Orientador: Gilberto de Martino Jannuzzi

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: O consumo de eletricidade no Brasil cresceu 47% na última década e estima-se que aumente outros 55,6% até 2020. A geração da maior parte da eletricidade no país é baseada no modelo de grandes usinas hidrelétricas, distantes dos centros de consumo, assim como a expansão da capacidade de...

Resumo: O consumo de eletricidade no Brasil cresceu 47% na última década e estima-se que aumente outros 55,6% até 2020. A geração da maior parte da eletricidade no país é baseada no modelo de grandes usinas hidrelétricas, distantes dos centros de consumo, assim como a expansão da capacidade de geração para atender o aumento da demanda, mantendo as grandes perdas na transmissão e distribuição da eletricidade. Uma forma de reduzi-las é através do maior uso da geração distribuída, em que a eletricidade é gerada próxima ou no próprio local de consumo, como por exemplo, integrada a edificações. A partir da viabilização deste modelo de geração e dos edifícios eficientes, criou-se o conceito dos chamados Edifícios de Energia Zero (EEZ). EEZs são edifícios com baixas necessidades energéticas e que, ao longo do ano, geram toda a energia que consomem a partir de fontes renováveis de energia. Em 2010, as edificações foram responsáveis por 46,9% do consumo de eletricidade no Brasil e esta participação deve aumentar até o final da década. Dessa forma, um maior emprego da geração distribuída através de fontes renováveis em edificações e também de novos EEZs pode atender parte desta crescente demanda, e consequentemente, adiar ou evitar a construção de novas grandes hidrelétricas e termelétricas movidas a combustíveis fósseis, e reduzindo os impactos socioambientais causados pela sua construção e operação. Esta dissertação propõe uma metodologia para o projeto de sistemas de geração de energia elétrica em EEZs, visando auxiliar engenheiros e arquitetos no dimensionamento destes sistemas, permitindo uma maior adoção deste tipo de edificação. A metodologia consiste de alguns passos simples, que incluem a análise do consumo de energia do edifício e do potencial energético local, o dimensionamento e simulação do sistema de geração, concluindo com a avaliação dos resultados para averiguar se a energia gerada seria suficiente para classificar o edifício como EEZ. Adicionalmente, a metodologia propõe ferramentas para auxiliar na escolha de um sistema de geração, dentre diversas opções de arranjos e tecnologias, como o custo do sistema, da eletricidade produzida por ele e do tempo de retorno de energia. Esta metodologia foi aplicada em um laboratório de ensino, que será construído na Unicamp e tem como meta ter o menor impacto ambiental durante sua construção e operação além de ser um Edifício de Energia Zero. Foi avaliada a viabilidade e contribuição potencial da geração de eletricidade por fontes renováveis de energia no projeto deste laboratório, no caso energia solar fotovoltaica e pequenas turbinas eólicas, como forma de atender a meta EEZ. Também foram avaliados três sistemas fotovoltaicos, cotados com empresas especializadas durante o projeto do laboratório. Adicionalmente, buscando entender melhor a influência da tecnologia e do posicionamento dos sistemas fotovoltaicos na geração de eletricidade, foram realizadas simulações de sistemas com 1kWp, utilizando diferentes tecnologias e orientações. As simulações foram realizadas utilizando o software Homer Energy, de distribuição gratuita

Abstract: Electricity consumption in Brazil increased 47% in the last decade, and it is estimated that it will increase 55.6% until 2020. Most of the electricity generated in the country is based on large hydroelectric dams, located away from the major cities. The planned expansion of the generation...

Abstract: Electricity consumption in Brazil increased 47% in the last decade, and it is estimated that it will increase 55.6% until 2020. Most of the electricity generated in the country is based on large hydroelectric dams, located away from the major cities. The planned expansion of the generation park to meet this increase in the demand is also based on this model, leading to great transmission and distribution losses. One way to reduce these losses is through a greater use of distributed generation, where the electricity is generated near or at the point of consumption, e.g., integrated to buildings. With the viabilization of this model of electricity generation and of energy efficient buildings, the concept of Net Zero Energy Buildings (ZEB) was created. A ZEB is a building with low energy needs which, through the course of a year, generated all the energy which it consumes from renewable energy sources. In 2010, the building sector was responsible for 46.9% of all electricity consumption in Brazil, and this share will increase until the end of the decade. That way, a larger use of the distributed generation from renewable sources integrated to buildings and of new ZEB can meet part of this growing demand, and thus postpone or avoid the construction of new large hydroelectric dams and thermoelectric power plants running on fossil fuels, reducing the social and environmental impacts caused by its construction and operation. This dissertation proposes a methodology for the project of electricity generation systems in ZEBs, aiming to help engineers and architects in the dimensioning of these systems, allowing a greater adoption of this kind of building. The methodology consists of a few simple steps, which includes an analysis of the building energy consumption and of the local energy potential, sizing and simulation of the generation system and comparing the results in order to conclude if it is possible for the building to become a ZEB. Additionally, the methodology proposes tools to help choosing the better option among different systems sizes and technologies, including the cost of the system, of the electricity produced by it and the energy payback time. The methodology will be applied to a university's laboratory, which will be built at Unicamp, which aims to have the lowest environmental impact possible during its construction and operation and to be a Net Zero Energy Building. It was addressed the viability and potential contribution of electricity generation from renewable energy sources, solar photovoltaic and small wind turbines, in the laboratory's project as an strategy to reach the ZEB target. Three photovoltaic systems quoted from specialized companies during the project were also analyzed. Also, in order to address the influence of the technology and positioning of the photovoltaic systems on its performance, several simulations of systems with 1kWp were carried out, in different tilts and orientations, and using different technologies of photovoltaic modules. These simulations were performed using the Homer Energy software, which is free of charge