Análise dinâmica de sistemas de armazenamento sazonal de energia térmica para condicionamento ambiental de estufas

Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2013A energia consumida constitui actualmente um dos mais fortes indicadores do nível de qualidade de vida. As sociedades contemporâneas necessitam de energia para a maioria das tarefas quotidianas, o que levou ao aumento exponencial do consumo de combustíveis fósseis, principalmente após a Revolução Industrial, e acentuou-se com a globalização dos mercados. A crescente necessidade de energias alternativas, nomeadamente de origem renovável e limpa, constitui um importante desafio para a sociedade. Aliada à produção de energias renováveis, surge a necessidade de armazenamento dessas energias, pois nem sempre a disponibilidade de produção coincide com a necessidade de consumo. No presente trabalho, analisa-se o armazenamento de energia térmica durante um período sazonal. É realizada uma análise dinâmica de um sistema de armazenamento de calor sensível, através de água quente. O sistema contempla um campo de colectores solares térmicos e um depósito de armazenamento de água quente com escala sazonal. A simulação térmica é efectuada durante um período de dois anos e seis meses, com o auxílio do software de cálculo Matlab Simulink. O objectivo do dimensionamento é climatizar uma estufa com aproximadamente 500 m2 entre Outubro e Março. Esta infra-estrutura pertence à EDP Produção e destina-se à produção de espécies autóctones e protegidas, para reflorestar zonas atingidas pela construção de empreendimentos hidroeléctricos. Por forma a melhorar o dimensionamento, realizou-se um processo de optimização através de algoritmos genéticos, no qual as variáveis optimizadas são a área de colectores solares térmicos e o volume de armazenamento. O estudo compara cinco cenários alternativos, nos quais varia a percentagem de energia solar utilizada na climatização da estufa. Para o sistema 100% solar, o dimensionamento resultou num campo de colectores solares térmicos com 339 m2, e um reservatório para armazenamento de água quente com 1630 m3. Este sistema fornece à estufa uma potência 50 kW durante 120 dias no ano, e o rendimento do armazenamento ronda os 66%.Nowadays the energy consumption is one of the strongest indicators for the quality of life. Contemporary societies need energy for the majority daily tasks, mainly after the Industrial Revolution, which led to an exponential increase of fossil fuels consumption, along with the globalization of markets. The increasing need for alternative energies, particularly for the ones with clean and renewable origin, appoints to an important challenge for society. Linked to renewable energies production growth arises the need for energy storage, since the consumption period does not always equal the production time. In the present work, it is studied the thermal energy seasonal storage. A dynamic analysis is made for sensible heat storage systems through hot water. The system contains a solar collectors field and a seasonal thermal storage tank. The thermal simulation is calculated for two and a half years, with Matlab Simulink software and the goal is to climatize a 500 m2 greenhouse from October to March. This infrastructure belonging to EDP Produção, is intended to the production of protected and endemic plants to reforest affected areas from hydroelectric systems. Looking for a dimensioning enhancement, an optimization by genetic algorithms was used, in which two variables were considered: the thermal collectors area and the storage volume. The study beholds five scenarios for comparison, in different solar energy percentage used. For a 100% solar system, the results were 339 m2 of solar collectors field and a 1630 m3 seasonal thermal storage tank. This system supplies the greenhouse for 50 kW power during 120 days a year. It would give an efficiency around 66%