Integração de sistemas híbridos fotovoltaico e biogás no planeamento energético em Cabo Verde: caso da ilha de Santiago

Abstract

A busca pela diversificação da matriz energética mundial tem se tornado cada vez mais necessária, sendo motivada por dois principais fatores. Primeiramente pelo atual panorama energético no qual, com a utilização dos recursos endógenos, diminui-se a importação de energia, os custos associados à importação, a dependência energética e aumenta a segurança energética do país. E ainda, pela utilização da energia limpa, em detrimento dos combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás) que ameaçam esgotar-se, reduz-se, de forma significativa, as emissões dos gases de efeito estufa, prejudiciais para as atividades económica, social e ambiental de uma nação, especialmente nos chamados Pequenos Estados Insulares em Desenvolvimento (PEID) dos quais Cabo Verde faz parte. Diante deste cenário, a energia solar fotovoltaica apresenta-se como uma tecnologia em constante avanço nos diversos países do mundo e sua integração com um sistema de geração a biogás pode tornar-se um sistema “off-grid” alternativo, confiável na resolução do problema da produção de energia descentralizada e sustentável para comunidades rurais e isoladas. Desta forma, o objetivo geral desta tese é prestar um contributo para uma melhor compreensão na diversificação das fontes energéticas alternativas, com a integração das tecnologias solar fotovoltaica e biogás no planeamento da matriz energética da Ilha de Santiago e/ou na produção energética descentralizada. Foram estabelecidos diversos cenários da evolução do sistema energético a longo prazo, isto é, até o horizonte de 2040, com vista a analisar o comportamento da evolução do sistema elétrico da Ilha de Santiago no que tange à procura energética final e ao consumo da energia final relativos a vários setores de atividade económica. Com base nos resultados, verifica-se que a tendência atual da evolução energética da Ilha é de uma crescente procura e deverá atingir, no cenário Eficiente (EFI), aproximadamente, 670 GWh, em 2040, ou seja, mais de três vezes superior ao ano base de 2017. Em relação aos aspetos ambientais, para uma produção total da energia renovável de 133,3 GWh em 2040, em detrimento da eletricidade de origem térmica, estima-se, no cenário Referência (REF), uma redução de 36.181,84 toneladas (t) nas emissões de CO₂eq. Em contrapartida, para os cenários Intermédio (INT) e EFI, as reduções serão estimadas na ordem de 63.889,8 e 147.558,0 tCO₂eq, respetivamente. Com o aproveitamento do potencial teórico do gás do Aterro Sanitário de Santiago proveniente da fração orgânica dos resíduos sólidos urbanos para a geração de energia elétrica, prevê-se, em relação à capacidade instalada, até 2040, uma taxa de crescimento médio anual (TCMA) de 9,0%, 34,5%, e 84,2 (contra 44,77%, 101,81% e 225,4% da capacidade solar PV), para os cenários REF, INT e EFI, respetivamente. Quanto à produção energética do recurso solar fotovoltaico, espera-se uma TCMA na ordem de 34,6%, 84,2% e 191,3% para os cenários REF, INF e EFI (contra 9,0%, 34,6% e 84,2% da produção energética através do biogás), respetivamente.

The search for diversification of the World energy matrix has become increasingly necessary, being motivated by two main factors. Firstly, by the current energetic scenario in which, using of endogenous resources, the energy imports, the costs associated with imports and the energy dependence are reduced, that is, it increases the energy security of the country. Moreover, by using clean energy, to the detriment of fossil fuels (coal, oil, and gas) that threaten to be exhausted which reduces greenhouse gas emissions that are detrimental to the economic, social, and environmental of a nation, especially in the so called Small Island Developing States (SIDS), which includes the Cabo Verde islands. Given this scenario, photovoltaic solar energy presents itself as a technology in constant advancement in several countries of the world and its integration with a biogas generation system can present itself as an alternative off-grid system, reliable in the resolution of the problem in the production of decentralized and sustainable energy for rural and isolated Cape Verdean communities. Thus, the general objective of this thesis is to analyze the integration of solar photovoltaic and biogas technologies in the planning of the Santiago’s Island energy matrix, establishing different scenarios of the evolution of the energy system in the long term, that is, until the 2040 horizon, in order to analyze the behavior of the evolution of energy system of Santiago’s Island as final energy demand and final energy consumption, of several sectors of economic activity. Based on the results, the current trend in the island's energy evolution is one of growing demand and should reach, in the Efficient (EFI) scenario, approximately 670 GWh, in 2040, which is more than three times higher than the base year of 2017. Regarding environmental aspects, for a total consumption of renewable energy of 133.3 GWh in 2040, in detriment of electricity of thermal origin, it is estimated, in the Reference scenario (REF), a reduction of 36,181.84 tons (t) in CO₂eq emissions. On the other hand, for the Intermediate (INT) and EFI scenarios, the reductions will be estimated at 63,889.8 and 147,558.0 tCO₂eq, respectively. With the use of the theoretical potential of the Santiago Landfill gas from organic fraction of solid municipal waste for electricity generation, an average annual growth rate (AARC) of 9.0%, 34.5%, and 84.2 (against 44.77%, 101.81% and 225.4% of the solar PV capacity), for the REF, INT and EFI scenarios, respectively, is predicted in relation to the installed capacity until 2040. Regarding the energy production from the solar PV resource, a TCMA of 34.6%, 84.2% and 191.3% is expected for the REF, INF and EFI scenarios (against 9.0%, 34.6% and 84.2% of the energy production through biogas), respectively.