Sistema de Travagem A travagem do ve culo convencional Figura 2 3 resulta da convers o de energia mec nica em calor que depois dissipado no ar A for a de press o das pastilhas contra os discos das rodas
99. m consumo de 1 6 11100 km e emiss es de 40 g CO km Tabela 4 6 Consumos Considerados Tipo EV PHEV Dist ncia M dia Di ria Percorrida 35 6 km 60 km Autonomia 160 km 60 km Cargasaterialnicial 19 2 kWh 60 kWh CarapateriaFinal 12 kWh 0 Consumo 0 2 kWh km 0 15 kWh km Consumo 1 6 1 100 km 40 g CO km Motor El ctrico Os ve culos el ctricos tendo em conta o contexto em que eles surgem s o m quinas de racionaliza o de energia como tal dever o ser caracterizados por um consumo baixo e prev se que em termos m dios variar entre 0 2 e 0 15 kWh km No entanto o condutor que tem grande influ ncia no consumo como exemplo temos condu o agressiva o uso constante do AC Ar Condicionado condu o a velocidades elevadas etc Os condutores t m que perceber que o estilo de condu o tem uma grande influ ncia no consumo energ tico dos ve culos e como resultado nas emiss es H que alterar os h bitos e adoptar estilos de condu o eficientes 4 4 1 Emiss es O aquecimento global resulta do efeito de estufa induzido pela elevada concentra o de CO e outros gases tal como o metano na atmosfera Estes gases aprisionam a radia o infravermelha reflectida pelo solo mantendo a energia na atmosfera aumentando assim a sua temperatura Como consequ ncia surgem danos ecol gicos consider veis aos ecossistemas e desastres naturais que afectam as popula es humanas Estes ltimos t m chamado
100. m regime de universalidade e equidade no acesso aos servi os de mobilidade el ctrica Permitir o acesso a qualquer ponto de carregamento independentemente do comercializador de mobilidade el ctrica contratado e exist ncia de condi es t cnicas de interoperabilidade entre essa rede e as diversas marcas e sistemas de carregamento Salientam se ainda v rios pontos de interesse Obriga o de instalar pontos de carregamento de acesso privativo em edif cios novos Adop o de regras que viabilizam a instala o de pontos de carregamento de acesso privativo em edif cios existentes A comercializa o de electricidade para a mobilidade el ctrica corresponde compra de grosso e venda a retalho de energia el ctrica para fornecimento aos utilizadores de ve culos el ctricos S o de carregamento normal os pontos que possuam uma pot ncia inferior a 40 kVA em caso de fornecimento em corrente alterna ou inferior a 40 kW em caso de fornecimento em corrente cont nua S o de carregamento r pido os pontos que possuam uma pot ncia igual ou superior a 40 kVA em caso de fornecimento em corrente alterna ou igual ou superior a 40 kW em caso de fornecimento em corrente cont nua Para mais informa es sobre o Programa da Mobilidade El ctrica consultar o Decreto Lei referido ou o site da MOBI E 17 3 2 M todo de Previs o Para estimar o impacto dos ve culos el ctricos no SEN e respectivas emiss es necess rio preve
101. mente Figura 5 4 Obteve se assim um diagrama de carga misto E E T E q 3 o E 5 a m o 23 4 5 6 7 8 9 1011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hora Figura 5 4 Diagrama de carga misto 7096 residencial e 30 comercial 44 Considera se que todos os barramentos apresentam este perfil e a carga m xima corresponde pot ncia consumida em cada n Anexo C 5 2 2 Cen rios de Carregamento Os ve culos el ctricos quando em carregamento representam uma nova carga que pode consumir mais de 40 kW Nesta simula o considera se que Tabela 4 3 e O carregamento normal corresponde a 230V 16A monof sico e o r pido a 400V 100A trif sico assumindo um rendimento conjunto do circuito de carga e das baterias de 88 e cos 0 95 e As baterias consomem cerca de 8 8 kWh e Carregamento simult neo 80 Tabela 5 2 Caracter sticas de carregamento consideradas valores arredondados Pot ncia Tipo Tens o Corrente Entregue Bateria Normal 230 V 10 16A 3kW 3 68 kVA 3h R pido 400 V 30 100A 33 kW 40 kVA 1 4h Pot ncia na Tomada Em 34 s o analisados diagramas de carga residenciais e conclui se que a ponta de um transformador de 25 kVA a servir cinco casas de 14 kW A partir da pot ncia m xima consumida em cada barramento sabe se que 7096 prov m de consumo residencial e que cada casa contribui em m dia com 2 8 KW
102. ncia ao ve culo Estas situa es trazem elevados custos e por isso s o de evitar A Nissan informou tamb m que as baterias dever o ter entre 70 a 8096 de capacidade ap s 10 anos e que o uso da carga r pida degrada a durabilidade destas Os PHEVs revelam se como uma solu o mais equilibrada tendo em conta o estado de arte das baterias Possuem os dois tipos de propuls o que inflacionam o seu pre o O sucesso dos ve culos a diesel em Portugal e no resto da Europa sugerem a instalac o de um motor a diesel nos PHEVs ao inv s do de gasolina Como resultado o preco destes ve culos seria superior s vers es a gasolina tal como hoje acontece em troca de um abastecimento mais barato base de diesel e electricidade 3 4 2 Cen rios Considerados Prever o n vel de penetra o de ve culos el ctricos no mercado nacional revela se como uma tarefa bastante complicada O pre o de alguns ve culos que em breve ir o chegar ao mercado ainda n o est o bem definidos a rede de pontos de carregamento ainda n o est totalmente implementada e operacional e a popula o n o est devidamente informada Todos estes factores s o considerados ao estimar a venda anual de ve culos el ctricos em Portugal Para este trabalho considerado um per odo de curto prazo de nove anos ou seja desde o in cio de comercializa o de ve culos el ctricos 2011 at 2020 Sup e se que em 2020 a integra o da mobilidade el ctrica no pa
103. nta a elevada penetra o de energia e lica at 2020 e o in cio da comercializa o de ve culos el ctricos Portugal tem todas as condi es para entrar em fases de testes de aplica es V2G Torna se necess rio e Caracterizar toda a infraestrutura necess ria para aplica es V2G e Conceber algoritmos de forma a realizar o despacho ptimo de sistemas constitu dos por gera o distribu da maioritariamente e lica e por frotas de ve culos el ctricos que possibilitam V2G e Analisar os per odos de compra e venda de energia el ctrica e avaliar as condi es econ micas em que estas se teriam que realizar para se tornarem atractivas para os propriet rios dos ve culos 88 Refer ncias Bibliogr ficas 1 IEA Key World Energy Statistics 2007 2 M Ehsani Y Gao A Emadi Modern Electric Hybrid Electric and Fuel Cell Vehicles Second Edition CRC Press 2010 3 N Reis O autom vel h brido como elemento fornecedor consumidor de electricidade Disserta o de Mestrado Instituto Superior T cnico 2008 4 C C Chan The State of the Art of Electric and Hybrid Vehicles IEEE vol 90 pp 247 275 2002 5 C C Chan The State of the Art of Electric Hybrid and Fuel Cell Vehicles IEEE vol 95 pp 704 718 2007 6 J Moreno J Dixon M Ort zar Energy Management System for an Hybrid Electric Vehicle Using Ultracapacitors and Neural Networks IEEE 7 J Kessels M Koot P Bosch D Kok Onlin
104. nto original 29 4 2 Carregamento dos Ve culos El ctricos Existem j alguns artigos que estudam o impacto dos ve culos el ctricos no sistema de energia el ctrica Como existem diversos factores que n o s o poss veis de determinar s o realizadas v rias suposi es em cada artigo que analisados conjuntamente permitem obter resultados interessantes Como base deste estudo foram usados os artigos 18 32 33 34 35 e 12 48 4 2 1 Limita es entre a Rede e o Ve culo A pot ncia que uma liga o para carregamento das baterias de um ve culo el ctrico pode garantir est limitada principalmente pela liga o f sica rede Tipicamente um ve culo ligeiro tem uma pot ncia de 90 cavalos o que corresponde a cerca de 70 kW de pot ncia m xima As instala es el ctricas est o dimensionadas para ter uma pot ncia mais baixa dependendo do tipo de edif cio tipicamente 20 50 kW As tomadas comuns est o dimensionadas para suportar intensidades de corrente at 16 A cerca de 3 5 kW Sem admitir liga es adicionais este o limite dominante Na pr tica a electr nica de pot ncia e as baterias de um ve culo el ctrico n o funcionam como limitadores porque permitem tr nsitos de pot ncia na ordem da pot ncia m xima fornecida pela parte el ctrica do ve culo A mesma situa o acontece para efeitos de V2G 4 2 2 M todos de Carga 4 2 2 1 Por Cabo Num mundo ideal deveria existir apenas um tipo
105. ntribuem para o efeito de estufa 8 2 Procede se agora an lise do ICE e do sistema de travagem do ve culo convencional de modo a real ar a falta de efici ncia destes sistemas 2 2 1 ICE no motor que ocorre a convers o de energia e normalmente este que determina a efici ncia do ve culo Existem v rios tipos de ICE no entanto para o presente trabalho considera se que o ve culo convencional est equipado com o ICE de quatro tempos tamb m conhecido como ciclo de Otto pois este relativamente eficiente barato e f cil de abastecer Apresenta se de seguida e de forma abreviada o funcionamento deste motor 2 Induction Compression Ignition Expansion Figura 2 1 Funcionamento de um motor de quatro tempos 2 1 Admiss o Induction Abertura da v lvula de admiss o e descida do mbolo admiss o da mistura ar combust vel 2 Compress o Compression Subida do mbolo compress o da mistura Quando o pist o atinge o topo a vela de igni o gera uma fa sca ocorre a combust o gnition r pida da mistura o que implica o aumento da press o com a explos o 3 Expans o Expansion Descida do mbolo expans o da mistura queimada 4 Exaust o Exhaust Abertura da v lvula de exaust o e subida do mbolo diminui o da press o e exaust o dos gases Na Figura 2 2 representam se os pontos de opera o de um motor a velocidade constante para a mudan a mais a
106. o CD i e PHEV milhas ou PHEV quil metros PHEV16 tem uma autonomia de 16 km Esta designa o n o a raz o entre a energia actual da bateria e a sua capacidade m xima expressa em percentagem De modo a aumentar o tempo de vida de bateria o SOC n o deve descer abaixo de 2096 16 distingue o modo de opera o no modo CD el ctrico e blended nem as condi es de condu o A determina o da autonomia no modo CD e do consumo de combust vel depende dos ciclos de condu o perfis de acelera o travagem e velocidade e dever se definir padr es de modo a promover compara es de desempenho S o exemplos os ciclos definidos pela EPA US Environmental Protection Agency o modo UDDS Urban Dynamometer Driving Schedule para ambiente urbano e HWFET The Federal Highway Schedule para auto estrada Na Figura 2 8 s o indicados os modos de opera o referidos Como se pode observar no modo CD o SOC das baterias sofre pequenas oscila es mas com clara tend ncia decrescente No modo puramente el ctrico as baterias s o carregadas apenas durante a travagem regenerativa enquanto que no modo blended s o tamb m carregadas pelo excesso de energia fornecida pelo ICE No modo CS o SOC mantido num intervalo e as suas oscila es resultam dos mesmos motivos que no modo blended mas com limita o de SOC m nimo 1 Charge Depleting Charge Sustainin
107. o alguns modelos de carrinhos de golf ve culos utilizados em aeroportos e empilhadoras Al m disso n o de estranhar que nos ltimos anos a ind stria autom vel tenha apostado na pesquisa de outras solu es Existem diferentes arquitecturas na concep o de um EV com um nico motor el ctrico um motor el ctrico em cada roda dianteira um motor el ctrico em cada roda traseira e um motor el ctrico em cada roda Sabe se que a bateria o principal obst culo comercializa o dos ve culos el ctricos em geral no entanto os avan os tecnol gicos nesta rea t m sido bastante promissores com a tecnologia base de L tio A falta de infra estruturas el ctricas p blicas para efeitos de carregamento tamb m se revela como um problema quando se tem em conta a autonomia e o tempo de carregamento dos EVs J poss vel conceber ve culos el ctricos com o mesmo desempenho que os convencionais em termos de acelera o e velocidade m xima e as baterias actuais j podem ser usadas em ve culos leves e se se limitar o uso a pequenas dist ncias Anexo A 1 4 5 2 3 2 Ve culo El ctrico H brido HEV O conceito de HEV j t o antigo como o de autom vel no entanto as primeiras configura es n o tinham o prop sito de diminuir o consumo de combust vel mas sim de As emiss es locais s o nulas mas dever se ter em considera o as emiss es provenientes da produ o da energia usada pelas baterias
108. odo o vazio minimizando assim o impacto na rede No futuro o aumento da capacidade das baterias origina um conjunto de novas exig ncias entre elas a necessidade de tornar o abastecimento dos ve culos el ctricos mais r pido Tendo em conta que neste caso a rapidez sin nimo de pot ncia a situa o pode se tornar problem tica para a rede pois estas n o est o preparadas para lidar com os tr nsitos de energia que podem vir a ser exigidos A evolu o da pot ncia e lica instalada representa um recurso distribu do que pode desempenhar um papel importante na minimiza o do impacto do carregamento das baterias dos ve culos el ctricos nas redes Por outro lado tamb m pode representar um problema no caso de gera o excessiva Na Figura 5 6 indica se a evolu o da tens o no barramento mais distante da gera o para os v rios cen rios Pode se concluir que o aumento de consumo no barramento baixa o seu n vel de tens o Esta situa o pode se tornar problem tica em rela o qualidade de energia el ctrica e mais uma vez real a a oportunidade de o carregamento ser realizado durante o vazio Nessa altura a pot ncia consumida pelo sistema baixa e por isso conduz a 82 menor varia o da tens o em rela o nomial 1 pu como se pode confirmar pelo cen rio 2 e 4 S o m O o a 0123 4 5 6 7 8 9 1011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hora Hefer ncia Cen
109. onibilidade de pontos de carregamento Elaborar uma previs o deste tipo revela se como uma tarefa bastante complicada Neste trabalho s o definidos tr s cen rios que est o interligados entre si O cen rio base que serve de suporte aos outros cen rios e o cen rio optimista e pessimista que s o baseados em poss veis tend ncias futuras usada uma fun o log stica de difus o padr o obtendo se assim os cen rios de penetra o 18 19 1 P 1 e GP aD 3 2 P venda percentual anual a posiciona a curva de acordo com a penetra o inicial taxa de crescimento At ano 0 1 2 3 4 250000 200000 150000 100000 50000 0 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 Figura 3 2 Exemplo de curva em S de difus o de novas tecnologias 30 A venda anual de ve culos el ctricos ent o dada por 3 3 3 3 Estat sticas do Parque Autom vel Nacional De modo a determinar a venda de ve culos el ctricos em Portugal necess rio estimar os par metros em falta nas equa es anteriores Existe uma diversidade de dados relacionados com a ind stria autom vel dispon veis para acesso p blico no portal da ACAP Associa o Autom vel de Portugal na sec o Data Center Auto Informa 20 Os dados considerados relevantes para o presente estudo s o indicados nas seguintes figuras Como se pode constatar da Figura 3 3 o parque autom vel est
110. onta as considera es referidas ent o definido o parque autom vel el ctrico Tabela 3 4 em que se sup e que 80 das vendas correspondem a EVs e que as restantes 20 a PHEVs Os valores indicados representam o n mero de EVs e PHEVs em circula o em Portugal entre 2011 e 2020 usados para determinar o impacto no SEN Tabela 3 4 Ve culos el ctricos em circula o em Portugal por tipo Anexo B 1 197 4 924 3 939 2013 2412 1930 482 5 097 4078 1 019 23294 18 635 4 659 2015 6 929 5 544 1386 15 578 12 463 3 116 63 208 50 566 12 642 17 471 13 977 3 494 41 654 33 323 8 331 144 780 115 824 28 956 2019 41 605 33 284 8 321 103 040 82432 20 608 294 834 235 867 58 967 41 4 Impacto no SEN e Sustentabilidade dos Ve culos El ctricos 4 1 Sistema El ctrico Nacional SEN O SEN um sistema complexo devido a uma s rie de condicionalismos a que est sujeito A gera o de electricidade tem que acompanhar o consumo devido falta de sistemas de armazenamento facto que resulta num sobredimensionamento do sistema e num ligar e desligar de geradores A seguran a do sistema e a qualidade da energia el ctrica t m que ser igualmente asseguradas Estas realidades tornam a opera o e optimiza o do sistema dif cil tornando o mercado de energia el ctrica nico 3 O SEN pode ser dividido em cinco actividades principais 25 26 1 Produ o de Electricidade A produ o est dividida em dois regimes p
111. os HEVs Os HEVs podem ser classificados nas seguintes categorias de acordo com o n vel de pot ncia do motor el ctrico e da sua funcionalidade Mini motor el ctrico de cerca de 2 5 kW a 12V que tem a funcionalidade de fazer os arranques conseguindo se cerca de 5 a 10 mais efici ncia 5 Mediano motor el ctrico de cerca de 10 20 kW a 100 200 V O motor desenhado para ser directamente incorporado na transmiss o e para ter elevada in rcia para fins de aux lio ao ICE Este tipo de motor el ctrico caracter stico da arquitectura paralelo em que se consegue poupar cerca de 20 a 30 de energia em condu o de cidade 5 Completo motor el ctrico de 50kW e 200 300V normalmente associado arquitectura s rie paralelo ou complexa em que se podem ter todas as combina es poss veis entre o funcionamento ou n o dos motores Note se que existe a tentativa de optimizar a efici ncia energ tica atrav s do regime de funcionamento mais apropriado a cada situa o apenas motor el ctrico apenas ICE ou opera o conjunta Nesta classe o motor el ctrico pode desempenhar todos os tipos de fun es arranque aux lio ou funcionamento isolado Tipicamente em condu o cidade poupa se 30 embora o custo do ve culo se agrave por 30 a 40 Existem ainda duas subcategorias PowerHybrid e SynergyHybrid em que a diferen a est no facto do ICE ser subdimensionado custa de desempenho em troca de efici ncia ou vice vers
112. r o n mero de ve culos el ctricos vendidos e em circula o em Portugal Pretende se portanto caracterizar o parque autom vel nacional atrav s de previs o de vendas nos pr ximos anos Existe no entanto grande incerteza no mercado autom vel como resultado de in meros factores que o influenciam De modo a prever a tend ncia de vendas de ve culos normalmente s o realizadas extrapola es das tend ncias existentes constru dos modelos de multi vari veis definidas fun es e cen rios din micos da frota ou uma combina o destes m todos Para este trabalho pretende se apenas realizar uma simples estimativa de venda de ve culos nos pr ximos anos dos quais uma percentagem ser de 29 ve culos el ctricos Considera se para esse efeito uma certa taxa de crescimento anual que ser posteriormente determinada 18 M M 3 1 M venda de ve culos no ano t g taxa de crescimento de vendas anual Pretende se agora estimar a percentagem de vendas anuais que corresponde a ve culos el ctricos A difus o de novas tecnologias geralmente representada por uma curva em S Figura 3 2 e dotada de um pequeno crescimento inicial Fase 1 seguido de um crescimento mais acentuado Fase 2 chegando depois zona de satura o Fase 3 O n vel de penetra o de ve culos el ctricos depende de in meros factores entre eles destaque para a legisla o economia baterias e acessibilidade e disp
113. ress es relativas aos pneus aos amortecedores e traject ria do ve culo no entanto considera se o ve culo a circular num s sentido de modo a simplificar a an lise pretendida Na Figura 2 13 est o representados os sentidos e os pontos de aplica o das for as aplicadas no ve culo O movimento do ve culo descrito pela velocidade do seu centro de massa CM e a sua localiza o determinada pela sua massa e como esta est distribu da pela estrutura do ve culo 14 15 Figura 2 13 For as aplicadas ao ve culo 14 O ve culo est sujeito a for as resistentes que se op em ao seu movimento nomeadamente a for a de resist ncia ao rolamento dos pneus no contacto pneu estrada Far for a de resist ncia aerodin mica devido ao vento frontal Fpa e a for a da gravidade devido inclina o da estrada F 24 A for a total resistente a soma de todas as for as que actuam no ve culo Fr Far Fpa 2 3 A for a total de resist ncia ao rolamento dos pneus Frr devida aos seguintes factores e depende das quatro rodas do ve culo Se estiverem todas no mesmo piso Far dado pela seguinte equa o 15 Perda de energia devido deflex o lateral do pneu perto da rea de contacto Perda de energia devido deflex o dos elementos de passo do pneu Ao atrito na superf cie de contacto pneu estrada Ao escorregamento do pneu nas direc es longitudinal e lateral Deflex o
114. rodu o em regime ordin rio PRO e produ o em regime especial PRE e PRO Relativo produ o de electricidade com base em fontes tradicionais n o renov veis e em grandes centros electroprodutores h dricos e PRE Relativo cogera o e produ o a partir de fontes de energia renov veis Beneficia de tarifas especiais O comercializador de ltimo recurso obrigado a comprar a energia produzida sob este regime actualmente EDP Servi o Universal 2 Transporte de Electricidade Actividade de transmiss o de electricidade atrav s da rede nacional de transmiss o Concess o REN Redes Energ ticas Nacionais respons vel por planeamento implementa o e opera o da rede 3 Distribui o de Electricidade Tem por base a rede nacional de distribui o constitu das por alta m dia e baixa tens o Concess o EDP Distribui o 4 Comercializa o de Electricidade Existem comercializadores que podem comprar e vender energia el ctrica e t m o direito de aceder s redes de transporte e de distribui o mediante o pagamento de tarifas de acesso estabelecidas pela ERSE Entidade Reguladora dos Servi os Energ ticos 5 Opera o dos Mercados de Electricidade Fazem parte deste mercado os produtores em regime ordin rio os comercializadores entre outros O MIBEL Mercado Ib rico de Electricidade opera em Portugal e Espanha e tem actualmente dois operadores de Mercado e OMEL operado por Espanha g
115. rrente m xima de 250 A ou atrav s de um circuito DC a 600 V e a 400 A 37 Na Tabela 4 2 s o indicados os modos definidos para o seu uso Tabela 4 2 Modos de funcionamento referentes Norma IEC 62196 Modot 2 Modo4 98 Normal Semi R pido R pido R pido Carregamento E M xima Sistema 19 ou 39 19 ou 19 ou 39 DC As caracter sticas dos cabos desenvolvidos pela marca Mennekes oferecem suporte para liga o monof sica de 230 V e trif sica de 400 V com correntes de carga at 63 A contendo assim o tamanho do cabo 38 Este tipo de ficha constitu da por 7 pinos dos quais 2 s o usados para efeitos de comunica o 3 correspondem s fases 1 neutro e 1 terra Figura 4 9 50 earth proximity control pilot L1 neutral L2 L3 Figura 4 9 Pormenor da ficha de acordo com a norma IEC 62196 38 Existem ainda opini es de que a norma IEC 60309 suficiente para realizar cargas normais no entanto esta n o possui meios de comunicac o com a rede e n o podem adicionar intelig ncia ao m todo de carregamento De referir os elevados n veis de protecc o de que estes cabos devem ser dotados para o efeito a que se destinam O Opel Ampera marca Alem subsidi ria da General Motors EUA e o Nissan Leaf marca Japonesa possuem uma liga o com a norma SAE J1772 Por outro lado a rede de pontos de carregamento MOBI E ser criada segundo a norma IE
116. s emiss es de em Portugal assim como acontece na maioria dos pa ses da Organiza o para a Coopera o e Desenvolvimento Econ mico Organisation for Economic Co operation and Development OECD 1 De forma a combater esta problem tica no Sistema El ctrico Nacional SEN assiste se introdu o de fontes de energia renov vel maioritariamente energia e lica fruto dos benef cios econ micos e ambientais a elas associados A n vel do consumo e da gera o de energia a efici ncia energ tica est cada vez mais na ordem do dia No Sistema de Transportes Rodovi rio surgem os biocombust veis como alternativa aos combust veis de origem f ssil S o um tipo de energia renov vel de origem biol gica mas que revelam problemas ambientais sociais e econ micos de real ar o paradigma desfloresta o cultiva o e o aumento do pre o do milho e do trigo Actualmente na mobilidade el ctrica onde reside a esperan a de alcan ar uma solu o a curto e m dio prazo e com efeitos imediatos As baterias s o o tipo de armazenamento de energia mais usado nos ve culos el ctricos e constituem a grande barreira tecnol gica por m as mais recentes tecnologias base de L tio apresentam caracter sticas promissoras Tudo indica que ser em 2011 que os ve culos el ctricos de nova gera o come ar o a chegar ao mercado 1 2 T tulo Com a tese O Ve culo El ctrico e a sua Integra o no Sistema El ctrico preten
117. s ve culos a diesel torna se dif cil aumentar a penetra o no mercado nacional tal como acontece na Europa A venda de ve culos a GPL em 2009 aumentou cerca de 1160 face a 2008 A justifica o para o sucedido deve se aos sucessivos aumentos no pre o dos combust veis tornando se o GPL uma alternativa mais econ mica De referir ainda que segundo os dados da ACAP a venda de ve culos puramente el ctricos foi nula Na Figura 3 7 s o comparadas as vendas mensais em 2008 2009 e 2010 Em 2009 foram vendidos apenas 161 mil ve culos A crise econ mica e a elevada fiscalidade autom vel s o os grandes respons veis pela forte contrac o do mercado autom vel A situa o poderia ter sido mais gravosa se n o existisse o programa de incentivos ao abate de ve culos em fim de vida proposto pelo Governo Como resultado o parque autom vel em Portugal vai envelhecendo Dos dados disponibilizados provis rios referentes a 2010 verifica se que o mercado est a recuperar face a 2009 e as vendas aparentam ter o mesmo perfil de 2008 w G S E 2 Figura 3 7 Venda mensal de ve culos em Portugal nos ltimos anos 20 16 Gasolina GPL e GPL 34 Relativamente idade dos ve culos em 2009 Figura 3 8 o ve culo ligeiro de passageiros em Portugal apresenta uma idade m dia de 10 4 anos isto porque cerca de 4896 do parque autom vel tem idade superior a 10 anos 20 Os condutores dest
118. sado o termo de ve culo el ctrico a baterias battery electric vehicle BEV Na literatura define se ve culo el ctrico h brido HEV como o ve culo que possui um motor el ctrico e um ICE Para os ve culos que usam mais que uma fonte de energia defini o de h brido surgiram novos termos para os mencionar 4 apresentam vantagens A primeira torna se econ mica para um volume de produ o baixo com a utilizac o do chassis do ve culo ICE mas como resultado o ve culo pode apresentar um centro de gravidade elevado e uma distribuic o de peso n o uniforme A segunda abordagem actualmente a mais utilizada permite aos engenheiros a flexibilidade de coordenar e integrar v rios sub sistemas do ve culo de modo a aumentar a efici ncia global do sistema Com o objectivo de manter melhorar o desempenho aerodin mico deste tipo de ve culo poder se usar materiais mais leves tais como alum nio e materiais comp sitos de modo a compensar o acr scimo de peso por parte das fontes de energia Motor El ctrico S o desejados motores el ctricos com elevada densidade de bin rio e pot ncia alto rendimento para um grande intervalo de velocidades robusto seguro e de baixo custo Usualmente s o usados motores AC trif sicos As especifica es do motor dependem da tipologia do ve culo Conversores de Pot ncia Desenvolvimento de rectificadores inversores e conversores DC DC adequados e de baixo custo Fontes de En
119. so Impacto na Rede 5 1 Tr nsito de Energia O tr nsito de energia a soluc o em regime estacion rio de um sistema de energia el ctrica SEE compreendendo os geradores a rede e as cargas Consiste na determina o das tens es nos n s e dos tr nsitos de pot ncia activa e reactiva em todos os elementos da rede em fun o do perfil de gera o e de carga Neste ponto descrito a metodologia usada no c lculo do tr nsito de energia baseado em 43 O n mero de n s barramentos e de ramos linhas e transformadores muito elevado para um sistema de grande porte e as equa es que o modelam s o n o lineares o que exige o recurso a um meio de c lculo potente O tr nsito de energia compreende os seguintes passos e Formula o de um modelo matem tico que represente com suficiente rigor o sistema f sico real e Especifica o do tipo de barramentos e das grandezas referentes a cada um e Solu o num rica das equa es do tr nsito de energia a qual fornece o valor das amplitudes e argumentos das tens es em todos os barramentos e C lculo das pot ncias que transitam em todos os ramos linhas e transformadores 5 1 1 Valores por Unidade Na an lise de um SEE prefer vel exprimir as grandezas el ctricas em valores por unidade p u ou seja em frac o do valor base valores nominais ou de plena carga Como resultado e Permite tratar o transformador como ideal rela o de transforma o
120. solina 1 4 litros 82 cv les de L tio l es de L tio 90 kW 130 a 140 kW 24 kWh 16 kWh Baterias 80 55 8 anos ou 160 000 8 anos ou 160 000 140 km h 160 km h 160 60 km CD 35 250 42 900 De acordo com o Decreto Lei n 39 2010 os PHEVs cumprem os requisitos na defini o de ve culo el ctrico No entanto vai depender da homologa o europeia definir o estatuto destes ve culos e mediante essa decis o o ve culo poder usufruir ou n o do subs dio do governo Existe j press o das marcas produtoras deste tipo de ve culos de forma a regularizar esta situa o Para este trabalho considera se que os potenciais compradores de PHEVs t m direito ao subs dio Um problema dos EVs claramente a autonomia n o por isso de estranhar o seguinte aviso na p gina da Nissan Por favor assegure se que a dist ncia da sua resid ncia ao seu destino ou ponto de abastecimento corresponde autonomia do LEAF 23 Isto porque com este tipo de ve culo necess rio planear as desloca es em termos de dist ncia a percorrer e verificar se o ve culo possui autonomia suficiente Caso contr rio se o SOC das baterias chegar a um certo valor m nimo num lugar remoto sem f cil acesso rede el ctrica o ve culo ter que ser rebocado ou ser necess rio transportar baterias carregadas ao local para 17 4 kW 1 34 cv cavalos 18 Bateria carregada sem A C modo US LA4 37 dar assist
121. ta da rede durante o vazio o impacto bastante baixo A altura em que o consumo est a descer a altura ideal para realizar o carregamento de ve culos el ctrico com o objectivo de tornar o diagrama de carga o mais est vel poss vel no entanto s aplic vel a partir do ponto em que todo o carregamento pode ser disperso durante todo o vazio O cen rio 3 o mais problem tico e apesar do optimismo na penetra o de ve culos el ctricos e do uso do carregamento r pido esta uma situa o que pode vir a acontecer no futuro Verifica se que um dia passaria a ter duas pontas s 19h e s 21h Na primeira o consumo dispara em 1 pu 1 MW fruto do carregamento r pido dos ve culos el ctricos e do aumento normal do perfil de carga resultante da chegada das pessoas a casa Este aumento brusco pode ser problem tico e lhe associada uma redu o de tens o nos barramentos Figura 5 6 Finalizados os carregamentos r pidos atingido um novo pico com o carregamento normal que leva tr s horas e com o natural crescimento do consumo A aplica o do carregamento r pido a n vel dom stico e sem controlo pode originar constrangimentos locais na rede que podem facilmente ser evit veis Quanto ao ltimo caso cen rio 4 e comparando o com o anterior conclui se que pelo facto do carregamento ser efectuado no vazio o perfil quase se mant m inalterado No entanto com controlo inteligente pode se dispersar o consumo durante t
122. te de energia depende considerada a distribui o da Figura 4 4 referente ao ano de 2009 e os dados do Anexo B 3 e B 4 S o impostos os valores de energia produzida por fontes renov veis e de modo a satisfazer o consumo dado na Figura 4 1 distribui se a energia em falta pelas restantes fontes supondo um acr scimo de produ o base de g s natural como resultado da instala o de novos grupos e a redu o anual de 2 referente utiliza o de carv o e de 0 5 em rela o ao saldo importador Obt m se assim o diagrama da Figura 4 23 para o cen rio de refer ncia ou seja sem ve culos el ctricos Em 2020 estima se que o consumo 65 seja de 55 7 TWh e que cerca de 40 30 e 23 prov m de PRE g s natural e hidr ulica respectivamente 50 40 Fuel Gas leo E Saldo Importador 30 m Hidr ulica G s Natural 20 m Carv o 10 0 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Figura 4 23 Evolu o da contribui o de cada fonte de energia para o consumo final de energia el ctrica para o cen rio de refer ncia sem ve culos el ctricos Na pr xima figura caracterizado o mix energ tico de Espanha com o objectivo de estimar as emiss es do saldo importador caracter stico do nosso pa s Fuel Gas leo Nuclear 1 096 19 096 Hidr ulica 9 0 Carv o 12 0 Ciclo Combinado 29 0 Figura 4 24 Mix energ tico de Espanha em 2009 Consumo total de 25
123. terizados na Tabela 3 3 e na Figura 3 11 Posteriormente ser feita a divis o em EVs e PHEVs Cenario Optimista Venda de cerca de 5000 veiculos em 2011 com direito ao incentivo de 5000 Segundo estimativas indicadas pelo coordenador do GAMEP Gabinete de Apoio a Mobilidade El ctrica 39 em Portugal Jo o Dias em 2020 pretende se ter em circula o 750 000 ve culos el ctricos Estimados os par metros verifica se que para obter esse valor em 2020 8096 das vendas corresponderia a ve culos el ctricos considerando o crescimento de vendas de ve culos de 1 Este seria portanto um cen rio bastante optimista No entanto a previs o realizada mais contida e considera se que em 2020 o share de mercado de ve culos el ctricos de 50 para este cen rio Cen rio Pessimista Apesar do incentivo de 5000 sup e se que as vendas n o chegam s 500 unidades em 2011 como resultado da fraca ades o da popula o que permanece relutante em rela o ao pre o e limitada tecnologia das baterias Outros factores favor veis a este cen rio ser o o agravamento da crise financeira e as prov veis recess es nos pa ses da zona Euro entre eles Portugal Presume se que at 2020 a situa o se v alterando e que nesse ano cerca de 10 das vendas totais corresponda a ve culos el ctricos Cen rio Base Este um cen rio intermedi rio dos j definidos Nos primeiros anos de comercializa o de ve culos el ctr
124. tricos se realiza atrav s de uma rede integrada de carregamento de forma c moda e eficaz Para esse efeito ser criada uma rede nacional de pontos de carregamento que permitir qualquer pessoa carregar as baterias do seu ve culo em qualquer ponto de carregamento dispon vel no Pa s mediante a utiliza o de um cart o de carregamento contratado com qualquer comercializador de electricidade para a mobilidade el ctrica Facilita se ainda a cria o de pontos pr prios de carregamento a instalar nas resid ncias e edif cios A rede piloto para a mobilidade el ctrica abrange 25 cidades e prev se que at Julho de 2011 sejam instalados 1350 pontos de carregamento dos quais 50 ser o postos de carregamento r pido Os 25 munic pios e o centro de intelig ncia em inova o INTELI criaram um living lab para a mobilidade el ctrica Figura 3 1 o qual se encontra integrado no RENER Renewable Energy Living Lab que por sua vez integra a Rede Europeia de Living Labs Fluxo Energia kwh COMERCIALIZA O PRODUCAO DISTRIBUI O Fl ac uxo Informa o Gest o de Transac es Fluxo Finacneiro Operadores e Comercializadores Intermedia o e Integra o Figura 3 1 Diagrama da rede de mobilidade el ctrica em Portugal 39 14 atribu do aos primeiros 5 000 ve culos autom veis ligeiros el ctricos novos matriculados em Portugal subs dio total de 25M 28 Consagrar u
125. tt o Tendo em conta que o ve culo convencional consome cerca de 7 8 1 100 km e se for a gas leo corresponde a um custo de abastecimento de 9 09 100 km A poupan a na tarifa bi e tri hor rio durante o vazio pode ser enorme Compete por isso entidade reguladora incentivar o carregamento dos ve culos el ctricos durante o vazio 4 5 Potencial dos Ve culos El ctricos 4 5 1 V2G vehicle to grid Actualmente a capacidade do SEN de 16 9 GW A pot ncia m dia de um ve culo ICE de 70 kW e o parque autom vel em Portugal constitu do por cerca de 4 5 milh es de ve culos Posto isto a frota autom vel em Portugal representa uma pot ncia total de 315 GW e passa mais de 90 do seu tempo de vida estacionada neste contexto que surge o conceito V2G existindo no entanto limita es de tr nsito de pot ncia entre a rede e o ve culo como j 32 Por ser o combust vel mais barato 69 foi referido Mesmo considerando essa limita o e supondo que cada ve culo pode fornecer 3 kW a pot ncia m xima que pode ser fornecida pelos ve culos el ctricos de 13 5 GW V2G representa um sistema em que a energia armazenada no ve culo pode ser vendida rede el ctrica quando o ve culo n o est a ser usado e se encontra ligado a esta As prefer ncias de carregamento e descarregamento compra ou venda de energia rede devem obedecer a certas normas e protocolos A energia dispon vel a injectar na rede
126. uito superior ao do ve culo convencional As vantagens que tornam os PHEVs como os ve culos da pr xima gera o s o e Baixos custos de opera o e Redu o da polui o do ar e do aquecimento global e Redu o da depend ncia de combust veis f sseis e Possibilidade de fornecimento de energia de emerg ncia e Aplica es V2G Os principais problemas associados a este tipo de ve culo s o o custo adicional o peso o tamanho e a distribui o das baterias assim como a disponibilidade de pontos de carregamento para carga do ve culo Existe tamb m a necessidade de conceber uma estrat gia de gest o de energia energy management EM de modo a optimizar o fluxo interno de energia do ve culo Torna se por isso fulcral o desenvolvimento de t cnicas de controlo avan adas para os sub m dulos do ve culo com o objectivo de alcan ar maior robustez estabilidade e efici ncia do sistema global 5 De real ar ainda a diferen a de arquitecturas usadas pela ind stria autom vel na concep o de PHEVs Enquanto a Toyota est a desenvolver uma vers o PHEV do Prius de arquitectura paralela a General Motors est a produzir um PHEV de arquitectura s rie Chevy Volt A transi o para os PHEVs pode ser visto como um desafio e torna se necess rio o desenvolvimento de medidas favor veis cria o de novas pol ticas e normas e ultrapassar certas barreiras econ micas Os PHEV complementam os h bitos de condu o de grand
127. urge assim um operador de sistema independent system operator ISO Figura 4 26 respons vel pelo controlo das opera es V2G podendo usar para efeitos de comunica o uma rede wireless O operador de sistema ISO dever ter as seguintes fun es e Deve atribuir um endere o IP a cada ve culo e Comunicar rede el ctrica que determinado ve culo est pronto para a opera o V2G e Gerir permiss es de acesso rede e a monitoriza o do tr nsito de energia 33 No caso do FCV a energia poderia ser produzida a partir do Hidrog nio 70 Location SOC XPout 2Qout No PHEV 8 Prefr Qrefr Joyebeu66yv SOC Pout Qout S N E LAN Figura 4 26 Estrutura do sistema V2G Pret e Qret s o os valores de refer ncia de pot ncia activa e reactiva gerados pelo ISO para cada ve culo el ctrico S N o serial number de cada ve culo Pou e Qout s o a pot ncia activa e reactiva reais fornecida por cada ve culo SOC corresponde energia total de um determinado agregado de ve culos 42 Para mais informa es sobre este assunto consultar 27 e 28 4 5 2 Regula o da Gera o E lica A falta de armazenamento constitui uma grande limita o do sistema el ctrico Com a tend ncia actual de instala o de energias renov veis esta limita o agrava se devido ao car cter intermitente e imprevis vel destas requerendo maior interven o por parte da reserva girante e regula o Para
128. v vel e de grupos a g s natural dever se ir registando um decr scimo de emiss es totais no sector el ctrico Como resultado de acordo com as estimativas consideradas em 2020 o carregamento dos ve culos el ctricos pode ser efectuado com cerca de metade das emiss es de 2011 Tendo em conta as metas impostas ind stria autom vel em que foi estabelecido que at 2015 as emiss es m dias de um ve culo n o devem 31 Considerou se as emiss es espec ficas do ano de 2007 no caso do Fuel leo Gas Natural 67 ultrapassar 130 g e ap s 2015 esse valor ser reduzido a 95 g CO km os resultados obtidos sugerem os ve culos el ctricos como um excelente atalho na redu o das emiss es no sector autom vel No entanto em Espanha Fran a e Inglaterra obt m se emiss es de 32 7 13 2 e 85 7 g CO km respectivamente para uma efici ncia de 0 15 kWh km Nos dois primeiros casos a redu o de emiss es em rela o a Portugal centra se na gera o nuclear que em Fran a fornece cerca de 75 do consumo As emiss es no Reino Unido devem se maioria do consumo ser realizado base de centrais t rmicas a g s e carv o Conclui se que o n vel de sucesso ambiental dos ve culos el ctricos depende do mix energ tico de cada pa s 4 4 2 Custos O outro factor a favor dos ve culos el ctricos o actual pre o dos combust veis e a sua depend ncia no pre o do petr leo Na Figura 4 25 indicada a evolu
129. ve culos el ctricos s o centralizadas centros electroprodutores e por isso mais f ceis de controlar O Sistema El ctrico tornou se a base de qualquer sociedade moderna A electricidade est presente em todos os aparelhos que nos facilitam e transformam o nosso quotidiano a n vel dom stico ou no trabalho Note se que como forma de energia apresenta in meras caracter sticas vantajosas flexibilidade devido facilidade em se transformar noutros tipos de energia efici ncia que se traduz no elevado rendimento da transforma o entre formas de energia transportabilidade devido facilidade no transporte 3 Com este trabalho pretende se realizar um estudo sobre o poss vel impacto dos ve culos el ctricos no SEN A uni o do Sistema El ctrico e do Sistema de Transportes Rodovi rio tem potencial para ser o maior e mais complexo sistema criado pelo homem Trata se portanto de uma oportunidade nica de trabalho num tema actual aliciante e com grande potencial para alterar a vida das popula es 1 4 Contribui o Em primeiro lugar realizada uma retrospectiva mobilidade el ctrica de forma a identificar os pontos fortes e fracos de cada solu o construtiva Serve como uma parte introdut ria ao tema em que s o apresentadas v rias tecnologias e conceitos Os objectivos principais deste trabalho s o a an lise do potencial impacto da mobilidade el ctrica no SEN e na rede de distribui o A n vel
130. ww mobi e pt 18 C Samaras A Life Cycle Approach To Technology Infrastructure And Climate Policy Decision Making Transitioning To Plug In Hybrid Electric Vehicles And Low Carbon Electricity Carnegie Mellon University 2008 19 P Vaz Previs o geogr fica de alterac o do padr o de consumo el ctrico devido evoluc o da penetrac o de consumos de ve culos el ctricos Dissertac o de Mestrado Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto 2009 89 20 www acap pt 21 www dgge pt 22 www novaenergia net pontosdecarga 23 www nissan pt 24 www opel ampera com 25 www ren pt 26 www edp pt 27 W Kempton J Tomie Vehicle to grid fundamentals Calculating capacity and net revenue J Power Sources Volume 144 Issue 1 1 June 2005 Pages 268 279 28 W Kempton J Tomie Vehicle to grid Implementation From stabilizing the grid to supporting large scale renewable energy J Power Sources Volume 144 Issue 1 1 June 2005 Pages 280 294 29 Rep blica Portuguesa Plano de Ac o Nacional para as Energias Renov veis ao Abrigo da Directiva 2009 28 CE vers o para consulta p blica 2010 30 R Castro Energias Renov veis e Produ o Descentralizada Introdu o Energia E lica 4 edi o Instituto Superior T cnico 2009 31 R Castro Energias Renov veis e Produ o Descentralizada Introdu o Energia Fotovoltaica 3 edi o Instituto Superior T cnico 2009 32 B Kampman
131. z de a armazenar enquanto lhe for fornecido hidrog nio A efici ncia da convers o o funcionamento sem ru do as emiss es praticamente nulas o r pido reabastecimento e a durabilidade s o algumas das vantagens deste tipo de tecnologia O hidrog nio parece ser o combust vel n o poluente ideal pois apresenta grande densidade de energia e o produto da reac o da pilha de combust vel apenas gua 4 13 Em compara o com as baterias 23 De acordo com a Figura 2 9 a energia espec fica da pilha de combust vel equivalente da gasolina contudo a sua pot ncia espec fica bastante menor concluindo se que o desempenho do arranque de um ve culo com pilha de combust vel seria inferior em compara o com o do ve culo convencional A integra o da bateria ou supercondensador com a pilha de combust vel podem melhorar o desempenho do arranque do ve culo tornando a real ar que com m ltiplas fontes de energia criteriosamente seleccionadas o desempenho dos ve culos pode ser bastante melhorado 5 Este tipo de tecnologia visto como uma solu o a longo prazo mas encontra se ainda numa fase prematura principalmente devido a todos os problemas associados ao manuseamento do hidrog nio 2 5 Din mica do Ve culo Procede se agora an lise din mica do ve culo quando este est em movimento com o objectivo de determinar as vari veis que mais influenciam o seu consumo energ tico Existem in meras exp

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