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Veículos eléctricos e bombas de calor: Os motores eléctricos desempenham um papel crucial na transição energética

10 Junho 2019 por Fernando Nuño
Veículos eléctricos e bombas de calor: Os motores eléctricos desempenham um papel crucial na transição energética

Os motores eléctricos estão implicados em duas grandes opções de descarbonização envolvendo electrificação: veículos eléctricos (VE) e bombas de calor. Isto conduzirá a um crescimento significativo do mercado, bem como a responsabilidades crescentes relativamente à eficiência, flexibilidade e utilização de materiais.

O sector da energia eléctrica é o mais rápido a descarbonizar devido à grande variedade de fontes de energia sem carbono que podem gerar electricidade, tais como PV, eólica e hídrica. Isto significa que a electrificação pode ajudar outros sectores a descarbonizar rapidamente e em grande escala. A percentagem de electricidade no consumo final bruto de energia na UE deverá aumentar dos actuais 17% para cerca de 60 - 70% nos próximos 30 anos. O principal potencial de electrificação reside no aquecimento e arrefecimento de edifícios, aquecimento de água, transportes e vários tipos de utilização de energia industrial. A maioria destas aplicações envolve motores eléctricos. Como resultado, a percentagem de sistemas de motores eléctricos irá, no mínimo, crescer juntamente com o processo de electrificação, dos actuais 9% para cerca de 30% da utilização final de energia da UE. Com este forte crescimento do mercado em vista, o impacto dos motores no ambiente e no funcionamento da rede também irá aumentar.

A electrificação do transporte

O sector dos transportes é o que mais contribui para as emissões de gases com efeito de estufa (GEE) relacionadas com a energia na UE-28. Um avanço no mercado de veículos eléctricos (VE) para transporte privado poderia levar a uma forte e imediata redução dessas emissões, uma vez que os VE têm eficiências substancialmente mais elevadas do poço às rodas do que os automóveis com um motor de combustão interna (ICE) alimentado por combustíveis fósseis. Além disso, existe um forte incentivo tecnológico para aumentar ainda mais a eficiência energética dos motores VE, uma vez que ao fazê-lo aumenta a autonomia de condução para uma capacidade fixa da bateria. E com a descarbonização duradoura do sector da energia eléctrica, as reduções das emissões de carbono alcançadas pelos VE continuarão a aumentar.

A maioria dos fabricantes de VE opta actualmente por motores síncronos de ímanes permanentes (PMSM). Outros tipos de motores EV incluem motores de indução CA com rotores de cobre e motores de campo síncronos enrolados. No entanto, com a perspectiva de um futuro mercado de massa, os accionamentos eléctricos para automóveis são objecto de intensos esforços de I&D, com - entre outros - um enfoque no desenvolvimento de motores com conteúdo reduzido de terras raras. Nos próximos anos, são de esperar grandes melhorias conducentes a mudanças entre os tipos de motores preferidos.

A electrificação do HVAC

Um terço das emissões de GEE da Europa pode ser atribuído a edifícios, e muito disto está relacionado com aquecimento e arrefecimento. Com a directiva relativa ao desempenho energético dos edifícios (EPBD), a UE pretende reduzir as emissões dos edifícios residenciais e do sector terciário em 88-91% até 2050, em comparação com a linha de base de 1990. Uma vez que as taxas de construção e renovação são baixas, uma tecnologia instalada num edifício poderia permanecer por 30 a 40 anos ou mais. Isto significa que os sistemas devem ser concebidos tendo em mente o futuro, considerando em particular a esperada diminuição duradoura das emissões de GEE da produção de electricidade. O tipo preferido de tecnologia de aquecimento depende de muitos factores, mas para a maioria das habitações, uma bomba de calor local ou um sistema de aquecimento urbano altamente descarbonizado serão as opções preferidas. As bombas de calor dependem de um compressor accionado electricamente e podem ser utilizadas tanto para aquecimento como para refrigeração. A sua tecnologia é mais madura do que a dos Veículos Eléctricos, e não são de esperar mudanças tecnológicas fundamentais num futuro próximo. Com os regulamentos da UE a evoluir gradualmente no sentido de impor edifícios quase zero energéticos, o sector é estimulado a aumentar ainda mais a eficiência energética das bombas de calor. A escolha da estratégia certa de variação de carga do compressor desempenha um papel importante neste contexto.

A eficiência energética continua na ordem do dia

O crescimento esperado do mercado de sistemas motorizados torna-o uma via de descarbonização eficaz para aumentar ainda mais a sua eficiência até ao nível do custo mais baixo do ciclo de vida. O alargamento do Ecodesign MEPS a outras categorias de motores e a remoção de algumas excepções seria um próximo passo lógico que poderia conduzir a poupanças significativas de emissões de carbono. Poderiam ser incluídos motores pequenos e grandes, e as excepções para motores de travão e motores à prova de explosão poderiam ser removidas, bem como a escolha de optar por uma categoria de eficiência inferior se combinada com um variador de velocidade (VSD). Estas quatro etapas levariam a uma poupança total de 22,3 TWh ou 9,97 milhões de toneladas deCO2eq por ano. Para motores de média e grande potência, o nível mínimo de eficiência poderia ser elevado para IE4 a partir de 2022. Fazê-lo seria economicamente sólido e pouparia um adicional de 9,3 TWh e 4,16 milhões de toneladas deCO2eq por ano.

O maior potencial de poupança de energia, no entanto, reside provavelmente numa abordagem que se concentra em todo o sistema motor em vez do dispositivo isolado. A desvantagem de uma tal "abordagem de produto alargada" é a dificuldade de a traduzir numa regulamentação exequível. Uma promoção mais activa da norma IEC 61800-9, que leva em conta todo o sistema motor, seria útil, bem como o desenvolvimento de uma ferramenta de software que possa ajudar na implementação desta norma. Outra forma - complementar - poderia ser a promoção da eficiência do sistema através da norma ISO 50001 sobre Gestão de Energia e dos seus guias de implementação.

Transferir o consumo para momentos de produção abundante

A quota crescente dos sistemas de energia renovável ligados à rede, que apresentam uma produção naturalmente variável, torna a tarefa dos operadores da rede cada vez mais complexa. A electricidade não deve ser utilizada apenas eficientemente, o seu consumo deve também ser deslocado, tanto quanto possível, para momentos de produção abundante. Alguns sectores com grande número de sistemas motorizados em uso estão bem equipados para oferecer esta flexibilidade. Estes incluem a construção de HVAC (salas bem isoladas representam por si só uma capacidade tampão), gestão da água (movidas principalmente por sistemas de bombas), e instalações de processo industrial. Devem ser implementados mecanismos para ligar os utilizadores de electricidade aos operadores da rede, de modo a que se possa alcançar um compromisso tão amplo com os consumidores.

Motores na economia circular

Finalmente, a transição energética só pode ser sustentável se a utilização material for tida em conta. Com o Pacote de Economia Circular, a Comissão Europeia chegou também a esta conclusão. O aumento esperado do número de motores necessários durante a transição energética leva-nos a questionar se esses motores têm potencial para fazer parte da economia circular.

Se os motores consistem principalmente em cobre, aço e alumínio, o seu potencial de esgotamento permanece limitado e o seu nível de reciclabilidade elevado. Os motores têm sido rebobinados e reciclados há décadas. Os motores síncronos de íman permanente (PMSM) contêm vários metais de terras raras que aparecem na lista de matérias-primas críticas da UE e, por isso, não são recomendados para se tornarem uma parte importante da solução para os mercados de massa emergentes. O apoio à investigação e inovação deve concentrar-se no desenvolvimento de motores sem terras raras.

Aconcepção para reciclagem(DfR) considera o esforço técnico e económico necessário para recuperar tanto material quanto possível durante a reparação e revisão e no fim de vida útil. Poderia ser estimulado fornecendo aos compradores de motores eléctricos informações sobre a reciclabilidade, por exemplo, através de uma etiqueta Design for Recycling.

Os motores eléctricos olham para um futuro brilhante. Se conseguirem continuar o seu feito de melhoria contínua da eficiência energética e, ao mesmo tempo, trabalharem para uma utilização responsável do material, livre de metais de terras raras e incorporado numa economia verdadeiramente circular, poderão tornar-se um dos maiores vencedores da transição energética.

 

Mais sobre este tema no Livro Branco sobre Energia Leonardo EléctricoMotores na Transição de Energia.

 


Sobre Fernando Nuño

Nuño

Fernando é um engenheiro energético com experiência internacional (França, Espanha, Bruxelas) desde 1998 nos sectores privado e público. Neste momento, concentra-se na defesa da energia e do clima juntamente com projectos relacionados com a tecnologia na descarbonização na indústria e edifícios (e um pouco de e-mobilidade).