OTIMIZAÇÃO ENERGÉTICA NA CETREL: DIAGNÓSTICO, IMPLEMENTAÇÃO E AVALIAÇÃO DE GANHOS

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1 STC/ à 22 de ouubro de 1999 Foz do Iguaçu Paraná - Brasil SESSÃO TÉCNICA ESPECIAL CONSERVAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA (STC) OTIMIZAÇÃO ENERGÉTICA NA CETREL: DIAGNÓSTICO, IMPLEMENTAÇÃO E AVALIAÇÃO DE GANHOS George Alves Soares * Marcio J.T.M. Pereira Marcio Americo Robero W.L. Pereira Luiz Carlos Ribeiro Alex Jean de Casro Mello Ivo Ricardo Wanderley CEPEL FURNAS CETREL RESUMO Ese arigo aborda o rabalho de oimização energéica na CETREL, uma empresa de raameno de efluenes indusriais do Pólo Peroquímico de Camaçari. Esa empresa é reconhecida inernacionalmene pela qualidade de seus serviços, sendo a primeira no mundo, em sua caegoria, a receber a cerificação ISO Em dezembro de 1996, FURNAS e CEPEL efeuaram o diagnósico energéico inicial que esimou um ganho poencial de cerca de 6,21%. A empresa diagnosicada enendendo a imporância do rabalho, conraou FURNAS e CEPEL para a implemenação das ações écnicas e educacionais, com a medição dos ganhos a serem obidos. A oimização começou em maio de 1997 e deve se esender aé meados de A oimização é composa de uma série de eapas, englobando especificações écnicas de equipamenos, memorial descriivo das alerações das insalações, avaliação das proposas de compra, comissionameno dos equipamenos, eses em equipamenos, implanação do plano educacional, enre ouras. Uma das inovações dese rabalho foi a meodologia de avaliação de resulados. Esa meodologia uiliza figuras de mério do desempenho para ober os ganhos de energia com a implemenação das ações. A primeira avaliação dos ganhos obidos indicou uma redução de consumo de 10,85%. A economia nos gasos com elericidade propiciou uma amorização de 43,07% do capial invesido, aponando para um empo de reorno do invesimeno de cerca de 14 meses. Ese rabalho ganhou o prêmio TOP ECOLOGIA 1997 conferido pela Associação de Dirigenes de Vendas e Markeing do Brasil. PALAVRAS-CHAVE Conservação de Energia - Oimização Energéica - Indúsria - Economia de Energia INTRODUÇÃO CEPEL e FURNAS vêm se dedicando ao desenvolvimeno de uma série de ações que promovam o combae ao desperdício nos seores residencial, comercial e indusrial. Como o seor indusrial brasileiro é responsável por cerca de 50% do consumo oal de energia elérica do país, diversas ações foram realizadas nese seor. Enre esas, desacam-se os diagnósicos e as oimizações energéicas que se mosram basane eficazes. Os diagnósicos visam a idenificação de possíveis ganhos de economia de energia e geram como produo uma série de recomendações com os seus ganhos financeiros associados. A oimização energéica aprofunda os diagnósicos, validando as ações recomendadas, implemenando-as e acompanhando os seus ganhos. Além diso, em alguns casos, campanhas de conscienização com os funcionários são planejadas e realizadas com o inuio da conscienização dos empregados, permiindo a manuenção da operação eficiene do sisema. Esse arigo apresena odas as eapas da oimização energéica realizada. A CETREL é uma empresa de proeção ambienal localizada no Pólo Peroquímico de Camaçari - Bahia. Sua função principal é raar os efluenes e resíduos gerados pelas indúsrias do Pólo, sendo que hoje a empresa foi assumindo novas funções, como processameno e disposição final de resíduos sólidos perigosos; possui uma unidade de incineração de resíduos líquidos; opera um sisema * Cenro de Pesquisas de Energia Elérica - CEPEL Av. Hum s/n o - Ilha da Cidade Universiária Rio de Janeiro - RJ - Brasil Tel: (021) Fax: (021) soares@fund.cepel.br

2 2 de disposição oceânica (composo por um emissário erresre e um emissário submarino); e é responsável pelas aividades de moniorameno ambienal do Pólo e oda sua área de influência. A CETREL é reconhecida inernacionalmene pela qualidade de seus serviços, possuindo cerificação pela BS 7750 (norma briânica) e pela ISO 14001, endo sido a primeira no mundo na área de raameno de efluenes e resíduos indusriais a ober a cerificação ambienal ETAPAS DO PROCESSO DE OTIMIZAÇÃO ENERGÉTICA O rabalho de oimização energéica foi desenvolvido na CETREL seguindo as seguines eapas: Diagnósico Energéico Implemenação das Medidas Medição dos Ganhos e Acompanhameno Diagnósico energéico A seguir é apresenada a meodologia usada no diagnósico energéico, bem como os resulados alcançados Parâmeros usados na análise O diagnósico energéico foi subdividido em cinco sisemas, a saber, sisema de iluminação, moores eléricos, ransformadores, ciclo de operação e análise arifária. A análise dos sisemas foi realizada usando os seguines parâmeros básicos, descrios a seguir: Sisema de iluminação - O sisema de iluminação insalado apresenava um grande número de equipamenos de baixa eficiência do pono de visa energéico, ais como: reaores eleromagnéicos, lâmpadas incandescenes, misas, fluorescenes de 20 e 40 W, e de vapor de mercúrio, luminárias não reflexivas com difusores ou aleas. Os equipamenos de maior eficiência sugeridos para a subsiuição foram os seguines: reaores elerônicos, lâmpadas fluorescenes compacas, fluorescenes econômicas, de vapor de sódio, luminárias reflexivas. Além da roca de equipamenos, recomendou-se a pinura de eos e paredes com cores claras, que pode proporcionar um ganho de aé 10% no índice de iluminameno do local. Moores Eléricos - Os moores eléricos insalados na plana eram na sua maioria do ipo de indução rifásico padrão. Esses moores geralmene apresenam rendimenos da ordem de 87%, sendo que nos de menores poência, esse rendimeno pode aingir valores bem inferiores. Esses moores foram analisados de várias formas: Quano ao seu dimensionameno - Foram realizadas medições de ensão, correne, poência e velocidade de cada moor. Com esses parâmeros foi possível avaliar qual os níveis de carga. Moores que funcionam com baixo carregameno apresenam um rendimeno muio abaixo do nominal. Quano ao méodo de parida - Foi verificada a possibilidade de alguns moores que acionam carga cenrífugas operarem coninuamene com o ap reduzido do auoransformador de parida. Essa medida proporcionaria uma economia de energia sem a necessidade de invesimeno adicional. Foi esudada ambém a viabilidade de uso de sof-sarer para reduzir a correne de paridas de alguns moores. Quano ao acoplameno - O uso de acoplamenos mais eficienes, ais como correias síncronas e engrenagens helicoidais, poderiam ser uilizados em subsiuição aos acoplamenos radicionais, melhorando muio o desempenho do conjuno moor/carga. Possibilidade de roca por moores de alo rendimeno - Foi esudada a possibilidade de roca dos moores padrão exisenes por moores de alo rendimeno, indicando para isso o invesimeno necessário e o respecivo prazo de reorno. Insalação de acionamenos elerônicos - A insalação desse ipo de equipameno possibilia o conrole de velocidade dos moores que acionam cargas cenrífugas (bombas, veniladores e compressores). Com isso, o conrole de vazão por meio de válvula de esrangulameno pode ser subsiuído pelo conrole de velocidade, eliminando-se ambém as perdas de energia na válvula. Transformadores - Verificou-se a possibilidade de desligameno de ransformadores operando com baixa carga, ransferindo-a para ouro ransformador. A economia de energia é proveniene da eliminação das perdas a vazio do ransformador a ser desligado. Além disso, exisiu a possibilidade de eliminação de alguns conraos de fornecimeno de energia elérica mediane o desligameno definiivo de subesações ineiras. Ciclo de Operação - Essa análise eve como objeivo verificar a possibilidade de aleração do horário de funcionameno de alguns equipamenos, irando-os do horário de pona, ou ainda uilizar geradores diesel já exisenes em subsiuição ao sisema COELBA nesse mesmo período. Análise Tarifária - Os conraos de fornecimeno de energia elérica foram analisados levando-se em cona odas as arifas passíveis de serem aplicadas à empresa (azul, verde, convencional). Numa primeira eapa, foi considerada apenas o esado aual de operação. A eapa seguine consisiu de novas simulações levando-se em

3 3 consideração as possíveis mudanças no regime de operação das unidades e as medidas de conservação de energia a serem implemenadas Análise écnica e econômica Sisema de Iluminação - A poência oal do sisema de iluminação era de 333 kw. Após a roca dos equipamenos, a poência insalada seria reduzida em 49%, represenando uma economia de energia de 591 MWh/ano. O reorno de invesimeno para esse sisema fica próximo de 22 meses. Moores Eléricos - Exisem cerca de 200 moores insalados na plana, sendo a grande maioria do ipo padrão. A análise da possibilidade de subsiuição dos moores foi realizada de duas maneiras. A primeira, chamada de roca imediaa, significa a roca do equipameno em uso, mesmo em condições aceiáveis de operação, por ouro melhor dimensionado e/ou mais eficiene. Nesse caso, o invesimeno necessário seria equivalene ao preço oal do moor de alo rendimeno. Denro dessa óica, apenas 59 moores apresenaram vanagens na roca por moores de alo rendimeno. Os resulados das simulações indicaram uma economia de energia de aproximadamene 650 MWh/ano e um invesimeno de R$ ,00, com empo de reorno médio de 36 meses. O ermo subsiuição gradual foi usado para a segunda forma de análise, empregado quando da necessidade de reposição de equipamenos obsoleos, ou seja, que forem queimando ou que esejam no final da sua vida úil. Nesse caso, o invesimeno necessário represena apenas a diferença de preço enre o moor padrão e o de alo rendimeno. O número de moores que apresenou vanagens nesse caso chegou a 131. A economia de energia possível ainge o valor de MWh/ano com um invesimeno de R$ ,00, com prazo médio de reorno de aproximadamene 15 meses. Em relação ao uso de acionameno elerônico, apenas 2(dois) moores apresenaram vanagens econômicas para a sua insalação. Apesar do número pequeno de ponos de insalação, o acionameno elerônico proporcionou uma economia de energia significaiva em relação as ouras opções sugeridas, chegando a 956 MWh/ano, com invesimeno de R$ ,00 e o empo de reorno de 12 meses. Transformadores - Foi verificada a possibilidade de ransferência de carga de um ransformador de 2 MVA, resulando no seu desligameno. Essa medida possibiliaria uma economia de energia da ordem de kwh/ano, o que corresponde a uma redução de R$ 2.900,00 por ano. O desligameno de uma subesação ineira ambém seria possível, ransferindo sua carga para a subesação principal, a qual apresenava uma folga no seu carregameno. Essa folga aconeceu devido à decisão de não realização das expansões previsas. Essa medida pode fornecer uma economia de R$ 3.400,00 por ano, pelo fao de que a subesação a ser desligada é aendida num nível de ensão de 13,8 kv, enquano que a subesação principal é aendida em 34,5 kv. O cuso da energia em cada nível de ensão é de R$ 36,72/MWh e R$ 15,352/MWh, respecivamene. Ciclo de Operação - Aravés da análise de dados hisóricos da operação, foi possível raçar o perfil de funcionameno de uma unidade da empresa. Esse perfil mosrou que as bombas permaneciam ligadas por 1 hora e meia em média durane o horário de pona. A sugesão da aleração do ciclo de operação dessa unidade possibiliaria o seu desligameno nesse período, o que proporciona uma economia de R$ ,00 por ano. Oura unidade já possui um grupo gerador diesel insalado, equipameno esse não uilizado pela operação. A simples mudança no procedimeno operacional, permiindo o seu funcionameno no horário de pona, possibiliaria uma economia de R$ 6.900,00 por ano. Análise Tarifária - Após a implemenação de odas as medidas de economia de energia sugeridas e confirmados os índices enconrados nas simulações, será possível alerar a resruuração arifária aual, reconraando demanda e/ou mudando o ipo de arifa horo-sazonal. Essas mudanças poderão proporcionar uma redução nos cusos com energia elérica da ordem de R$ ,00 por ano. Em algumas unidades da empresa, a redução nos cusos de energia elérica pode chegar a 40% Conclusões do diagnósico energéico O resulado do diagnósico indicou que a economia de energia seria próxima a 3,03 GWh/ano, o que represena 6,21% do consumo oal da empresa. O invesimeno oal necessário é de R$ ,00, com um empo médio de reorno de 12 meses. A figura 1 mosra a conribuição de cada sisema na economia de energia oal. 43% 20% 6% 31% Acion.Ele. Moores Ilumin. Ouros FIGURA 1 - CONTRIBUIÇÃO NA ECONOMIA DE ENERGIA

4 4 A figura 2 apresena a conribuição de cada medida em ermos de economia em reais. 10% 14% 11% 1% 64% Anál.Tarif. Acion.Ele. Moores Ouros Ilumin. FIGURA 2 - CONTRIBUIÇÃO NA ECONOMIA EM REAIS Implemenação das medidas De posse dos resulados do diagnósico energéico, a CETREL decidiu implemenar pare das medidas sugeridas. As eapas dessa implemenação são descria a seguir. Moniorameno do esado aual - Consa do moniorameno remoo de alguns ponos previamene escolhidos com o objeivo de verificar ciclos de carga e colear dados sobre o consumo aual para fuura comparação com os parâmeros de desempenho após as ações de oimização. Especificação dos equipamenos - Nessa eapa foram preparadas as especificações de odos os equipamenos eficienes que serão liciados, visando as subsiuições recomendadas no diagnósico energéico. Foram elaboradas rês especificações disinas: sisema de iluminação, moores de alo rendimeno e acionamenos elerônicos. A grande dificuldade enconrada refere-se as especificações de alguns dos novos moores eléricos de alo rendimeno. Alguns moores insalados são muio anigos e foram consruídos em carcaça NEMA, diferene do padrão de carcaça ABNT aualmene em vigor. A roca desse moores anigos por moores de alo rendimeno implicou em adapações mecânicas de base, flange e acoplameno, ornado as especificações em quesão mais complexas. Memorial descriivo - Consisiu da elaboração de um memorial descriivo dealhando as alerações que foram implemenadas nas insalações objeo do projeo de oimização, visando possibiliar a conraação de um projeo execuivo de dealhameno da insalação de equipamenos. Análise das proposas - Assessorameno no diligenciameno e na análise das proposas de fornecimeno dos equipamenos para assegurar soluções que aendiam aos melhores ineresses da empresa. Assessorameno écnico - Acompanhameno dos fornecimenos cobrindo a análise da documenação écnica dos fornecimenos, que visou garanir que os produos a serem fornecidos saisfaziam aos requisios esabelecidos nas especificações écnicas. Esa fase se esendeu aé depois da fase de monagem com o acompanhameno de ensaios nas fábricas quano o desempenho esperado não foi alcançado. Ese assessorameno garaniu que um dos moores de alo rendimeno que apresenava ala correne nominal, influenciando nos criérios de proeção, ivesse seu projeo modificado pelo fabricane como resulado das discussões e eses em campo. Monagem - Acompanhameno da monagem de equipamenos para assegurar que a insalação dos mesmos fosse realizada de forma a garanir a qualidade dos serviços associados Programa educacional - Teve como objeivo o desenvolvimeno de uma campanha de conscienização visando o combae ao desperdício de energia elérica, dirigida aos empregados e às comunidades sob influência das insalações da empresa Medição dos ganhos e acompanhameno A apuração dos resulados envolveu a deerminação de figuras de mério para os desempenhos energéico e econômico-financeiro do projeo. Para avaliação do desempenho energéico das insalações serão compuados os consumos específicos e incremenal, além da economia de energia. Para avaliação do desempenho econômico-financeiro do projeo serão calculadas as reduções de gasos com energia elérica e redução dos cusos de subsiuição, a relação economia/invesimeno, a axa de reorno ajusada e o empo desconado. Para a deerminação das figuras de mério foram usados para cada unidade da CETREL os seguines dados: Dados mensais de consumo de energia elérica Dados mensais da produção Invesimenos realizados em cada mês Consumo específico (ε) Traa-se de uma indicação insanânea do desempenho energéico da insalação, não se presando, porano, para inferições abrangenes. Para o período durane o qual não foram promovidas alerações significaivas nas práicas operacionais e na esruura das insalações,

5 5 o consumo específico enderá a se maner consane. A parir do insane em que se passou a adoar práicas operacionais mais racionais ou se inroduzir equipamenos mais eficienes, o consumo específico enderá a decrescer. O consumo específico (ε) é dado pela fórmula: E ε = Π Onde : E - consumo global de energia elérica da unidade no período em análise Π - produção da unidade no período em análise Consumo incremenal (ξ) Faz-se o ajuse polinomial das curvas consumo x produção para cada unidade, obendo-se as funções maemáicas que relacionam essas duas variáveis. Derivando-se essas expressões, serão obidos os consumos incremenais das áreas sob análise. Esa figura de mério indica o quano se eleva o consumo de energia elérica para uma unidade de aumeno na produção. Comparando-se o consumo incremenal ao longo do ano base (anes da oimização) com os anos seguines, pode-se er uma visão clara da endência do consumo das insalações. No período durane o qual não foram promovidas alerações significaivas nas práicas operacionais e na esruura das insalações, a curva de consumo x produção se apresenará como uma rea. O consumo incremenal indicará a inclinação da rea, endendo a se maner consane, e se confundirá com o consumo específico. A parir do insane em que se passou a adoar práicas operacionais mais racionais ou se inroduziu equipamenos mais eficienes, o consumo incremenal enderá a decrescer Economia de energia ( E) A economia de energia mensal é calculada pela seguine equação: E ( ε ε ) Π = ANO _BASE AA Onde: ε ANO_BASE - consumo específico do mês no ano base ε AA - consumo específico do mês em análise Π - produção da unidade no período em análise Redução dos gasos com energia elérica ( C) Para se ober a redução dos gasos com energia elérica foram calculadas as reduções mensais em cada uma das unidades sob avaliação ( C), as quais foram obidas pelo produo da economia de energia pelo cuso uniário da energia elérica. C = E τ Onde: τ - cuso uniário da energia elérica Redução dos cusos de subsiuição ( Subs) Com a inrodução de equipamenos mais eficienes, haverá, além da redução do consumo, uma redução nos cusos de subsiuição em função da maior vida úil desses equipamenos Relação economia/invesimeno (REI) Essa figura de mério expressa a razão enre o valor presene da economia em cusos fuuros e o invesimeno inicial. A REI é dada pela seguine expressão: C + Subs + Re s REI = I Onde: C - redução nos cusos de energia elérica Subs - redução nos cusos de subsiuição Res - diferencial nos valores de alienação e resíduos Taxa inerna de reorno ajusada (TIRA) A axa inerna de reorno ajusada expressa a percenagem do invesimeno que reornará anualmene, considerando que as economias serão reinvesidas aé o final do período de esudo à mesma axa - d - definida para os ajusamenos e desconos dos valores moneários do projeo. TIRA = n ( 1 + d ) REI Tempo de reorno desconado (TRD) O empo de reorno simples (payback simples) não é uma figura de mério consisene com a análise de cusos de vida úil porque ignora odos os cusos e economias que ocorrerão após o empo de reorno er sido aingido.

6 6 Enreano, será compuado o empo de reorno desconado (TRD) que é uma medida de desempenho mais aceiável que o empo de reorno simples, porque considera a influência do empo no valor do dinheiro. O empo de reorno desconado é aquele que saisfaz a seguine equação: TRD = 1 C + Subs ( 1 + d ) + Re s RESULTADOS OBTIDOS I Serão apresenados a seguir os resulados relaivos ao período de janeiro a junho de O cuso da energia elérica considerado na análise inclui odas as variáveis de consumo arifadas pela concessionária, e exclui serviços evenuais e convênio de iluminação pública com a prefeiura. Foram objeo da apuração de resulados 2(duas) unidades principais da plana indusrial da CETREL. Os resulados principais são apresenados a seguir: Esação de raameno de efluenes (ETE) Economia de energia = kwh (10,85%) Economia em reais = R$ ,85 Unidade de incineração Economia de energia = kwh (9,67%) Economia em reais = R$ 9.415, CONCLUSÕES A realização dese projeo foi imporane na medida que houve a possibilidade de se fazer um projeo compleo desde o diagnósico aé a efeiva avaliação dos ganhos obidos. No decorrer das aividades, uma série de ouros aspecos écnicos como normas, meodogias de dimensionameno e de avaliação de ganhos foi discuida e aperfeiçoada. Além diso, o rabalho com a verene humana conduzido por FURNAS levou a uma inegração maior enre os empregados em orno de um ema que a princípio parece somene écnico, mas, que na realidade, permeia à melhoria da qualidade de vida quano se relaciona às ações ao uso eficiene dos recursos naurais. Os ganhos de economia de energia obidos raificam a políica do seor indusrial do PROCEL de incenivar somene diagnósicos que enham possibilidade de serem implemenados. 5.0 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (1) Wandeley, Ivo R. e ouros. Relaórios de Acompanhameno dos Resulados FURNAS CENTRAIS ELÉTRICAS S.A. AGOSTO (2) Américo, M., Soares G., Perreira, M., Perreira, R. e Wanderley I.. Relaórios écnicos emidos durane o projeo em 1997 e Invesimeno Toal invesido = R$ ,26 Devido às incerezas envolvendo a apuração da redução nos gasos na Unidade de Incineração, principalmene por problemas operacionais ocorridos durane o período em quesão, a economia de R$ 9.415,47 desa unidade não será considerada no cálculo da recuperação do invesimeno. Calculados os valores presenes dos invesimenos realizados e a economia apurada na ETE (valores mosrados acima), conclui-se que foi aingida, no período de jan-jun 98, uma amorização de 43,07%, projeando-se para 14 meses o reorno do invesimeno. A parir desses resulados apurados, verifica-se que: O consumo incremenal apona para um aprimorameno no desempenho energéico da plana indusrial da CETREL. A redução nos gasos com energia elérica supera o que seria esperado para o período sob observação, endo em visa que ainda não foram insalados odos os equipamenos que inegram o projeo de conservação de energia.