AUTONOMIA ENERGÉTICA PARA TAMERA

Trabalhamos para alcançar 100% de autonomia energética para Tamera, onde vivem 200 pessoas. Esta será uma demonstração a longo prazo, de um sistema energético absolutamente autónomo, regenerativo e descentralizado cuja montagem e manutenção pode ser feita localmente. Desenvolveremos um conceito modular que combina diversas tecnologias já disponíveis e que podem fornecer autonomia energética a um povoamento típico, incluindo situações de baixa infra-estrutura no Hemisfério Sul ou em campos de refugiados.

Contribua para a autonomia energética comunitária!
Apoie-nos a demonstrar um sistema para aldeias sem emissões de carbono, em regiões ricas em exposição solar.

Visão

Com este projecto, queremos criar um exemplo concreto para os nossos 12 princípios orientadores:

  • Juntar-se – a comunidade é a base para a sustentabilidade; isto apoia a comunicação humana e permite-nos co-existir com a natureza num mundo saudável e equitativo que mantém o contacto com todos os seres vivos.
  • Insistir no uso de energias locais – sol, terra, vento, água e biomassa.
  • Implementar tecnologias de baixa temperatura e baixa pressão para a produção de energia.
  • Cozinhar com espelhos solares e transformar resíduos orgânicos em biogás integra os seres humanos num ciclo ecológico saudável – sendo, por isso, parte integral de uma abordagem autónoma e holística à comida e à produção de energia.
  • Usar sistemas auto-regulados de energía solar para arrefecimento para que a simplicidade dos ciclos energéticos naturais seja incorporada.
  • Cultivar um novo paradigma para maquinaria que simule o funcionamento dos sistemas naturais, tanto quanto possível – por exemplo, substituir os motores de combustão convencionais por mecanismos mais semelhantes à natureza, tal como motores respiradores (ex.: o motor Stirling).
  • Integrar a produção de energia na concepção de estruturas humanas – isto significa promover sinergias fortes entre água, ecologia, arquitectura e consumo energético.
  • Abandonar o conceito de circuitos globais “unilaterais”, controlados centralmente e avançar em direcção a circuitos regionais descentralizados que sirvam as comunidades locais.
  • Criar sistemas abertos que devolvam continuamente os excedentes energéticos à rede regional.
  • Combinar sistemas para eliminar o conceito de desperdício energético – por exemplo, a energia que aquece o digestor de biogás também é usada para armazenamento térmico.
  • Encorajar a autonomia, apoiando a produção local e com foco em recursos regionais e comunidades.
  • Procurar continuamente melhorias através da partilha de conhecimento, sistemas open-source, regressando continuamente ao estudo e observação da natureza.
Os componentes do nosso sistema modular incluirão:
  • arquitectura solar com e sem painéís fotovoltaicos,
  • cozinhar com biogás, com luz solar directa e com óleo quente aquecido pelo sol,
  • arrefecimento solar e regulação solar de temperatura para edifícios – com e sem armazenamento sazonal de calor,
  • transportes eléctricos solares,
  • um sistema combinado de aquecimento e energia, alimentado a gaseificação de madeira e a biogás,
  • diversas tecnologias de energias regenerativas para cabanas e estruturas temporárias.

As instalações energéticas podem ser configuradas para ajuda imediata em áreas de crise e campos de refugiados, e podem ser instrumentos para o desenvolvimento de povoamentos sustentáveis duradouros. As nossas instalações serão utilizadas para educação. A transferência de conhecimento começa connosco, ao efectuar manutenção e viver com estes sistemas. Partilhamos depois a nossa experiência com pessoas que vêm até aqui para aprender, para que representantes de outros projectos possam depois construir e optimizar um sistema passível de ser integrado no seu quotidiano.

Plano

Desenvolvemos o nosso conceito de autonomia energética em colaboração com o escritório de engenharia Schiller na Alemanha.

 Elementos do sistema de componentes:

Invisible
1. Arquitectura Solar Combinada com Geração Eléctrica - Painéis Fotovoltaicos e Armazenamento em Baterias

A nossa energia eléctrica projectada será completamente coberta por painéis fotovoltaicos montados nos telhados de diversos edifícios. Planeamos criar arquitectura solar com recurso a telhados de membrana fotovoltaica, proporcionando uma sinergia de sombra e electricidade, com estruturas apelativas tanto arquitectonicamente como esteticamente. A energia eléctrica gerada será armazenada num sistema de baterias central a utilizar durante a noite. Estamos à procura de alternativas ao uso de baterias de lítio, como baterias de fluxo redox de vanádio, dado não serem nefastas para o ambiente nem perigosas para a saúde, armazenando energia sem perdas em tanques de electrólitos separados fisicamente. Outra opção é o armazenamento de magnésio de água do mar, que não usa também qualquer tipo de materiais perigosos ou tóxicos. Qualquer sistema de armazenamento deve ter um mínimo de 20 anos de vida útil com degradação máxima de 10% da capacidade.

2. Cozinha Solar: Cozinhas de Óleo Quente, Biogás, Concentradores Solares e Colectores de Água Solares-Térmicos

Queremos converter duas cozinhas comunitárias para funcionarem 100% a energia solar, usando óleo quente, biogás e concentradores solares. Colectores solares tubulares, em vácuo concentrado, permitem que o sol aqueça óleo vegetal num circuito fechado, atingindo uma temperatura de 200ºC. O óleo quente transporta calor para recipientes de paredes duplas e para frigideiras, para cozinhar e para tanques de armazenamento de calor com isolamento. O biogás é usado para cozinhar em qualquer altura, de dia ou de noite, e os espelhos Scheffer concentram energia solar directa para uso imediato. A combinação dos módulos permite ter uma cozinha operacional 24 horas por dia. Colectores térmicos de água quente aquecem a água necessária para cozinhar e para limpezas.

3. Geração de Energia Solar com Motores Stirling e Armazenagem Térmico

Um inovador motor Stirling de baixa temperatura será instalado no Campo de Testes Solares de Tamera, como o principal motor de um sistema de fornecimento de energia para gerar electricidade, arrefecimento, energia mecânica e térmica. O motor Stirling escolhido, SunOrbit’s Sunpulse, pode fornecer 1500W de energia eléctrica continuamente. O motor é o resultado do investimento de décadas de investigação de Juergen Kleinwaechter e da sua equipa, no desenvolvimento de motores Stirling simples e eficientes que conseguem trabalhar no espectro de temperatura proporcionado pelos colectores solares de baixa concentração. Este sistema pode também ser usado para arrefecimento, ao reverter o fluxo energético e ligando o motor a um motor eléctrico.

Estamos a desenvolver os elementos de um “Contentor de Esperança“, um sistema autónomo de gestão de energia, alimento e água, para 30-50 pessoas. A ideia é que eles possam providenciar ajuda imediata às pessoas em zonas de crise ou em campos de refugiados, e serem fundamentais para o desenvolvimento de povoamentos sustentáveis duradouros.

Queremos fazer a instalação dos elementos básicos do “Contentor de Esperança” como um protótipo no Campo de Testes Solares e usá-los para educação, para que representantes de outros projectos possam aprender a construir e optimizar um sistema que possa ser integrado na sua vida quotidiana.

Este projecto tem uma alta sinergia com o projecto da cozinha solar, em que a mesma instalação de colecta e armazenamento de calor usada para cozinhar, pode também ser usada com o motor Stirling para a geração de energia eléctrica.
Ler mais sobre a ideia de uma aldeia modelo…

4. Cozinhar com Biogás

As duas maiores cozinhas de Tamera produzem biomassa em abundância na forma de desperdício orgânico. Este desperdício orgânico pode facilmente ser processado em pequenos sistemas de biogás, sendo triturado ou cortado e utilizado como matéria-prima, em pequenos reactores de biogás com um volume até 10m3. O biogás pode ser usado quando a cozinha necessita de aquecimento rápido, e também quando não existir energia solar directa para cozinhar. Os reactores de biogás são mantidos a uma temperatura ideal de 37ºC com um sistema de aquecimento solar-térmico. O excedente semi-líquido é usado como fertilizante biológico nos nossos campos de cultivo.

5. Arrefecimento Solar

Usar energia solar para refrigeração é particularmente atractivo, dado que a necessidade de refrigeração é maior quando o sol está mais forte. O controlo do sistema de arrefecimento é, então, quase auto-regulável pois o calor fornecido pelo sol ao espaço refrigerado é contrabalançado por uma potência de saída mais alta, a partir de um sistema de arrefecimento alimentado pelo sol.

Planeamos usar 3 diferentes tecnologias de refrigeração solar para fornecerem uma diversidade de alternativas para várias regiões, e iremos compará-las no nosso espaço, para ver qual funciona melhor:

 

  • Refrigeradores de Absorção Solar
    Vamos instalar refrigeradores de absorção, sem partes móveis, usando energia térmica solar a partir de tubos colectores de vácuo. Refrigeradores de absorção trabalham por absorção, fazendo a fase de condensação do ciclo de arrefecimento em vez da compressão – como é usual num compressor de refrigeração. O calor necessário para regenerar o absorvedor é imediatamente produzido pelos tubos colectores de vácuo. Quanto mais o sol brilhar, mais capacidade de arrefecimento fica disponível. Este é um processo auto-regulável completamente neutro em CO2. O agente refrigerador pode ser amoníaco.
  • Máquina Stirling Reversível
    O SunOrbit SunPulse pode também ser accionado no reverso, onde o motor Stirling é accionado electricamente e funciona como uma eficiente bomba de calor/refrigeração. Denominado CoolPulse, o processo tem um COP de 4, o que é significativamente mais elevado do que a refrigeração convencional. Por exemplo, quando se faz gelo a partir de água com uma temperatura inicial de 20ºC, o CoolPulse trabalha a um COP de 5. Assim, um típico painel fotovoltaico com 500W (de pico) de saída de energia eléctrica pode fazer gelo durante o dia a 2.5kw (pico). Estamos a planear uma instalação teste com uma potência de saída contínua de 2.5kW. A energia de arrefecimento que não seja usada será armazenada numa unidade de armazenamento de água gelada. O painel fotovoltaico que alimenta a instalação deve ter uma saída energética de, pelo menos, um pico de 3kW, para que, com um banco de baterias, possa fornecer 500W continuamente. A bateria deve ter uma capacidade de armazenagem de 4kWh de energia útil.
  • Painéis Solares Fotovoltaicos (PV) com Refrigeração Convencional
    Vamos instalar um painel fotovoltaico e sistema de inversão para alimentar um refrigerador de compressão convencional. A energia de arrefecimento pode também ser armazenada num sistema de armazenamento de água gelada.
6. Sistema Combinado de Gaseificação de Madeira e de Biogás para Aquecimento e Energia (CHP)

Necessitamos de fontes de energia para electricidade e calor quando não temos sol suficiente, especialmente no Inverno. Temos em Portugal uma abundância de arbustos e plantas arbustivas, muitas vezes já secas pela aridez do clima, que podem ser colhidas anualmente, cortadas ou trituradas, e convertidas em gás de madeira através de um processo de gaseificação. Este gás é depois queimado num motor a gás de madeira e convertido em calor e energia eléctrica. O sistema pode ser operado de forma económica, complementando a produção já existente de energia solar eléctrica, obtendo assim um constante fornecimento de energia eléctrica.

O CHP pode também ser alimentado com biogás, que tem propriedades semelhantes ao gás de madeira, devendo o sistema produzir 10kW de energia eléctrica e 20kW de calor.

Iremos instalar:

  • triturador de biomassa / moinho com crivo
  • – laminador de madeira
  • – sistema de processamento de materiais para fornecer biomassa preparada para o gaseificador
  • – gaseificador de madeira com um sistema CHP anexado

O calor residual será usado para aquecimento de água e de espaços.

7. Regulação Solar de Temperatura para Edifícios, Com e Sem Armazenamento Sazonal de Calor

Dado o clima em Portugal, não é possível viver confortavelmente o ano inteiro sem aquecimento. Estamos a projectar diferentes pesquisas e demonstrações para sistemas de regulação de temperatura em edifícios. Por exemplo: um sistema de colectores térmicos solares montados em telhados e ligados a um tanque de 500L de armazenamento de água quente, pode aquecer as paredes dos edifícios. Quando necessário, uma fonte secundária de calor, como um forno a lenha, pode fornecer calor extra nos meses de Inverno.

Para estruturas maiores, um tanque térmico de armazenamento sazonal com 20-200m3 será instalado nas fundações dos edifícios para armazenar o calor do Verão, para que este seja usado no Inverno. Esta forma de regulação de temperatura trabalha também para controlar a humidade na estrutura do edifício.

O armazém encontra-se a 2m de profundidade, sendo é feito de gravilha e água, e tubagens de transferência de calor. Durante o Inverno, quanto mais água for introduzida no substrato de gravilha, mais aumenta a capacidade de armazenagem, e mais rapidamente o calor é transportado para o edifício, passando por um tampão de terra ou areia enterrado a um metro de profundidade. O calor armazenado também pode ser acedido directamente a qualquer momento, mediante o bombeamento de água quente através do sistema de aquecimento do edifício, que é composto por 3 elementos:

  • – colectores de placa plana no telhado do edifício
  • – sistema de aquecimento dentro do edifício
  • – armazenamento térmico sazonal.

No Verão, o excesso de calor pode também ser usado para cozinhar, e a água quente usada directamente. O calor armazenado também pode ser usado para a produção de energia, accionando um motor Stirling.

8. Transportes Eléctrico-solares

Introduzir soluções que ofereçam alternativas viáveis aos transportes que usam motores de combustão de petróleo é um ponto chave para uma vida energética autónoma. É particularmente importante mostrar alternativas práticas para transportes que não dependam da sugerida exploração de petróleo na costa Portuguesa, para assegurar um futuro digno para os residentes locais.

Iremos instalar estações de carregamento de veículos eléctricos, para o transporte tanto de bens como de pessoas, incluindo:

  • – bicicletas eléctricas
  • – scooters eléctricas
  • – carros eléctricos
  • – carros de golfe.

A Rede Inteligente e o Sistemas Sinergético de Armazenamento de Energia incluem:

  • – 9 pontos de carregamento de veículos eléctricos
  • – 10 carros eléctricos para uso local
  • – 2 carros eléctricos para viagens mais longas.
9. Energia Solar para Cabanas, Habitações Temporárias e Acampamentos

Em diversos países com níveis mais de rendimento inferiores, bem como em campos de refugiados, as cabanas, contentores e caravanas são parte das condições normais de habitação. As caravanas e pequenas cabanas onde vivem os membros da nossa comunidade são aquecidas por diversas botijas de gás, que são pequenas e dispendiosas. É necessário implementar novas formas de aquecimento.

Estamos a projectar 4 formas diferentes de aquecer as caravanas e pequenas cabanas:

  • Aquecimento com Sistemas Fotovoltaicos, Pequeno Banco de Baterias e Ar Condicionado
    Energia eléctrica é gerada por painéis de PV instalados no telhado e armazenada em baterias por baixo das caravanas. Uma pequena unidade de ar condicionado, capaz de bombear tanto ar quente como frio, é instalada. Quanto mais sol houver, mais energia de refrigeração fica disponível.
  • Sistema de Aquecimento Solar-Térmico
    Tubos colectores em vácuo são montados nos telhados das caravanas e são ligados a armazéns de calor, como tanques de armazenamento de óleo quente ou de água. Isto é usado num sistema integrado de tubos de aquecimento instalado debaixo do solo. Isolamento é também adicionado para reduzir a perda de calor. Perspectivamos usar também no sistema os 40ºC de desperdício de calor, do motor Sunpulse.
  • Substituir as Botijas de Gás por Biogás
    Planeamos usar biogás em vez de gás engarrafado nos aquecedores a gás já existentes nas caravanas e cabanas. Apenas temos que substituir os bicos de gás, e um aqueduto circular trará o biogás a partir do reactor central de biogás, que será isolado e instalado perto do parque de caravana. O reactor de biogás será aquecido no Inverno à sua temperatura de fermentação de 37ºC, tanto por colectores solares como por tubos colectores em vácuo. O sistema também pode ser instalado por baixo de uma construção semelhante a uma estufa, que ela própria atinge os 37ºC de forma relativamente fácil.
  • Aquecimento Térmico com Biomassa
    Queremos usar pilhas de composto como esquentadores. Pilhas de composto de lascas de madeira e arbustos, nos quais se introduzem tubos de água, produzirão água quente que poderá atingir os 70ºC durante um período de 6 –7 meses, fornecendo aquecimento a um conjunto de caravanas durante o Inverno.

www.tamera.org