segunda-feira, 22 de fevereiro de 2021

Entenda tudo sobre o fator de capacidade

O post aborda um dos temas essenciais para a análise da performance dos projetos de geração de energia e que vai te fazer se destacar no mercado.

Você sabe calcular o Fator de Capacidade do seu sistema de geração de energia? Se a resposta foi não, fique tranquilo, pois você vai aprender do jeito Energês!

O que você vai aprender neste post:

Conceitos Básicos para que você entenda esse fator.

O que é o Fator de Capacidade e os 3 motivos para você saber calcular o FC.

Como calcular o Fator de Capacidade.

Como sempre, traçamos uma caminhada do zero para você se capacitar em calcular a performance dos sistemas de geração de energia da maneira adequada.

Vamos começar?

Conceitos básicos

Por mais triviais que pareçam ser, os conceitos básicos são primordiais, para o entendimento dos parâmetros utilizados na análise.

Portanto, preste bastante atenção nos 3 pilares que norteiam o estudo do Fator de Capacidade nos projetos de geração de energia.
São eles: Potência, Energia e Horas.
Potência

A potência elétrica ou capacidade instalada de uma usina tem relação com o seu “tamanho”, ou seja, ao seu porte, medida em Watts. Todavia, o fato de uma usina ter uma potência 1 MW, não quer dizer que ela está o tempo todo entregando 1 MW.

Se a potência elétrica de um projeto de geração de energia corresponde a sua capacidade instalada, esta capacidade será o indicador de quanta energia o sistema pode entregar em um determinado momento, em condições ideais.

Potência também significa Energia fornecida em um determinado instante.

Em outras palavras, também dizemos que a potência instalada significa a medida de máxima energia, ou potência pico do projeto. Isso significa dizer que num cenário de pico, a usina está operando com um desempenho ótimo.

Consequentemente, a estrutura elétrica que a rede deve suportar é baseada neste pico de energia.

Entretanto, devido à diversas perdas que ocorrem naturalmente no processo de conversão de energia, isso não ocorrerá o tempo todo. Contudo, é importante deixar clara essa relação entre a potência pico e a máxima geração fornecida.

Obs.: Para energia Fotovoltaica a “Potência pico” é popularmente conhecida como a potência total dos Módulos Fotovoltaicos, não sendo aplicada neste caso.

Energia

Em síntese, a energia é a grandeza que corresponde a potência produzida por um determinado tempo, seja este tempo em horas, minutos ou segundos.

Energia é Potência x Tempo.

Logo, a unidade de medida da energia será Watts por Tempo, geralmente representada em Watt-hora, quando o assunto é energia elétrica. Sendo assim, em projetos de geração de energia, os valores de energia dos sistemas frequentemente serão representados em kWh, MWh ou GWh.

Dentre os conceitos básicos, o conceito de energia é o mais importante, pois é a energia que dita a concepção do projeto. Ou, qual realmente o montante de energia que será entregue.

Por exemplo, a energia que pagamos no final do mês para a distribuidora está em kWh.

A geração de energia como fator de definição do projeto.

Digamos que dois projetos tenham a mesma potência, a geração de energia poderá ser diferente, devido às condições em que cada um estão submetidos, é isso que o fator de capacidade representa.

Um cliente que deseja adquirir um projeto de Geração Distribuída procura nesta solução a compensação do consumo de suas unidades.

Portanto, para que o projeto atenda a necessidade do cliente, é necessário haver um casamento entre a energia total consumida por ele e a energia gerada pelo projeto.  E para isso uma potência deverá ser instalada.

Vamos prosseguir, logo tudo ficará mais claro.

Horas

Foi isso mesmo que você leu. Saber as horas será importante para os cálculos de Fator de Capacidade.

Mesmo sendo o conceito mais básico, é necessário darmos atenção aos valores totais de horas que representam determinadas janelas de tempo, os dias, meses e anos.

Dito isto, estes são os valores de horas considerados nos cálculos:

Dias: 24 horas

Meses: 730 horas (média anual: 24 x 30)

Anos: 8760 horas (365 x 24). Em cálculos de longo prazo, pode-se considerar os anos bissextos com 8766 h.

Afinal de contas, não há nenhum segredo no cálculo das horas, entretanto, é sempre bom nos atentarmos a este detalhe mais trivial.

Garanta que estes valores estejam na ponta da língua para a aplicação das metodologias relacionadas a performance do seu sistema de geração de energia.

Vamos ver uma suposição para fixar os conceitos.

De fato, com um exemplo numérico fica bem mais fácil de entender, não é verdade?

Sendo assim, vamos falar do principal indicador de performance dos sistemas de geração de energia elétrica. O Fator de Capacidade, ou simplesmente FC.

Fator de capacidade

O Fator de Capacidade é o indicador que define o quanto uma usina gera em relação ao máximo que ela poderia gerar.

Em outras palavras, significa proporção entre a Energia Gerada e a Capacidade Instalada de um sistema de geração de energia.

Portanto, o máximo de energia que um sistema pode gerar é a sua potência multiplicada pelo intervalo de tempo analisado.

3 motivos para saber calcular o fator de capacidade de um sistema de geração de energia

Agora vamos entender em 3 motivos a importância desse indicador!

1 - Melhor indicador de produtividade de um sistema de geração de energia

Pelo fato de ser uma medida simples e direta representada em porcentagem, e não valores absolutos, se torna mais fácil identificarmos possíveis variações na geração de um determinado sistema.

Por exemplo, se um sistema que mensalmente costuma apresentar um Fator de Capacidade de aproximado 50%, num determinado mês indicar 20%, automaticamente saberemos que existe alguma anomalia na geração.

Em contrapartida, se apenas for dito que a geração da usina nesse mês foi de 100 MWh, não se sabe se isso foi bom ou ruim, pois este dado não expõe a capacidade instalada da usina. Caso você não saiba a potência da usina, não é possível opinar sobre sua performance.

2 - Identificação de possíveis problemas na geração baseado em comparações

A identificação baseada na comparação será bem utilizada se dois projetos de geração de energia foram construídos em locais com características semelhantes.

Suponha que duas usinas fotovoltaicas foram construídas próximas, e os módulos foram posicionados na mesma orientação e inclinação nos dois sistemas.

Espera-se que o Fator de Capacidade seja parecido, por exemplo, uma UFV tenha 18% e a outra 17%. Entretanto, se numa delas for identificado que o fator de capacidade está 14%, algum problema pode estar ocorrendo.

A partir do FC será possível levantar a necessidade de uma avaliação do sistema em campo, para averiguar suas instalações e equipamentos.

3 - Descobrir locais mais produtivos para cada tipo de geração

Por fim, o Fator de Capacidade não se aplica somente a projetos em operação. É possível estimar o FC de um determinado local para se definir onde será mais vantajoso implementar o projeto.

Pelo fato de diferentes fontes de energia possuírem premissas específicas para avaliação da geração esperada, é possível fazer um levantamento primário das condições as quais o projeto estará baseado.

Por exemplo, se você pretende instalar um projeto de Biogás, ao visitar o aterro sanitário, um dos indicadores importantes será a vazão do gás proveniente da biomassa, para suprir o sistema de geração dentro de uma faixa aceitável.

Contudo, o mais importante será apresentar ao cliente a geração de energia em relação a potência da usina, ou seja, o Fator de Capacidade. Quanto maior o Fator de Capacidade, maior a produtividade e possivelmente maior será o retorno financeiro daquele projeto.

Fator de capacidade médio das fontes de energia

Cada fonte de energia possui FCs característicos, mas eles podem variar de acordo com diversos fatores, como localização, porte, eficiência dos equipamentos, disponibilidade da matéria-prima etc.

Vejamos os dados de Fator de Capacidade característicos de alguns tipos de usina:

Como calcular o fator de capacidade

Agora que já entendemos o que o Fator de Capacidade significa e a sua importância, vamos aprender a Calcular o FC.

Em suma, para analisarmos o desempenho de um determinado projeto, escolhemos o intervalo de tempo, ou seja, durante um mês, um semestre, um ano, pela seguinte fórmula.

Onde:

Eanual [MWh] é a energia gerada em um período de tempo t (nesse caso 1 ano)

P [MW] é a Potência Instalada

t [h] é o intervalo de tempo considerado (nesse caso 1 ano ou 8760 horas)

Parece muito difícil? Então siga esses 2 passos simples para calcular o FC

Podemos fazer um cálculo diferente que trará o mesmo resultado.

Vamos ver um exemplo de um sistema fotovoltaico:

1 – Obtenha os dados de geração horária

Selecione um período de tempo, por exemplo, o mês de julho.

Se julho tem 744 horas e o sistema gerou 900 kWh naquele mês, a geração horária é 1,21 kWh.

2 – Divida esse número pela potência instalada

A potência desse sistema é 7 kW.

Então 1,21/7 = 0,17 é o fator de capacidade.

Vamos ver outro exemplo prático?

O ONS divulga mensalmente um boletim da geração solar fotovoltaica centralizada. Um dos dados do relatório é o Fator de Capacidade médio por estado (veja o destaque de RN e Bahia).

Essas usinas geralmente possuem seguidores “trackers”, por isso tem um bom Fator de Capacidade, comparado à eixos fixos (que ficam na faixa de 17%, a depender da região).

De acordo com os dados da tabela do boletim do ONS, vamos confirmar o Fator de Capacidade médio no estado da Bahia.

Conclusão

Vamos revisar tudo o que vimos até aqui, para fixarmos os conceitos aprendidos!

Agora você está pronto para avaliar a performance dos sistemas de geração de energia através do Fator de Capacidade!

Se você quer se aprofundar mais no assunto e conheça também a PR (Performance Ratio). (energes)

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