POTENCIAL DE APROVEITAMENTO DE FONTES ALTERNATIVAS NO BRASIL

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1 POTENCIAL DE APROVEITAMENTO DE FONTES ALTERNATIVAS NO BRASIL Mauricio T. Tolmasquim CENERGIA COPPE Centro em Economia Energética e Ambiental Coordenaçã ção o de Pós-GraduaP Graduação o em Engenharia Da Universidade Federal do Rio de Janeiro Tolmasquim 1

2 Esta Palestra é baseada no artigo: Tolmasquim, M. T, Szklo,, A S, Soares, J. B (2002), POTENTIAL USE FOR ALTERNATIVE ENERGY SOURCES IN BRAZIL, Annual Petrobras Conference 2002, Oxford, Inglaterra. Tolmasquim 2

3 Emissões de CO - 2 Combustíveis Fósseis: F Brasil e Alguns Países Emergentes e da OCDE, 1995 Brasil Japão União EUA México Índia China Russia Europ. CO 2 e economia (kg CO 2 /US$ 90 PIB PPP ) 0,33 0,46 0,51 0,85 0,51 0,73 0,92 2,24 CO 2 per capita (t CO 2 /hab) 1,81 9,17 8,55 19,88 3,46 0,86 2,51 10,44 Total CO 2 (milhões de t CO 2 ) Emissões nos Transportes (milhões de t CO 2 ) Particip. dos Transportes ( % ) 41,5 21,9 26,0 30,2 30,8 13,9 5,6 7,0 Fonte: International Energy Agency, CO2 Emissions from Fossil Fuel Combustion: , OECD, Paris, 1997 Tolmasquim 3

4 Energia Elétrica Geração Elétrica contribui com 5% das emissões no Brasil OCDE 30% das emissões Supondo que o mix fosse 50% hidro,, 25% carvão e 25% témicas a gás - Emissão evitada: 30 milhões tc em 1996, - Cerca de 1/3 das emissões Tolmasquim 4

5 Álcool da Cana-de de-açúcar A produção e utilização de etanol combustível ou misturado a gasolina reduzem as emissões em 9 milhões tc. Final das década de 80, vendas de carros a álcool 90% do total parque: 5 milhões de veículos Final da década de 90 vendas: menos de 0,5%. Tolmasquim 5

6 Carvão Vegetal Evita um emissão de mais de 3 milhões tc de CO2 Tolmasquim 6

7 Duas alternativas se destacam no atendimento à crescente demanda de eletricidade brasileira 1. Hidroeletricidade - potencial de260 GW somente 25% está sendo utilizado Contudo: 10% 10% está localizado no NE do Brasil e 44% 44% no Norte. e Maiores Maiores centros consumidores estão o localizados nas regiões es Sul e Sudeste necessidade de instalaçã ção o de linhas de transmissão o de longa distância + Dilema: os beneficiados dos projetos Tolmasquim não n o são s o os mesmos que 7 sofrem os seus custos sociais

8 Duas alternativas se destacam no atendimento à crescente demanda de eletricidade brasileira 2. Termeletricidade a gás g s natural O governo brasileiro tentou incentivar o investimento privado em centrais termelétricas tricas : incentivariam a entrada do capital privado no setor funcionariam como consumo-âncora ncora para o gás g s importado da Bolívia. Contudo cláusulas take-or or-pay dos contratos de gás g disponibilidade de energia secundária de base hídricah Nos anos chuvosos teremos de pagar pelo gás g s sem consumi-lo Tolmasquim 8

9 Perspectivas para o uso de fontes alternativas de energia no Brasil

10 Pequenas Centrais Termelétricas (PCHs( PCHs) Definiçã ção:1 a 30 MW + área do reservatório rio igual ou menor que 3 km 2. filosofia de implantaçã ção, baseada no uso de quedas naturais, em alguns casos, com pequenos reservatórios rios menor risco Custo estimado de construçã ção- US$ 1,000/kW Potencial Técnico: 7 14 GW Tolmasquim 10

11 Pequenas Centrais Termelétricas (PCHs( PCHs) Em 1998, existiam: 140 PCHs, totalizando 775 MW instalados. Em 2001, existiam: 864 MW instalado, equivalentes a 1.1% do total da capacidade instalada de geraçã ção o no Brasil, Refletindo um aumento anual médio m modesto de apenas 30 MW. Tolmasquim 11

12 PequenasCentrais Termelétricas Programa PCH-CO CO M Financiado pelo BNDES Lançado ado em fevereiro de 2001 Compra da energia gerada pela PCH a um valor igual a 80% do VN. A meta: a compra de 1.2 GW de 2001 a Tolmasquim 12

13 PequenasCentrais Termelétricas Programa PCH-CO CO M -Problemas O número de investidores atraídos por este programa é ainda muito baixo: até o momento, apenas 100 MW de capacidade instalada deram pedido de entrada dentro do programa, ou seja, ¼ do inicialmente previsto Principais Barreiras: preço de compra da eletricidade pela Eletrobrás é apontado como pouco atrativo burocracia na concessão de licenças ambientais Tolmasquim 13

14 Álcool O Programa Nacional do Álcool. maior programa de combustíveis líquidos alternativos do mundo impulsionado a partir dos choques do petróleo ocorridos na década de 70 e também como forma de resolver o problema da flutuação de preços do açúcar no mercado internacional Benefícos Sociais abatimento de emissões de CO 2, resultando em emissões líquidas negativas melhoria na qualidade do ar em relação às emissões de CO, hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio, havendo, porém, um aumento das emissões de aldeídos Tolmasquim 14

15 Benefícios Sociais (emprego) Álcool cerca 3% do número total de pessoas envolvidas no setor agricola of the total number of people involved in Brazil's agricultural sector (cerca 800,000 empregos). 200,000 empregos na fase de industrialização da cana e 700,000 empregos diretos. a produção de álcool gera 152 postos de trabalho, para cada posto equivalente gerado na indústria de petróleo. Alcool -US$ /emprego contra US$ /emprego para o conjunto dos demais setores produtivo Tolmasquim 15

16 Benefícios Econômicos Álcool Economia de divisas e aumento da competitividade da indústria sucro-alcooleira em âmbito internacional Controle de dívida d externa Em 1996, enquanto os subsídios ao álcool foram de US$ 2 bilhões, a economia de divisas proporcionada pelo programa foi de US$ 4,9 bilhões Assumindo-se se 40% de importaçã ção o de petróleo consumido no país a a substituiçã ção o da gasolina entre proporcionou ao país economizar US$ 33 bilhões Tolmasquim (em US$ de 1996), ou US$ bilhões, incluindo correçã ção o destes valores

17 Álcool Atualmente, o emprego do álcool automotivo ocorre principalmente como aditivo à gasolina (24%v.v.) A outra alternativa, que é o uso do etanol hidratado em motores exclusivamente a álcool, perdeu força nos últimos anos os carros novos movidos a álcool chegaram a participar em 96% Fim dos anos 90 contava com menos de 0.5% da venda de carros novos. Principal razão: falta de confiança elevação dos preços do açúcar no mercado internacional, levando os produtores brasileiros a priorizar a produção de açúcar em detrimento do etanol Tolmasquim 17 necessidade de importar etanol/metanol para suprir a demanda

18 Bagaço Além da produção de etanol para uso automotivo, há também o aproveitamento do bagaço e outros resíduos para geração de eletricidade, como sub-produto do próprio PRÓ-ÁLCOOL Tabela 1: Produção de resíduos na indústria sucro-alcooleira brasileira em Tipo de resíduo Milhões de toneladas Resíduos de palha deixados na lavoura 39,4 Resíduo de palha queimado na lavoura 48,3 Resíduos de bagaço queimado em caldeiras 66,7 Total 115,0 Nota: considerando 55% de colheita mecanizada e 45% de colheita manual e 95% do resíduo de bagaço sendo utilizado nas caldeiras. Fator de formação de bagaço: 0,26 ton de resíduo seco/ton de cana-de-açúcar. Fonte: FIESP/CIESP (2001) Tolmasquim 18

19 Bagaço Estes resíduos podem ser utilizados em plantas de cogeração Barreiras relacionadas com a venda do excedente de eletricidade e a preponderancia de hidroeletricidade no Brasil Não encorajou o uso otimizado do bagaço de cana na geração de eletricidade a maioria das unidades do setor sucro-alcooleiro brasileiro está equipada com caldeiras de pequeno porte e turbogeradores que geram entre kwh/tonelada de cana, quantidade suficiente apenas para o auto-abastecimento da empresa sucro-alcooleira Tolmasquim 19

20 Bagaço Existe potencial de aumento dos níveis de produção de eletricidade através de três alternativas tecnológica; Eficientização do ciclo tradicional de contrapressão, pela substituição das unidades de geração de vapor por outras de maior porte, e substituição de turbinas de simples estágio por de múltiplos estágios - (14-44 kwh/tonelada de cana) Uso de turbinas a vapor de condensação/extração (CEST): - ( kwh/ton de cana); Uso de ciclos de geração integrados de gaseificação da biomassa (200 kwh/ton de cana) Tolmasquim 20

21 Bagaço Tabela 1: Potencial de cogeração no setor sucro-alcooleiro do Brasil em função da tecnologia. Método de colheita Potencial (MW) Ciclo Contrapressão atual Contrapressão eficientizado Ciclo de condensação e extração Gaseificação da biomassa e ciclo Fonte: Tolmasquim & Neto (2002) Sem recuperação Com recuperação Sem recuperação Com recuperação Sem recuperação Com recuperação Sem recuperação combinado Com recuperação Nota: o método sem recuperação corresponde àquele em que apenas o bagaço é utilizado, sendo produzido na quantidade de 270 kg bagaço/tonelada de cana, enquanto que no método com recuperação, a colheita é mecanizada e utilizam-se palhas e pontas, disponibilizando 390 kg biomassa/tonelada de cana. Tolmasquim 21

22 Bagaço Tabela 4: Comparação de custos de tecnologia de cogeração no setor sucro-alcooleiro. Alternativa tecnológica Custo (US$/kW) Eficientização de ciclo de contrapressão CEST Gaseificação da biomassa e ciclo combinado Fonte: Neto (2001) Tolmasquim 22

23 Uso de resíduos urbanos para geraçã ção o de eletricidade Brasil gera cerca de 20 Mt de residuos sólidos a cada ano Potencial de geração de eletricidade de aproximadamente 25,000 GWh. Benefícios Ambientais: permitem reduzir os custos com disposição em aterros sanitários, reduzem a emissão de GEE; vulnerabilidade do país quanto ao abastecimento de combustíveis Benefícios Estratégicos: contribuem para reduzir a fósseis Benefícios Sociais e Econômicos:a instalação de usinas térmicas movidas a partir da queima de resíduos urbanos constitui também fonte de renda à população de baixo nível de Tolmasquim 23 qualificação profissional.

24 Uso de resíduos urbanos para geraçã ção o de eletricidade Tabela 1: Atratividade de tecnologias para geração de eletricidade a partir de resíduos. Item Coleta simples de Digestão acelerada Pré-hidrólise biogás Investimento (US$/kW) Vida útil (anos) Prazo de instalação (meses) Emissões evitadas (t 6,3 6,3 1,5 CO2/MWh) Potencial brasileiro (MW) Custo de geração (US$/MWh) 44,69 43,03 28,77 Custo de O&M (US$/MWh) 7,13 10,70 5,99 Nota: valores desconsideram a incidência de impostos. Os potenciais de coleta simples e digestão acelerada são mutuamente excludentes. Desta forma o potencial total de geração de eletricidade a partir de resíduos varia entre 3235 e 3503 MW. Fonte: Oliveira (2002) Tolmasquim 24

25 Energia EólicaE Dois Problemas Básicos: 1) Baixa densidade energética dos ventos necessidade de se interceptar uma grande área de corrente de ar para que se possa captar uma quantidade razoável de energia disponível 2) A natureza intermitente dos ventos baixo fator de capacidade das centrais eólicas Custo de instalação das fazendas de vento: de US$ 900 US$ 1,400 / kw para fazendas instaladas, e US$ 760 1,000 / kw para a próxima geração de turbinas Mudança das dimensões: no final de 1989, turbina eólica de 300 kw com rotor de 30-m era o estado da arte. Apenas 10 anos após, turbinas de1500 kw com rotor de cerca de 70 m são disponíveis por vários fábricantes many São considerados competitivos os aproveitamentos eólicos em regiões com regime de vento superior a 6,7 m/s, onde os custos de geração estão na Tolmasquim 25 faixa de 40 a 50 US$/MWh

26 Brazilian Wind Energy Atlas Preliminary Version 2001 Tolmasquim 26 Fonte: cresesb.cepel cepel.br

27 Energia EólicaE Tabela 7: Estimativa do Potencial de Aproveitamento de Energia Eólica. Potência (MW) Geração (TWh/ano) Fator de Capacidade (%) Norte 12,84 26,45 24% Nordeste 75,05 144,29 22% Centro-Oeste 3,08 5,42 20% Sudeste 29,74 54,93 21% Sul 22,76 41,11 21% Brasil 143,47 272,2 22% Fonte: MME/ELETROBRÁS/CEPEL (2001) Tolmasquim 27

28 Energia EólicaE Inicio de 2001: Criaçã ção o do Programa Emergencial de Energia Eólica E PROEÓLICA Objetivo: Implantar 1050 MW de energia eólica e até dezembro de Eletrobras deve contratar direta ou indiretamente, através s de suas companhias controladas, a compra de energia energia eólica e por um período de 15 anos até o limite de 1050 MW. Valor da compra igual a VN Em 2001: VN R$ 112/MWh Problema: Ao contrário rio de países como a Alemanha foi estabelecido um teto para a entrada da eólica e (1050 MW) Tolmasquim 28

29 Energia Eólica, E Biomassa e PCH Abril de 2002: criação do PROINFRA Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica. Objetivo: aumentar a participaçã ção o das fontes eólica, e biomassa e pequenas centrais hidrelétricas no suprimento ao sistema interligado brasileiro produzida por PIAs. PIA -Empresa cujo controle acionário não n o pertence a qualquer concessionária de geraçã ção, transmissão o ou distribuiçã ção. Fabricantes de equipamentos de geraçã ção o poderão o participar do capital do PIA, desde que o índice de nacionalizaçã ção o dos equipamentos seja de no mínimo m 50%. Tolmasquim 29

30 Programa de Incentivo às s Fontes Alternativas de Energia Elétrica PROINFA Primeira Fase Acrescentará,, em 24 meses, MW ao sistema, através de contratos firmados, preferencialmente, entre a Eletrobrás s e os PIAs Assegura a compra de energia no prazo de 15 anos a partir da data de entrada em operaçã ção Os MW contratados deverão o ser distribuídos dos igualmente entre as três s fontes. A aquisiçã ção o será pelo valor econômico de cada fonte (à( ser determinado pelo poder Executivo). Piso 80% da tarifa média m nacional de fornecimento ao consumidor final Tolmasquim 30

31 Programa de Incentivo às s Fontes Alternativas de Energia Elétrica PROINFA Primeira Fase O valor pago pela energia elétrica será rateado entre todas as classes de consumidores finais Será dado prioridade para a contrataçã ção o das instalaçõ ções que já tiverem a Licença a Ambiental Dúvidas: Os projetos hoje enquadrados dentro do Proeólica poderão o ser habilitados para o Proinfra? Existem hoje cerca de 53 projetos correspondendo a uma potencia de 4165 MW em consideraçã ção o pela ANEEL Eles poderão o ser habilitar ao PROINFRA? Tolmasquim 31

32 Programa de Incentivo às s Fontes Alternativas de Energia Elétrica PROINFA Segunda Fase visa garantir que, ao cabo de 20 anos, as fontes eólica, e biomassa e pequenas centrais hidrelétricas atendam a 10% do consumo anual de energia elétrica do Brasil. Os contratos serão o feitos com a Eletrobrás s por 15 anos e, responderão o por, no mínimo, m 15% do incremento anual do mercado brasileiro de energia elétrica. Preço o dos contratos =equivalente ao valor econômico correspondente = custo médio m ponderado da geraçã ção o de novos aproveitamentos hidraulicos e centrais termelétricas tricas a gás g s natural. O produtor fará jus a um crédito complementar a ser pago pela Conta de Desenvolvimento Energético CDE. Valor do crédito complementar: valor econômico da fonte valor recebido da Eletrobras. Tolmasquim 32

33 Solar Fotovoltaico Custos de Instalação = US$7,000/kW, atingindo US$9,000 12,000/kW, quando são considerados os custos das trocas de baterias ao longo da vida útil da instalação Opção convencional: soluções dispendiosas como a extensão da rede elétrica tradicional para um baixo número de consumidores dispersos ou o transporte de combustível para uso em geradores autônomos de comunidades isoladas a geração de energia elétrica em pequenos blocos para atendimento de comunidades isoladas tem sido a vocação natural das células fotovoltaicas Tolmasquim 33

34 Solar Fotovoltaico Programas Programa Luz no Campo (desde 1999) objetiva a eletrificação, em 3 anos, de 1 milhão de domicílios e propriedade rurais Cerca de 25% dos domicílios rurais brasileiros não dispunham de iluminação elétrica, quando se criou o Programa Os recursos deste programa provêm da Reserva Global de Reversão, financiando-se, a fundo perdido, até 75% do custo total do projeto proposto, com juros de 5%ªa Em 2000, o valor global gasto no programa atingiu cerca de R$ 2 bilhões, resultando na ligação de consumidores à rede No entanto, a eletrificação rural no Brasil tem privilegiado, sobretudo, a extensão da rede ou a instalação de grupos Tolmasquim 34 geradores a óleo diesel

35 Solar Fotovoltaico Programas Solar Programa de Desenvolvimento Energético de Estados e Municípios (PRODEEM) (desde 1995) No âmbito deste programa, o custo total de instalação de um sistema fotovoltaico foi de cerca de 20 US$/Wp Isto resulta num custo de geração de cerca de 370 US$/MWh, incluindo-se os impostos e os custos de reposição Até 2001, este programa instalou sistemas com potência média igual a 535 Wp comunidades em localidades remotas, o que representaria um potencial instalado de sistemas de geração fotovoltaica da ordem Como meta, o PRODEEM planeja atender de 35 MW Tolmasquim 35

36 Solar PV A dispersão dos consumidores e seu consumo real são elementos-chave na definição da alternativa de menor custo para atendimento das demandas energéticas de comunidades isoladas Adotando a configuração de consumidores eqüidistantes, este autor observou que: Para um cenário conservador, os sistemas fotovoltaicos apresentam sempre um nicho de mercado nas condições de baixa concentração de consumidores i.e., densidades abaixo de 10 consumidores/km 2. Quando o número de consumidores da comunidade é inferior a 30, a densidade limite para a escolha dos sistemas fotovoltaicos é igual a 20 consumidores/km 2. Tolmasquim 36

37 Conclusões Tabela 1: Perspectivas de uso de fontes alternativas no Brasil. PCH Bagaço de cana-deaçúcar Situação Atual Potencial/Perspectivas Potencial entre e MW. Os programas PCH-COM e PCH-MG têm, respectivamente, metas de MW e 400 MW, em 3 anos. Em 2001, potencial técnico com ciclo CEST: 4480 MW; potencial técnico com ciclo com gaseificação de biomassa: MW (1) Capacidade Instalada de 864 MW, capacidade em construção de 463 MW e em outorga de 1088 MW. Autoprodução de energia no setor sucroalcooleiro, com uso de equipamentos de baixa eficiência (turbinas a vapor de contrapressão), que geram entre 10 e 20 kwh/t de cana-deaçúcar. Álcool etílico Aditivo à gasolina em teor de 24% v/v Aumento da produção de carros movidos exclusivamente a álcool e adição de álcool anidro ao diesel Geração com resíduos Uso desprezível na geração de energia elétrica. Em 2002, o potencial total de geração varia entre e MW. Eólica Capacidade atualmente instalada de 20,3 MW e autorização da instalação de 3.319,48 MW adicionais Solar Fotovoltaico Solar Térmico Capacidade instalada estimada de 1 MW, através do PRODEEM (4) Uso ainda pouco disseminado no país, observando-se casos isolados no uso deste sistema Potencial técnico de geração de MW (NE: 52%; SE: 21%; S: 16%, N: 9%; CO: 2%) (3) Instalação de sistemas fotovoltaicos em regiões de baixa concentração de consumidores, onde estes sistemas encontram melhores nichos de mercado. O PRODEEM tem como meta atingir comunidades isoladas, o que representa cerca de 35 MW de painéis fotovoltaicos. O aumento do imposto aplicado aos chuveiros elétricos de mais de 4 kw deve aumentar competitividade dos coletores solares Tolmasquim 37

38 Conclusões Em linhas gerais, três são os principais papéis das fontes alternativas de energia no país: Diversificação da matriz energética, não apenas a fim de aumentar a confiabilidade da oferta interna de energia, mas também como forma de implementar alternativas de suprimento que dinamizam as potencialidades de cada região Universalização do acesso aos serviços energéticos: parcela importante da população brasileira não é atendida pela rede de energia elétrica Manutenção do perfil renovável da matriz energética brasileira Tolmasquim 38