ESTUDO DA CAPACIDADE DO SETOR DE ENERGIA EÓLICA À LUZ DA ABORDAGEM SOFT DA DINÂMICA DE SISTEMAS

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1 ESTUDO DA CAPACIDADE DO SETOR DE ENERGIA EÓLICA À LUZ DA ABORDAGEM SOFT DA DINÂMICA DE SISTEMAS Fábio Ribeiro Queiroz Rodrigo Losso Luz Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia de Produção, do DEI - Departamento de Engenharia Industrial, Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro de Produção Orientador: Prof. Amarildo da Cruz Fernandes Rio de Janeiro Agosto de 2014

2 ESTUDO DA CAPACIDADE DO SETOR DE ENERGIA EÓLICA À LUZ DA ABORDAGEM SOFT DA DINÂMICA DE SISTEMAS Fábio Ribeiro Queiroz Rodrigo Losso Luz PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO DE PRODUÇÃO. Examinado por: Prof. Amarildo da Cruz Fernandes, D. Sc. Prof. Lino Guimarães Marujo, D. Sc. Prof. Maria Alice Ferruccio da Rocha, D. Sc. Rio de Janeiro Agosto de 2014

3 Queiroz, Fábio Ribeiro Luz, Rodrigo Losso Estudo da capacidade do setor de energia eólica à luz da abordagem soft da dinâmica de sistemas / Fábio Ribeiro Queiroz e Rodrigo Losso Luz. - Rio de Janeiro: UFRJ/ESCOLA POLITÉCNICA, XIV, 91: il.; 29,7 cm. Orientador: Prof. Amarildo da Cruz Fernandes Projeto de Graduação UFRJ / Escola Politécnica / Curso de Engenharia de Produção, Referências Bibliográficas: p Capacidade Instalada de Energia Eólica 2. Dinâmica de Sistema 3. Cenários I. Fernandes, Amarildo da Cruz II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia de Produção. III. Estudo da capacidade do setor de energia eólica à luz da abordagem soft da dinâmica de sistemas iii

4 Agradecimentos Agradeço primeiramente a Deus, que me dá forças nos momentos de fraqueza e perseverança em momentos de dificuldade. Aos professores do Departamento de Engenharia Industrial, em especial o professor Amarildo Fernandes que disponibilizou tempo e boa vontade para nos orientar na elaboração do presente trabalho. Aos colegas de classe que em discussões e debates em sala de aula enriqueceram meus conhecimentos e perspectivas. À minha família que sempre me apoiou e acreditaram em mim desde a época de prestação do vestibular. Aos meus irmãos na fé que se interessam e se importam com minha vida profissional e acadêmica. Fábio Ribeiro Queiroz iv

5 Agradecimentos Agradeço à minha família, que me incentivou e me deu força para seguir em frente na concretização deste trabalho, como manifestação de minha formação. Também, aos meus colegas de classe e professores da faculdade, em especial ao professor orientador Amarildo da Cruz Fernandes, que por diversas vezes reservou seu tempo para ajudar-nos e guiar-nos à conclusão deste trabalho. Rodrigo Losso Luz v

6 Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro de Produção. Estudo da capacidade do setor de energia eólica à luz da abordagem soft da dinâmica de sistemas Fábio Ribeiro Queiroz Rodrigo Losso Luz Agosto/2014 Orientador: Amarildo da Cruz Fernandes (Ph.D) Curso: Engenharia de Produção A dinâmica de sistemas tem por objetivo estudar um objeto por meio de uma abordagem que permita o entendimento de um sistema complexo composto de vários subsistemas que têm ligações entre si. Pode-se assim analisar os fatores que afetam o comportamento do sistema e seus ciclos de reforço ou de equilíbrio. No presente artigo, optou-se por estudar o mercado brasileiro de energia, em especial, a energia eólica. Para isso, foram levantadas e analisadas variáveis que influenciam na demanda de energia eólica no Brasil. Palavras-chave: Mercado Brasileiro, energia eólica, modelagem, dinâmica de sistemas vi

7 Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Engineer. THE STUDY OF THE DEMAND OF WIND ENERGY, THROUGH THE SOFT APPROACH OF SYSTEM DYNAMICS Fábio Ribeiro Queiroz Rodrigo Losso Luz August/2014 Advisor: Amarildo da Cruz Fernandes Course: Industrial Engineering System Dynamics aims at studying an object through a point of view that allows the comprehension of a complex system composed of several subsystems that are linked. Thus, it is possible to analyze the factors that affect the behavior of the system, contributing positively or negatively for its own growth or reduction within that system. In this article, we chose to study the Brazilian energy market, especially, wind power. For that purpose, variables that influence the wind energy demand has been analyzed. Keywords: Brazilian market, wind energy, modeling, system dynamics vii

8 LISTA DE SIGLAS DS PCHs BEN CRESESB CNTP EWEA IPCC MME CERPCH WWA CBEE CELPE - Dinâmica de Sistemas - Pequenas Centrais Hidrelétricas - Balanço Energético Nacional - Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito - Condições Normais de Temperatura e Pressão - European Wind Energy Association - Intergovernmental Panel on Climate Change - Ministério de Minas e Energia - Centro Nacional de Referência em Pequenas Centrais Hidrelétricas - World Wind Energy Association - Centro Brasileiro de Energia Eólica - Companhia Energética de Pernambuco PROEOLICA - Programa emergencial de Energia eólica PROINFA LER LFA ANEEL Abeeólica GEE FGV - Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica - Leilão de Energia de Reserva - Leilão de Fontes Alternativas - Agência Nacional de Energia Elétrica - Associação Brasileira de Energia Eólica - Gases do Efeito Estufa - Fundação Getúlio Vargas viii

9 Sumário 1 Introdução Considerações Iniciais Definição do problema, justificativa de estudo e delimitação dos objetivos Expansão de fontes de energias alternativas Delimitação de objetivos Delimitação do estudo Energia Eólica Ventos A variação da velocidade do vento com a altura Histórico da energia eólica Histórico do desenvolvimento do setor de energia eólica no Brasil Oportunidades e desafios com a adoção da energia eólica Revisão Bibliográfica Dinâmica de Sistemas Modelagem Modelo Modelagem Soft ou Qualitativa Diagrama de Enlace Causal Elaboração de cenários Modelagem Identificação dos recursos e fatores críticos O tamanho do Setor de Energia Eólica Capacidade Efetiva Tecnologia Regime de Ventos Mercado de Crédito de Carbono Incentivos governamentais e o Lobby dos setores tradicionais Demanda e Geração de Energia Preço da Energia Atividade econômica A Matriz Energética Brasileira Diagrama de Enlace Causal para o Setor de Energia eólica Descrição das Variáveis do Modelo ix

10 4.2.2 Identificação dos Principais Circuitos de Feedback Análise de resultados: a confecção de cenários Dimensões analisadas para elaboração dos cenários Demanda de Energia Elétrica: Capacidade Hídrica Disponibilidade de terras Os Cenários Conclusão Referências Bibliográficas Anexos x

11 Índice de Figuras Figura 1 Participação de Renováveis na matriz energética... 4 Figura 2 - Matriz Elétrica Brasileira... 5 Figura 3 - Evolução da geração eólica... 6 Figura 4 - Mapa do Regime de Ventos... 7 Figura 5 - Componentes de uma turbina eólica Figura 6 - Crescimento de uma turbina eólica comercial típica Figura 7 Capacidade total instalada e taxa de crescimento do mercado no mundo Figura 8 Diagrama de Enlace Causal com Circuito de Reforço e Equilíbrio. 28 Figura 9 Delays Figura 10 Capacidade Instalada Figura 11 Capacidade em cada uma das fases eólicas Figura 12 Primeira Fase Figura 13 Segunda Fase Figura 14 Resultante Figura 15 Distribuição de Weibull de acordo com o k Figura 16 Emissões de carbono evitadas pelo setor eólico brasileiro Figura 17 Produção, perdas, consumo Figura 18 Diagrama de Enlace Causal para o Setor de Energia Eólica Figura 19 Circuito de Feedback Figura 20 Circuito de Feedback Figura 21 Circuito de Feedback Figura 22 Circuito de Feedback Figura 23 Circuito de Feedback Figura 24 Circuito de Feedback Figura 25 Circuito de Feedback Figura 26 Crescimento do setor eólico de acordo com o cenário A Figura 27 Crescimento do setor eólico de acordo com o cenário B Figura 28 Crescimento do setor eólico de acordo com o cenário C Figura 29 Crescimento do setor eólico de acordo com o cenário D Figura 30 Crescimento do setor eólico de acordo com o cenário E xi

12 Figura 31 Crescimento do setor eólico de acordo com o cenário F Figura 32 Crescimento do setor eólico de acordo com o cenário G Figura 33 Crescimento do setor eólico de acordo com o cenário H xii

13 Índice de Quadros Quadro 1 Escala de Beaufort Quadro 2 Fator de rugosidade do terreno Quadro 3 Distribuição da área de cada continente segundo a velocidade média do vento Quadro 4 Especificações do Aerogerador Quadro 5 Velocidades médias dos ventos Quadro 6 Valores obtidos para a região nordeste Quadro 7 Produção, produção efetiva e consumo Quadro 9 Preços da energia elétrica Quadro 10 Preços da energia elétrica Quadro 11 Possibilidades de cenário xiii

14 Índice de Fórmulas Fórmula 1 Potência disponível em um vento conforme sua velocidade Fórmula 2 Velocidade dos ventos estimada em uma altura hipotética Fórmula 3 Cálculo da energia gerada anualmente Fórmula 4 Fator de Forma do Weibull xiv

15 1 Introdução 1.1 Considerações Iniciais A energia elétrica está presente nos diversos momentos do cotidiano. De tempos em tempos, equipamentos deixam de ser manuais e se automatizam, utilizando-se, para isso, a eletricidade. A eletricidade é, hoje, a principal fonte de luz, calor e força utilizada no mundo moderno. O simples ato de assistir à televisão, acessar a internet, carregar seu celular foram viabilizadas com a chegada da energia até a sua casa. A maior parte dos avanços tecnológicos obtidos foi devida a ela. Assim, temos a eletricidade como um insumo fundamental para diversos setores da economia do país. A oferta de energia elétrica é, com isso, indispensável para a manutenção de um equilíbrio no país, já que uma indisponibilidade deste recurso tornarse-ia um gargalo para o país. É notoriamente sentido, também, que a demanda por esta energia aumentará gradativamente e, a fim de sustentar tamanho crescimento, deve haver um acompanhamento da oferta de energia elétrica. Com o crescimento nítido, são inevitáveis as preocupações com o meio ambiente, já que muitas matrizes o agridem em demasia. Com isso, quem ganha espaço nas discussões é o desenvolvimento sustentável, que no âmbito energético encontramos as energias renováveis como alternativas para o êxito deste desenvolvimento. Faz-se, assim, necessário o investimento em energias limpas. O Brasil, ainda que possua uma matriz energética relativamente limpa, em que a maior parte da sua geração de energia é composta por usinas hidrelétricas, tem incentivado que sejam feitos investimentos em outras fontes alternativas. Para isso, concedeu benefícios fiscais, realizou leilões de fontes alternativas e outros. Desta forma, é justificável o ganho da participação na matriz energética brasileira das termelétricas a 1

16 biomassa, usinas eólicas, pequenas centrais hidrelétricas (PCHs) e, inclusive, energia solar. Através da dinâmica de sistemas e com a ajuda de ferramentas apresentadas na revisão bibliográfica, será feito um estudo sobre o comportamento da demanda de energia eólica no Brasil. No capítulo 1, presente, é introduzido o assunto, tendo o problema gerador da reflexão definido e os objetivos do estudos delimitados para conduzir de maneira ótima o estudo aos resultados. O estudo é justificado bem como explicitados quais foram seus pontos que não foram levados em consideração na concepção de suas premissas. Para isso, é feito uma amostragem dos dados coletados referentes à matriz energética brasileira com a demonstração em paralelo do crescimento da demanda de energia elétrica alternativa, sobretudo, da eólica. No capítulo 2 será aprofundado o tema em questão que é a energia eólica. Serão abordadas no texto suas principais características e variáveis de seu negócio, assim como o funcionamento da energia eólica, desde como é feito o aproveitamento dos ventos, transformando-se em energia mecânica, até sua transformação em energia elétrica. Aliado a isso, breve histórico sobre o surgimento da utilização da energia eólica no mundo. No capítulo 3, encontra-se a revisão bibliográfica realizada a fim de fundamentar o estudo realizado. Assim, demonstra-se a utilização da dinâmica de sistemas, definemse palavras-chave como sistema, modelagem, modelagem soft assim como são feitas exemplificações de diagramas de enlaces causais com feedbacks de reforço ou de equil para efetiva aplicação. No capítulo 4, os conceitos apreendidos no capítulo 3 são colocados em prática uma vez que já foi entendido o problema-objetivo pelo capítulo 1 e o tema já teve um maior aprofundamento no capítulo 2. 2

17 Com a modelagem realizada no capítulo 4, no capítulo 5 serão apresentadas as análises dos resultados com a apresentação dos possíveis macro cenários para hipóteses de alteração nas variáveis consideradas na modelagem. Por fim, no capítulo 6 será uma conclusão acerca do estudo levantado será emitida através da análise dos macrocenários do capítulo 5. Seguem-se a esses capítulos, naturalmente, a bibliografia utilizada, bem como anexos que são eventualmente citados ao longo do trabalho. 3

18 1.2 Definição do problema, justificativa de estudo e delimitação dos objetivos Expansão de fontes de energias alternativas Sabe-se que o Brasil tem o que é chamado de uma matriz energética limpa, quando comparamos com a matriz de outros países. Boa parte disso se deve ao fato de o Brasil se utilizar da energia hidrelétrica majoritariamente na composição da sua matriz. No entanto, é nítido que podemos explorar mais as fontes limpas de energia e essa exploração vem, de fato, acontecendo como será mostrado no decorrer do capítulo. Figura 1 Participação de Renováveis na matriz energética Fonte: BEN, EPE Ministério de Minas e Energia - MME, Balanço Energético Nacional, 2013, relatório síntese, ano base 2012; Cabe observar que a participação de renováveis na Matriz Elétrica Brasileira caiu para 84,5% em 2012 devido a condições hidrológicas desfavoráveis e ao aumento da geração térmica. 4

19 No gráfico da figura 2 abaixo, pode-se perceber que o Brasil vem diminuindo, percentualmente, participação de hidrelétricas e de usinas nucleares. Isso decorre do fato de a demanda estar aumentando, provocando a necessidade de produzir energia pelos meios alternativos possíveis. Pode-se destacar também a energia eólica que quase dobrou sua participação na matriz energética brasileira. Isso decorre do fato de melhores tecnologias de aerogeradores estarem sendo desenvolvidas e confiabilidade do regime de ventos, principalmente nos estados do nordeste (Anexo C) onde a intensidade dos ventos perto do litoral é muito alta. Figura 2 - Matriz Elétrica Brasileira Fonte: BEN, EPE Ministério de Minas e Energia - MME, Balanço Energético Nacional, 2013, relatório síntese, ano base 2012; Nos últimos anos, com o avanço tecnológico e a busca por fontes de energia sustentáveis e limpas, a energia eólica vêm à tona. 5

20 Figura 3 - Evolução da geração eólica Fonte: BEN, EPE Ministério de Minas e Energia - MME, Balanço Energético Nacional, 2013, relatório síntese, ano base 2012; Atualmente, com base nos gráficos e dados citados acima, pode-se perceber uma grande dependência da energia hidrelétrica, visto que o Brasil tem um grande potencial para esse tipo de energia, sendo uma fonte estável e o impacto ambiental provocado pelas mesmas, apesar de ser grande na fase de instalação, no decorrer do tempo esse impacto se dilui, diferentemente de termelétricas que não têm tanto impacto em sua instalação, mas, sim, com sua utilização, pois quanto mais é utilizada, mais impacto ambiental ela causa. A respeito do setor de energia eólica, verificam-se alguns entraves, técnicos como mercadológicos e até mesmo políticos à sua expansão. Sabe-se que os ventos não têm sempre a mesma direção (anexo B) e há uma preocupação quanto à robustez da produção de energia elétrica por meio dos ventos, Incluindo intensidades sazonais como visto na figura 4. 6

21 Figura 4 - Mapa do Regime de Ventos Fonte: Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito; Observando as tendências de aumento da energia alternativa e, sobretudo, eólica, torna-se necessário um estudo sobre como funciona o negócio eólico para entender seu comportamento agora e no futuro. 7

22 1.2.2 Delimitação de objetivos No desenvolver do trabalho, muitas idéias foram emergindo trazendo reflexões sobre uma visão sistêmica sobre setor de energia eólica. Assim, o objetivo principal deste trabalho é, a luz do emprego da modelagem soft da Dinâmica de Sistemas, desenvolver um modelo que permita uma discussão sobre a evolução do setor de energia eólica e analisar seu comportamento em possíveis macro cenários para o futuro. Dentre os objetivos secundários, podemos citar: Elaboração de um diagrama de enlace causal que permita representar visualmente as interações do setor de energia eólica; Identificação e análises de fatores e variáveis que influenciam o setor de energia eólica; Análise estatística não aprofundada para verificar a correlação de fatores pertencentes ao modelo em questão; Inserção e elaboração de gráficos e quadros que permitam enriquecer o entendimento do setor de energia eólica e das variáveis que o influenciam; Elaboração de cenários prevendo possíveis tendências de evolução do setor de energia eólica. O estudo delimitar-se-á às análises de macro cenários e isso significa que não será levada em consideração a parte quantitativa relativa às variáveis e fatores que influenciam o mercado da energia eólica. Será focado o comportamento da energia eólica propriamente dita de forma desassociada à matriz energética como um todo a fim de simplificações. Estudar o impacto da energia eólica na matriz energética brasileira implicaria um igual estudo para cada fonte de energia isoladamente de todo o restante que complementa a matriz energética brasileira, com suas variáveis particulares. Assim, foi reservado o estudo exclusivo da energia eólica, de forma a não fugir do objetivo de 8

23 estudo e diminuindo a probabilidade de propagação de erro devido à inserção de novas variáveis com modelagens para o futuro, que, por sua vez, também são incertas. Similarmente, não é objetivo deste estudo trabalhar com a lucratividade. Dentre outros pontos que não são objetivos do trabalho temos: Análise estatística e econométrica das informações (embora foram usados conhecimentos estatísticos para clarificação de alguns pontos); Análise aprofundada das tecnologias de aerogeradores e equipamentos utilizados na geração de energia elétrica; Previsão quantitativa assertiva do tamanho do setor eólico; Criação de modelos de simulação; Análise dos impactos ambientais provenientes da instalação de usinas geradores de energia eólica; Estudo e análise da tributação no setor de energia eólica; Análise de viabilidade técnico econômica de projetos de geração por fonte eólica; Análise dos impactos causados pela sazonalidade do regime de ventos; Estudo de como a capacidade de transmissão de energia elétrica afeta o setor de energia eólica. 1.3 Delimitação do estudo A fim de modelar o negócio de energia eólica, foram levadas em consideração diversas variáveis que serão apresentadas adiante. No entanto, a inexistência de estudos mais profundos a respeito de algumas delas ou simplesmente por motivos de simplificação, torna importante a explicitação dos pontos não considerados no presente estudo. Altura dos aerogeradores implicam alterações no regime dos ventos. Quanto mais alto, maior a velocidade dos ventos. No entanto, isso não foi levado em 9

24 consideração para a análise de perspectivas futuras. Isso deve ser explicitado, uma vez que com o avanço da tecnológica, é uma tendência que os aerogeradores se tornem cada vez mais altos a fim de se captar ventos mais rápidos, aumentando seu potencial de geração energética. 2 Energia Eólica No momento de se avaliar o potencial de geração de energia eólica em uma região, é crucial analisar a variável velocidade dos ventos. O potencial que uma região pode oferecer varia em função do cubo da velocidade. Isto é, se a velocidade do vento dobra, o potencial da região octuplica. Desta forma, são os ventos que ditarão o quão atrativo é aproveitar uma fonte eólica. De uma maneira geral, se a média anual da velocidade dos ventos é superior a seis metros por segundo, é considerado viável a utilização da energia eólica. De outra forma, o uso dessa energia não seria interessante. São instalados, portanto, os aerogeradores para a apropriação da energia contida nos ventos em regiões onde haja um fluxo permanente e razoavelmente forte de vento. Estes aerogeradores são geralmente projetados para atingirem a potência máxima para as velocidades do vento da ordem de 10 a 15 metros por segundo. Matematicamente falando, a energia que se tem disponível para o aerogerador é a energia cinética atrelada a uma coluna de ar que se desloca a uma velocidade uniforme e constante µ (m/s). Esta coluna de ar, na unidade de tempo, atravessa uma seção plana transversal A (m²) do rotor do aerogerador, deslocando uma massa ρaµ (kg/s), em que ρ é igual a massa específica do ar (aproximadamente 1,225 kg/m³, nas CNTP ver Anexo A). A potência disponível do vento, em W, é, então, proporcional ao cubo da velocidade do vento como dito: 10

25 P disp = 1 2 (ρaµ) µ2 = 1 2 ρaµ³ Fórmula 1 Potência disponível em um vento conforme sua velocidade Da mesma forma que quando a velocidade do vento duplica a potência octuplica, por outro lado, quando essa cai para a metade, a potência se reduz a 12,5%. Fica, assim, provada a importância crítica da escolha do local com velocidade de ventos elevadas no sucesso econômico de projetos de energia eólica. Pela fórmula, conseguimos entender também o motivo do crescimento do tamanho das hélices dos aerogeradores, figura 5, nos últimos 30 anos. Em termos de eficiência, os aerogeradores mais modernos têm apresentado fatores de capacidade superiores a 50%, quando comparando-se a números máximos de 40% nos anos de Os aerogeradores, visíveis nas paisagens de onde se tem energia eólica, são geradores elétricos integrados ao eixo de um cata-vento. São responsáveis pela transformação de energia eólica em energia elétrica. Em um parque eólico, a fim de se obter aproveitamento de fato da energia eólica, são implantados de dez a cem aerogeradores, geralmente espaçados de 200 metros, com potência unitária variando de 300 a 2500 kw. As turbinas não impedem as atividades agrícolas e podem ser encaradas como fonte de renda extra para proprietários rurais. Eles podem ser instalados em áreas costeiras (onde há maior abundância de vento) ou distantes do litoral. As eólicas offshore também são possíveis e geram até mais energia em relação aos instalados em terra. Na Europa, os parques eólicos offshore representam aproximadamente 10% do mercado de energia eólica (EWEA, 2012). Esta categoria é boa por beneficiar regiões que não detêm grandes potenciais eólicos onshore ou com alta limitação do uso da terra, além de captar ventos mais fortes. O ar, assim como a água e outras substâncias, é também um fluido, diferenciando-se no fato de que as partículas não encontram-se no estado líquido, mas, 11

26 sim, no gasoso. O vento ar se movimentando é o conjunto das partículas em movimentos geradores da energia cinética. A fim de ser capaz de captar essa energia cinética e transformá-la em energia, é necessária uma turbina eólica ou aerogerador. Estes são compostos, basicamente, por três partes: pás do rotor, eixo e gerador. Como pode-se esperar, as pás têm a finalidade de capturar a energia cinética contida no vento. Conforme se movimentam, giram um eixo que une o rotor ao gerador. Assim, o rotor transfere sua energia mecânica rotacional para o eixo que está conectado a um gerador elétrico, transformando energia rotacional em energia elétrica. Figura 5 - Componentes de uma turbina eólica Fonte: Centro de Referência para Energia Solar e Eólica

27 Figura 6 - Crescimento de uma turbina eólica comercial típica Fonte: IPCC 2012: Relatório especial sobre fontes de energia renováveis e mitigação - das mudanças climáticas, preparado pelo grupo de trabalho III do painel intergovernamental sobre mudanças climáticas, editora da Universidade de Cambridge; Ventos A principal fator a que se deve olhar na tomada de decisão quanto à instalação de um parque eólico é o regime dos ventos. Portanto, é importante que tenhamos ciência dessa variável. Assim como a escala Richter está para atividades sísmicas, a escala de Beaufort estabeleceu características aos ventos de acordo com sua velocidade e poder de destruição, expressas no quadro a seguir. Quadro 1 Escala de Beaufort Fonte: Série Energias Renováveis, Eólica, MME, CERPCH; Número de Beaufort Descrição Critérios de apreciação na terra Velocidade do vento (m/s) 0 Calmaria A fumaça eleva-se verticalmente. 0 0,4 1 Ar leve O vento inclina a fumaça, mas não faz girar o cata-vento. 0,5 1,5 2 Brisa leve As folhas se movem e o vento é sentido no rosto. 1,6 3,4 3 Brisa suave 4 Brisa moderada As folhas e os ramos pequenos se movem continuamente. O vento levanta o pó e a s folhas. Os ramos se agitam. 3,5 5,5 5,6 8,0 5 Brisa fresca Pequenas árvores começam a balançar. 8,1 10,9 6 Vento forte 7 Temporal moderado Os ramos grandes se movem. Os fios elétricos vibram. Dificuldade em se usar o guarda-chuva. As árvores se agitam. Há um incômodo ao andar contra o vento. 11,4 13,9 14,1 16,9 13

28 8 Temporal Rompem-se os ramos pequenos das árvores. Difícil andar contra o vento. 17,4 20,4 9 Temporal Forte Os ramos médios das árvores se quebram 20,5 23,9 10 Temporal muito forte 11 Tempestade As árvores são arrancadas e danos são espalhados Destroços extensos. Tetos arrancados, etc. 24,4 28,0 28,4 32,5 12 Furacão Produz efeitos devastadores 32,6 60, A variação da velocidade do vento com a altura Quando se observa a velocidade dos ventos desde a superfície do solo até uma determinada altura, percebe-se que os ventos se tornam mais uniformes e têm suas velocidades aumentadas conforme se distanciam da superfície. Com o avanço das tecnologias, as turbinas estão se tornando cada vez mais altas a fim de captar ventos mais rápidos e aumentar sua capacidade. Assim, para entender o funcionamento do sistema eólico e poder arriscar cenários futuros, é importante conhecer o comportamento dos ventos no futuro também. Desta forma, conhecendo-se a velocidade dos ventos a uma determinada altura em relação ao solo, é possível estimar qual seria a velocidade do vento a uma nova altura, como na equação a seguir: Vel(Z) = [Vel(Z 0 ) H(Z) H(Z 0 ) ] n Fórmula 2 Velocidade dos ventos estimada em uma altura hipotética Fonte: acessado em 20 fev Onde: Vel(Z): Velocidade do vento a ser estimada na altura desejada, em m/s. Vel(Z 0 ): Velocidade do vento medida a uma altura conhecida, em m/s. H(Z): Altura em que se deseja estimar a velocidade do vento, em metros. H(Z 0 ): Altura na qual foi medida a velocidade do vento, em metros. n: Parâmetro relacionado com a rugosidade da superfície local, dado no quadro a seguir. 14

29 O fator de rugosidade do terreno, apresentado no quadro a seguir, segundo Sá e Lopes (2001), refere-se ao conjunto de elementos que apresentam resistência à passagem do vento, sejam eles árvores, arbustos, vegetação rasteiras, construções etc. Quadro 2 Fator de rugosidade do terreno Fonte: Energia Eólica, Artliber, 2002 Fator de rugosidade do terreno Terreno sem vegetação 0,1 Terreno gramado 0,12 Terreno cultivado 0,19 Terreno com poucas árvores 0,23 Terreno com muitas árvores 0,26 Florestas 0,28 Zonas urbanas sem edifícios altos 0,32 Do ponto de vista de aproveitamento da energia eólica, é importante que seja feita a distinção entre as diferentes variações dos ventos, que podem ser anuais, sazonais, diárias e de curta duração. A fim de se obter um bom conhecimento da variação anual é interessante que se tenha uma boa base de dados com bastantes anos. Assim, as características referentes àquele regime tornar-se-á mais confiável. As variações sazonais são oriundas do aquecimento não uniforme da superfície terrestre, de maneira diferente nas estações do ano. Assim, médias anuais podem levar a resultados diferentes das médias sazonais. 15

30 Em relação à variação diária da velocidade dos ventos (brisas marítimas e terrestres) também são causadas pelo aquecimento não uniforme da superfície da terra. Comparando-se a evolução da velocidade média durante um dia, percebe-se que existe uma variação significativa de um mês para o outro. Com esse tipo de informação, projeta-se melhor o sistema eólico. Existem também variações de curta duração que estão associadas tanto às pequenas flutuações quanto às rajadas de vento. A priori, essas rajadas não são consideradas na análise de potencial eólico. 2.2 Histórico da energia eólica No início do segundo milênio, as fontes energéticas como a lenha, o vento e a água dominavam a força motriz e produção de calor. Mais recentemente, as novas fontes - carvão, petróleo, gás e nuclear - substituíram as fontes tradicionais, em particular nos países onde se viu a industrialização. A partir dos choques do petróleo da década de 70, houve, então, o ressurgimento de energias renováveis: de um lado, havia a necessidade da manutenção da diversidade e segurança do fornecimento de energia; de outro lado, havia a obrigação de proteger o ambiente, já que o uso de combustíveis fósseis acelerava a degradação do mesmo. A energia eólica é vista, hoje, como uma das fontes mais promissoras, espelhada nas tecnologias, sobretudo europeias e norte-americanas, cujas paisagens já tem aerogeradores como elementos habituais. O primeiro aerogerador ligado à rede elétrica pública foi instalada em 1976, na Dinamarca. Hoje, existem mais de aerogeradores em operação no mundo. Em 1991, foi estabelecida pela Associação Europeia de Energia Eólica a meta de instalação de MW de energia eólica na Europa até o ano 2000 e MW até Essas metas foram alcançadas muito antes do que era esperado (foram 16

31 alcançadas respectivamente em 1996 e 2001). Estima-se que em 2020, o mundo terá 12% da energia gerada pelo vento, com uma capacidade de GW. (WINDPOWER; EWEA; GREENPEACE, 2003; WIND FORCE, 2003). O desenvolvimento tecnológico dos sistemas avançados de transmissão, da aerodinâmica, das estratégias de controle e da operação dos aerogeradores reduziram muito os custos e melhoraram o desempenho e confiabilidade dos equipamentos. O custo dos equipamentos reduziu significativamente nas últimas décadas, o que era um grande dificultador da implantação deste tipo de energia. Quadro 3 Distribuição da área de cada continente segundo a velocidade média do vento Fonte: GRUBB, M., J; MEYER, N. I. Wind energy: resources, systems and regional strategies. In: JO-HANSSON, T. B. et. al. Renewable energy: sources for fuels and electricity. Washington, D.C.: Island Press, p. Dados relativo ao regime dos ventos coletados em aeroportos, em estações meteorológicas e similares possibilitaram uma estimativa do potencial bruto - ou teórico - do aproveitamento da energia eólica. Foram considerados os ventos com velocidade acima de 6,4 metros por segundo (m/s), a uma altura de 50 metros acima do nível do mar. Segundo a Organização Mundial de Meteorologia, em apenas 13% da superfície terrestre o vento apresenta velocidade média igual ou superior a 7m/s, a esta altura, variando bastante entre regiões e continentes. Até dados de 2012, já foi possível chegar 17

32 a uma capacidade total instalada no mundo de 282,3 GWh e a taxa de crescimento do mercado só está crescendo, conforme imagem abaixo. Figura 7 Capacidade total instalada e taxa de crescimento do mercado no mundo. Fonte: WWEA, Annual Report. Disponível em: acessado em 24 fev Histórico do desenvolvimento do setor de energia eólica no Brasil A energia eólica no Brasil teve seu primeiro aerogerador instalado em 1992, com a parceria entre o Centro Brasileiro de Energia Eólica (CBEE) e a Companhia Energética de Pernambuco (CELPE). O aerogerador de origem dinamarquesa tinha 225 kw da capacidade, sendo instalada na ilha de Fernando de Noronha. 18

33 Nos dez anos seguintes, não houve avanço significativo devido à falta de política de investimentos no setor, somado à falta de necessidade e ao, então, alto custo da tecnologia contrapondo um preço que inviabilizava grande parte dos projetos de construção de usinas de geração por energia eólica. Com a instauração da crise energética no país no ano de 2001, precisava-se de maior capacidade geradora de energia elétrica no curto prazo, portanto houve tentativas de usar a energia eólica como uma fonte para superar a crise. O Programa emergencial de Energia eólica (PROEOLICA), tinha o objetivo de instalar MW até o ano de Este programa não teve sucesso e foi precedido pelo Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica (PROINFA) que possibilitou a consolidação da indústria de componentes de aerogeradores no Brasil. Desde então, sucessivos leilões foram feitos e o setor de energia eólica começou a ganhar corpo conforme pode ser observado na figura 7. Chegando com a potência instalada de 3,46 GW no final do ano de Em relação aos aerogeradores dentro do contexto da evolução do setor temos: Primeira fase: é a fase que se estende desde a instalação do primeiro aerogerador até o Proinfa. Segunda fase: a fase que se inicia em 2009 a segue até o presente Essa divisão é feita devido aos avanços tecnológicos, conforme será visto mais adiante neste trabalho, os aerogeradores da segunda fase são mais eficientes do que os aerogeradores da primeira fase Leilões No final de 2009 ocorreu o Segundo Leilão de Energia de Reserva (LER): Foram instaladas 71 usinas totalizando a capacidade instalada de 1.805,7MW com o preço médio de R$ 148,3/MWh. 19

34 Em Agosto de 2010 o terceiro Leilão de Energia de Reserve e o Leilão de Fontes Alternativas (LFA). Juntos foram responsáveis pela instalação de 1.857,3 MW de energia eólica sendo o preço médio do terceiro LER R$122,69/MWh e o preço no LFA foi de R$134,23/MWh. Seguem leilões mais importantes: Quarto Leilão de Energia Reserva com 861 MW de Capacidade instalada ao preço médio de 99,5R $/MWh. - Décimo segundo Leilão de Energia Nova (A-3) com 1.067,6 MW de capacidade instalada ao preço médio de 99,58 R$/MWh. - Décimo terceiro Leilão de Energia Nova (A-5) com 976,5 MW de capacidade a ser instalada ao preço médio de 105,12 R$/MWh Décimo quinto Leilão de energia nova com 281,9 MW de capacidade e preço médio de 87,94 R$/MWh Quinto Leilão de Energia Reserva com capacidade de 1.505,2 MW e preço médio de 110,51 R$/MWh - Décimo sétimo Leilão de Energia Nova (A-3) com 876,6 MW de capacidade e preço médio de 124,45 R$/MWh - Décimo Oitavo leilão de Energia Nova (A-5) com 2.337,8 MW de capacidade e preço médio de 119,03 R$/MWh 20

35 2.3 Oportunidades e desafios com a adoção da energia eólica 1. População encontra-se majoritariamente concentrada próxima ao litoral, onde se localiza a maior parte do potencial eólico. Isto ajuda na redução de custos de transmissão e perdas, uma vez que são instaladas próximas à região de consumo. 2. Os períodos de chuva e o período de vento têm forte complementaridade. Isso quer dizer que ao longo da estação de secas, sobretudo no Nordeste, os parques eólicos podem suprir energia, permitindo que os reservatórios das hidrelétricas encham. 3. Os aerogeradores podem ser instalados em áreas de preservação ambiental, constituindo-se um ponto favorável para obter o licenciamento. 4. Por serem modulares, os parques eólicos admitem o uso múltiplo de terra, garantindo renda aos proprietários. 5. Prazo de instalação curto de, em média, 12 a 24 meses. 6. Os aerogeradores não emitem poluente atmosféricos, contribuindo para a redução dos gases do efeito estufa, consequentes do sistema elétrico nacional. 21

36 7. Os custos da energia eólica estão se reduzindo cada vez mais, havendo ainda perspectiva para futuras reduções, em vista do desenvolvimento tecnológico. 8. Os locais de maior potencial geralmente detêm as velocidades mais altas de vento e, principalmente, com maior estabilidade. Isso permite menor desembolso com equipamentos (menos aerogeradores necessários). 9. A energia eólica pode ser utilizada em áreas isoladas. 22

37 3 Revisão Bibliográfica 3.1 Dinâmica de Sistemas Antes de discursar sobre a dinâmica de sistemas, cabe, primeiramente, refletir acerca do que é um sistema. Clayton e Radcliffe (1996) afirmam que um sistema complexo é resultado de muitas interações não lineares. Sendo assim, a DS trabalhará com realidades complexas em que comumente as causas e consequências se confundem. Waren (2002) afirma que a dinâmica de sistemas permite às organizações terem melhor base para suas tomadas de decisão visto que ela analisa a performance histórica de um negócio ou empresa, mostrando aonde essa performance levará a empresa caso ela continue do jeito que está e as possibilidades de mudar o futuro, para melhor. Sterman (2000) argumenta que a Dinâmica de Sistemas consiste em um conjunto de ferramentas que permite capturar a estrutura de um sistema como um todo. Tem-se, portanto, que a Dinâmica de Sistemas visa entender e compreender o comportamento de variáveis inerentes a sistemas em geral, que podem ser empresas, organizações, processos produtivos e outros mais. Tais sistemas complexos precisam de ferramentas e métodos para serem modelados com um nível aceitável de aderência à realidade. Forrester (1991) argumenta em seu livro que a DS usa o controle de feedback para preparar modelos de simulação em computadores e que por mais de cinquenta anos, a dinâmica de sistemas tem guiado pessoas para um melhor entendimento do mundo que nos cerca. Keloharju(1976) propõe a execução da Dinâmica de Sistemas começando com a definição de objetivos, passando pela definição de variáveis, seleção de parâmetros, realização de simulação e por fim análise de resultados, havendo a possibilidade de mudar alguns parâmetros e variáveis caso o resultado não seja satisfatório. Sendo 23

38 assim, a modelagem é intrínseca à dinâmica de sistemas, que por sua vez, utiliza de recursos, informações, níveis e razões de fluxo, segundo Warren (2002). O mesmo autor relata que recursos são partes necessárias ao funcionamento dos sistemas, podendo ser consumíveis ou não, informação é como se dá o controle, nível, é um estoque, e razões de fluxo são as variáveis que alteram o nível dos estoques. 3.2 Modelagem de modelo. Para tratar de modelagem, faz-se essencial entender, primeiramente, o conceito Modelo Quando nos movemos para modelos que representam as pessoas, suas decisões e suas reações à pressão do ambiente, é bom manter em mente a medida relativa e não absoluta da realidade de um modelo. A representação não precisa ser defendida como perfeita, mas somente que clarifica o pensamento, captura e registra o que sabemos e nos permite ver as consequências dos nossos pressupostos, se estes pressupostos são percebidos, ao final das contas, como certos ou errados. Um modelo é bem sucedido se abre caminho para melhorar a acurácia com que representamos a realidade. (FORRESTER, 1971, pp. 3-4). Rossoni (2006) entende que um modelo deve ser usado para que usuários tenham maior entendimento e controle do sistema, facilitando e conferindo bases mais confiáveis para tomada de decisão. Andrade (2002) ressalta três tipos de modelo: modelos conceituais, que relacionam de forma lógica fases de um processo decisório; modelos matemáticos, que tem como fator inerente a quantificação de todas as variáveis relevantes do sistema, gerando a necessidade de equações matemáticas para relacionar as variáveis modelos entre si. Tal característica confere aos modelos matemáticos, uma grande variedade de aplicações. Por fim, os modelos heurísticos que são usados em situações muito 24

39 complexas, tendo como base as técnicas de inteligência artificial. Ainda segundo Andrade, um modelo deve proporcionar visualização prévia das consequências das opções de decisão, suas principais características são: Visualização da estrutura do sistema real em análise e representação das informações e suas interrelações; Sistemática de análise e avaliação de cada alternativa; instrumento de comunicação e discussão com outras pessoas. Apesar de Ackoff e Sasieni (1971) afirmarem que modelos são uma representação da realidade ainda que mais simples Pidd (1998), porém, questiona essa definição, pois ela prescinde da razão para qual o modelo é construído. Sendo assim, essa simplificação deveria ser feita levando-se em consideração o objetivo para qual o modelo é construído. Guitierrez (2005) discute, em seu artigo, o denominado modelo mental, que tem como principais características explicar um sistema, prever comportamentos. Esses modelos comumente são formados utilizando-se de conhecimentos implícitos, e, assim como a maioria dos modelos, eles não são completos, contendo apenas elementos de interesse do usuário. De posse destas definições e caracterizações de modelo, a modelagem consiste na confecção de um modelo para um determinado sistema. Para o caso do setor de energia eólica, a modelagem mental de seu sistema de negócio, aplicando-se à dinâmica de sistemas, é uma ferramenta útil, pois permitirá expansão do entendimento do comportamento e interrelações dos vários fatores que exercem influência nos negócios da energia eólica Modelagem Soft ou Qualitativa 25

40 Rossoni (2006) relata que a abordagem soft da modelagem é mais útil para propor um processo organizado de percepção da realidade pelas pessoas do que encontrar soluções para problemas específicos. Diagramas de palavras e setas (incluindo diagramas de enlace causais e mapas cognitivos) têm sido amplamente usados em sociedades de dinâmica de sistemas e de pensamento sistêmico (Richardson, 2010). Feedback é um dos principais conceitos da dinâmica de sistemas. Entretanto, nosso modelo mental falha ao incluir feedbacks críticos determinando a dinâmica dos nossos sistemas. Na dinâmica de sistemas, nós usamos várias ferramentas de diagramas, incluindo diagramas de enlace causal e mapas de fluxo. Stearman (2000, p 137, tradução própria) Vitor et al (2007), em seu artigo, argumentam que a Dinâmica de sistemas se utiliza de diagramas para modelar sistemas complexidade dinâmica. Segundo Senge (1996), a modelagem com abordagem soft deve seguir seis passos, os quais: 1) Definição de uma situação complexa de interesse: Onde deve ser encontrada uma situação complexa de importância para a organização ou para indivíduos interessados. 2) Apresentação da história dos eventos: O objetivo é identificar eventos relevantes que tenham relação com a situação do sistema ao longo do período considerado 3) Identificação de fatores chave: Identificação de variáveis que devem ser analisadas para a compreensão da situação do sistema 4) Observação do comportamento: Consiste em observar padrões de comportamento de variáveis, utilizando-se de ferramentas como tabelas e gráficos. 5) Identificação das influências: Identificação das relações de causa e efeito tendo como base a comparação das curvas e dos resultados obtidos na 26

41 observação do comportamento, hipóteses consideradas e intuição a respeito de influências recíprocas. 6) Identificação de modelos mentais: Identificação dos modelos mentais presentes, identificando crenças e pressupostos que os atores do modelo mantêm em suas formas de enxergar a realidade, e que estão contribuindo na criação da situação em questão. Segundo Fernandes (2003), este processo resulta na produção de um mapa cognitivo, que descreve a situação problema, chamado de Diagrama de Enlace Causal Diagrama de Enlace Causal Os Diagramas de Enlace Causal são diagramas que permitem que o usuário possa observar o sistema de uma maneira linearizada com enfoque nas interrelações de causa e efeito. Essas relações, em cadeia, permitem ao usuário ver de que modo cada variável do modelo impacta no sistema como um todo. Os diagramas de enlace causal desempenham um papel importante na modelagem, pois permitem o esboço das hipóteses do modelo bem como a compreensão do significado da estrutura do sistema. (Sterman, 2000) (Andrade, 1997). Para indicar uma influência positiva usamos o símbolo +, para uma influência que resulta no efeito oposto, utilizamos símbolo -. Alguns autores também sugerem a simbologia S (same) representando influencia no mesmo sentido e O (oposit) representando a relação de influência no sentido oposto Circuitos de Feedback Dos Santos (2013), em sua dissertação, argumenta que os circuitos de feedback são responsáveis pelos efeitos de reforço e equilíbrio, que determinam de que modo o sistema vai se comportar, seja ele crescente, oscilatório, decrescente ou estagnado. Os conceitos de ciclo de reforço ou de equilíbrio advêm da influência que uma alteração numa variável do sistema exerce sobre ela mesma após 27

42 completado o ciclo considerado. Se o efeito tiver o mesmo sentido que o da alteração da variável, teremos um circuito de reforço (R), caso o efeito tiver o sentido contrário da alteração da variável temos um circuito de equilíbrio (E). A figura 8 apresenta um diagrama de enlace causal com um circuito de reforço e outro de equilíbrio. Figura 8 Diagrama de Enlace Causal com Circuito de Reforço e Equilíbrio Fonte: Sterman Business Dynamics: Systems Thinking and Modeling for a Complex World Na figura, tem-se que a quanto mais nascimentos, mais população haverá, e quanto mais população, mais nascimentos, constituindo num circuito de reforço. Entretanto, quanto mais população, haverá mais mortes e quanto mais mortes, menos população, constituindo-se em um circuito de equilíbrio. As taxas de natalidade influenciam o número de nascimentos e o tempo médio de vida. O número de mortes poderia ser influenciado por outras variáveis que não constam na representação da figura, como por exemplo, avanços na medicina aumentando o tempo médio de vida e políticas de controle de natalidade que diminuiriam a taxa de natalidade. 28

43 Delays Na concepção do Diagrama de Enlace Causal é importante considerar não só as relações de causa-efeito, mas também os denominados delays, que segundo Forrester (1961) são decorrentes do resultado de uma ação não transparecer de forma imediata, podendo gerar precipitação dos participantes a intensificar as ações, gerando oscilações e instabilidades no futuro. Um delay típico é a oferta de um produto que tem seu preço aumentado: os produtores, para ofertar mais, têm que investir em aumento de capacidade, provocando uma reação não instantânea. Já na relação demanda e oferta não existiria o delay por ser mais imediata, uma vez que não é necessária preparação do consumidor para consumir mais. Os delays são representados como duas barras paralelas, conforme a figura 9. Oferta do Produto + - Preço do Produto Demanda do Produto Figura 9 Delays Fonte: própria 29

44 3.2 Elaboração de cenários Woiler e Mathias (2011) argumentam que a elaboração de cenários tem como objetivo mostrar como um processo se desenvolve, utilizando as interrelações das diversas variáveis envolvidas e mostrar para onde este processo pode conduzir o objeto em análise. A grande contribuição do cenário é forçar as pessoas a pensarem em aspectos não familiares do meio ambiente, através da dramatização dos fatores mais relevantes. Outra vantagem é o exame da dinâmica de situações que, de outro modo, poderiam ser ignoradas. (Woiler, Mathias,2011 p. 81). Ademais, Toni (2006) afirma: Desenhar cenários implica montar um conjunto plausível de combinações possíveis e imagináveis. Portanto, a compreensão do objeto de estudo pode ser alcançada ou expandida aliando-se a dinâmica de sistemas com a elaboração de cenários. 30

45 4 Modelagem Os capítulos anteriores servem de base para contextualizar o leitor com o sistema a ser modelado, possibilitando uma compreensão mais abrangente do estado do mercado de energia não apenas eólica. A modelagem, que é o foco deste trabalho, será feita utilizando-se os conceitos disponíveis na Revisão Bibliográfica. A primeira etapa da modelagem sob a abordagem soft consiste na identificação e análise dos recursos e fatores críticos, seguida da definição de variáveis do diagrama de enlace causal que representa o modelo permitindo sua visualização e por último a análise dos cenários provenientes da modelagem Identificação dos recursos e fatores críticos O tamanho do Setor de Energia Eólica Neste trabalho o tamanho do setor de energia eólica será medido pela capacidade instalada. Pois é o item mais fácil de ser medido e concebido, além de a capacidade nominal instalada ser um parâmetro usual de uso já difuso. O primeiro aerogerador chegou ao Brasil no ano de 1992 por meio de uma parceria entre o Centro Brasileiro de Energia Eólica (CBEE) e a Companhia Elétrica de Pernambuco (CELPE) e financiado pelo instituto Dinamarquês Folkecenter. A turbina tinha capacidade de 225KW. Por meio do PROINFA, leilões foram efetuados em de forma que em 2012, o Brasil possuía 2,5GW de potência instalada com 108 usinas. A capacidade instalada no Brasil, atualmente, chega a 3,6 GW com 148 usinas instaladas e a expectativa da ABEEólica é de que a capacidade instalada chegue a 13,487 GW no ano de

46 Figura 10 Capacidade Instalada Fonte: aneel/ ABEEólica; Por ser um mercado regulado, os Leilões citados no subitem são os principais responsáveis pela ampliação da capacidade instalada. A capacidade instalada está relacionada com diversos fatores, os quais serão citados nos próximos subitens deste capítulo Custos de Operação e Manutenção Estes custos, de acordo com gerentes que trabalham no setor, giram em torno de 1,8% do valor inicial do investimento, sendo estes 1,8% incorridos anualmente. Espera-se que quanto mais energia é gerada, maior serão os custos de operação e manutenção. Porém quanto mais avançado o desenvolvimento tecnológico, o setor tende a diminuir seus custos Capacidade Efetiva A capacidade efetiva depende da capacidade instalada e de outros fatores, como condições climáticas, variabilidade do regime de ventos bem como a velocidade média dos ventos. Uma maneira de medir a capacidade efetiva é utilizar o fator de capacidade. 32

47 Nascimento e Sousa (2012) utilizam a fórmula abaixo para o cálculo da energia gerada anualmente: E A = P instalada FC (1 Perdas) Onde: Fórmula 3 Cálculo da energia gerada anualmente E A = Energia Gerada Anualmente P instalada = Potência instalada no parque eólico FC = Fator de Carga No Brasil, podemos encontrar fatores de capacidade em cada uma das fases eólicas. O gráfico da figura 11. Figura 11 Capacidade em cada uma das fases eólicas Fonte: Adaptado ABEEólica/CCEE; e 33

48 Na primeira Fase Eólica, os aerogeradores, dispondo de tecnologias menos avançadas têm fator de capacidade significativamente menor do que os aerogeradores da segunda fase Primeira fase Fazendo o ajuste linear, presente no gráfico, obtemos o valor da constante que acompanha a variável de 0,0044 e um R² de Tal ajuste não pode precisar se de fato o valor do fator de capacidade da primeira fase aumenta com o passar do tempo. Figura 12 Primeira Fase Fonte: Adaptado ABEEólica; e Segunda fase Analogamente à primeira fase, o ajuste linear da segunda fase também não consegue precisar se o valor do fator de capacidade da segunda fase aumenta com o passar do tempo 34

49 Figura 13 Segunda Fase Fonte: Adaptado ABEEólica; e Resultante O fator de Capacidade resultante, diferentemente da primeira de da segunda fase, apresenta um aumento mais expressivo de seu valor. Isto se deve ao fato de que a segunda fase que vem depois da primeira acaba sendo responsável pelo aumento da capacidade. Esse aumento com o passar do tempo pode ser intuído, pois com o tempo, novas tecnologias vão sendo desenvolvidas aumentando a eficiência dos aerogeradores. 35

50 Fator de Capacidade Resultante (%) Ajuste Linear: y = 0,0151x - 591,16 R² = 0, set/11 abr/12 out/12 mai/13 nov/13 Figura 14 Resultante Fonte: Adaptado ABEEólica; e Tecnologia Os avanços tecnológicos são os principais responsáveis pela expansão da capacidade instalada no Brasil e no mundo. Pode-se verificar no subitem 3.1.2, que o aumento do fator de capacidade na segunda fase é significativamente maior do que os da primeira. A tecnologia permite não apenas aumentar a eficiência, mas também a capacidade nominal ou instalada. Dentre os principais avanços podemos destacar as torres dos aerogeradores saindo de 50 metros de altura, alcançando 80 ou 100 metros de altura. Atualmente, o diâmetro dos rotores chegam a 100 metros. Além da tecnologia da automação facilitando a manutenção, o controle e a monitoração dos aerogeradores. A título de exemplo podemos citar o aerogerador financiado pelo instituto Folkecenter, usado na ilha de Fernando de Noronha no ano de 1992, tem potência nominal de 225KW, diâmetro do rotor de 17m (3 pás) e a torre de 17m de altura. Em 2013 um aerogerador 36

51 vendido pela Siemens para a empresa Tractebel Energia tem as especificações de acordo com o quadro 4. Nesse intervalo de 20 anos o salto tecnológico no setor eólico foi muito expressivo e continua com esta tendência de se desenvolver rapidamente. Quadro 4 Especificações do Aerogerador Fonte: Ambiental Consultoria & Projetos LTDA./ Relatório de Impactos Ambientais Modelo SWT Fabricante Siemens Potência Nominal 2,308 MW Diâmetro do Rotor 101m Altura da Torre 80m Controle de Potência Pitch Velocidade de Cut-In 3,0m/s Velocidade de Cut-Out 25,0m/s A tecnologia de aerogeradores offshore, que se encontra no estado da arte, pode proporcionar que o setor eólico cresça muito além do que é capaz caso apenas utilize aerogeradores instalados em terra firme. Apesar de esta tecnologia estar em estados muito incipientes no Brasil, na Europa já se observa a expansão de aerogeradores offshore. Caso essa tecnologia seja desenvolvida no Brasil, isso gerará uma forte expansão do setor visto que não há, concorrentes convencionais (usinas hidrelétricas ou termelétricas) para a instalação nesses locais e o fato de que os ventos no litoral do Brasil são os mais fortes do país. Os fatores que limitam essa expansão para aerogeradores offshore são a distância e a conexão com as linhas de transmissão e a existência de rotas marítimas além de uma possível disputa por área com a também incipiente tecnologia de gerar energia elétrica a partir das ondas do mar Regime de Ventos Para um parque de energia eólica funcionar, o recurso mais essencial é o vento e sua velocidade. É descabido analisar a média de ventos nacional, pois a variabilidade é grande, sendo assim a maior parte da extensão territorial brasileira não tem ventos potentes o bastante para viabilizar a instalações de usinas eólicas. A figura 4, presente 37

52 no capítulo 2, fornece as velocidades médias trimestrais dos ventos em todo território nacional. O quadro 5 descreve sucintamente as velocidades médias do ventos no litoral norte da região nordeste do Brasil. Quadro 5 Velocidades médias dos ventos Fonte: CRESEB/ Atlas do Potencial Eólico Brasileiro Trimestre Velocidade média Trimestral (m/s) Dezembro - Fevereiro - 7,0 Março - Maio 4,5 Junho - Agosto 7,5 Setembro - Novembro 9,0 Além da velocidade média, outro fator que é fundamental é a variabilidade dessa velocidade. Para isso, o Atlas do Potencial eólico brasileiro, utiliza o fator de forma de Weibull, que mede a variação da velocidade do vento em relação à velocidade média. g(v) = k c (V c ) k 1 exp [ ( V c ) k] Fórmula 4 Fator de Forma do Weibull Fonte: Onde: K = Fator de forma da distribuição dos ventos V = Velocidade instantânea C = Velocidade Média em metros por segundo 38

53 Figura 15 Distribuição de Weibull de acordo com o k Fonte: Como pode ser visto na figura, quanto maior o Fator de forma, menor a variabilidade da velocidade do ventos. A figura 15 o valor da constante de Weibull e o quadro 6 mostra os valores obtidos para o litoral norte da região nordeste. Quadro 6 Valores obtidos para a região nordeste Fonte: Adaptado do Atlas do Potencial eólico Trimestre Fator de Forma de Weibull Dezembro - Fevereiro - 2,7 Março - Maio 2 Junho - Agosto 3 Setembro - Novembro 4 Além disto, como pôde ser visto no capítulo 2, no subitem 2.1.1, a velocidade média dos ventos aumenta conforme a altitude, quanto maior for a altitude, maior será a velocidade dos ventos. Reproduzindo a fórmula 2 tem-se: 39

54 Vel(Z) = [Vel(Z 0 ) H(Z) H(Z 0 ) ] n Onde: Vel(Z): Velocidade do vento a ser estimada na altura desejada, em m/s. Vel(Z 0 ): Velocidade do vento medida a uma altura conhecida, em m/s. H(Z): Altura em que se deseja estimar a velocidade do vento, em metros. H(Z 0 ): Altura na qual foi medida a velocidade do vento, em metros. n: Parâmetro relacionado com a rugosidade da superfície local, dado no quadro a seguir Mercado de Crédito de Carbono A compra e venda de créditos de carbono foi originada no Protocolo de Kyoto, objetivando a redução de emissões dos gases de efeito estufa (GEE). O Mercado de Créditos de Carbono está ligado indiretamente ao setor de energia eólica. Apesar de os parques eólicos não emitirem gás carbônico na atmosfera, as empresas podem negociar os créditos de carbono das emissões que a empresa evita, ao gerar energia de forma limpa. Apesar de muitas empresas não considerarem a venda dos créditos de carbono em suas análises durante a fase de implantação, ao considerar-se o esforço que muitos países estão fazendo para reduzir as emissões dos GEE, tendo em vista o combate às mudanças climáticas; a tendência é de que o mercado de créditos de carbono venha a ser um fator de influência na expansão da capacidade do setor eólico brasileiro. A título de exemplo, temos a figura 14 que mostra as emissões de dióxido de carbono evitadas pelo setor eólico brasileiro. 40

55 Fonte Figura 16 Emissões de carbono evitadas pelo setor eólico brasileiro Fonte: Abeeólia/CCEE; Incentivos governamentais e o Lobby dos setores tradicionais Incentivos e Programas Governamentais Diante da escassez de recursos naturais para a produção de energia elétrica, a energia eólica, junto com a solar, se destaca como alternativa para suprir a demanda, uma vez que termelétricas, envolvem um alto preço de construção e produção. Entretanto por ser um setor ainda incipiente, o setor de energia eólica necessita de apoio 41

56 governamental para suportar o domínio das fontes mais tradicionais de energia e a desconfiança do público quanto à capacidade de suprir a demanda com qualidade Durante a Crise energética de 2001 o governo lançou o Programa Emergencial de Energia Eólica (PROEÓLICA) visando complementar a sazonalidade da matriz hidrelétrica. O programa tinha como objetivo, a contratação de 1050MW até dezembro de Este programa não obteve sucesso e foi procedido, em 2004, pelo Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica (PROINFA), que visava o aumento da participação de empreendimentos geradores de energia elétrica com fontes eólicas, biomassa, e pequenas centrais hidrelétricas (PCH). O PROINFA foi responsável por sucessivos leilões que deram uma base significativa para a forte expansão eólica nos anos de 2010, 2011 e Foi apresentado, no dia oito de maio de 2013, um projeto de lei, que ainda está em tramitação, que visa conceder incentivos para o desenvolvimento da infraestrutura para projetos de geração de energia elétrica por fontes eólica ou solar Lobby dos Setores tradicionais Se, por um lado, o governo busca diversificar a matriz energética brasileira; por outro, há um receio dos setores mais tradicionais de que a energia eólica se torne um setor muito forte e conquiste parte significativa de participação no mercado de energia. Por isso existe um lobby para frear o rápido desenvolvimento da matriz eólica no Brasil. Em 2013, as empresas do setor de energia eólica foram excluídas do leilão do dia 29 de agosto, onde foram licitadas termelétricas a carvão, gás, biomassa e também hidrelétricas, todas com prazo de conclusão da obras em 5 anos para os contratos previstos para As empresas do setor de energia eólica foram inclusas em um leilão específico onde apenas empresas do setor poderiam concorrer e mesmo assim com prazo de conclusão da obra de 2 anos, o que implica em maiores custos e riscos para a construção dos parques geradores. O presidente da Renova ( a maior empresa 42

57 brasileira de energia alternativa ) Mathias Becker questiona a necessidade de haver maior nacionalização dos componentes necessários para a construção de um parque eólico do que o outros setores para obter empréstimos do BNDES, isso pode limitar o acesso das empresas do setor aos recursos de tecnologia mais avançadas Demanda e Geração de Energia Para analisar a demanda de energia elétrica, verificou-se a relação entre consumo, produção e perdas. No quadro 7 e na figura 17 pode-se visualizar o valor destes fatores. A produção efetiva é calculada subtraindo as perdas da produção total em cada ano. Quadro 7 Produção, produção efetiva e consumo Fonte: Balanço Energético Nacional 2013 Ano Produção (GWh) Produção Efetiva (GWh) Consumo (GWh)

58 Figura 17 Produção, perdas, consumo Fonte: Adaptado Balanço Energético Nacional 2013; Verifica-se que, apesar da produção de energia ser maior que o consumo, as perdas provocam uma produção insuficiente para abastecer o mercado interno. Isso constitui um cenário favorável não apenas para o setor eólico, mas também para outros setores de produção de energia Preço da Energia A evolução dos preços da energia eólica no Brasil é um fator preocupante, que decorre do aumento da demanda por energia. Fez-se um teste de correlação no software Microsoft Excel e verificou-se que o coeficiente de correlação entre a demanda e o preço da energia industrial é de e o coeficiente de correleção entre a demanda e o preço da energia residencial é de , como pode ser visto no quadro 8: 44

59 Quadro 8 Coeficientes de correlação Fonte: Adaptado Balanço Energético Nacional 2013 Demanda P - Ind P- Res Demanda 1 P - Ind P- Res Os preços da energia elétrica podem ser verificados no quadro 9 abaixo: Quadro 9 Preços da energia elétrica Fonte: Adaptado Balanço Energético Nacional 2013; Ano Preço da energia para a Indústria (R$/MWh) Preço da energia para residências (R$/MWh) ,84 307, ,94 345, ,68 291, ,10 294, ,95 407, ,80 386, ,58 399, ,40 410, ,40 433, ,55 460,20 Vale ressaltar que esses preços são os preços aos consumidores finais, estão inclusos nos mesmos, todos os impostos, taxas e contribuições O aumento no preço da energia confere viabilidade econômica à projetos, provocando aumento nos investimentos e, consequentemente, expansão da capacidade instalada. Os próximos anos, devido ao atual contexto da geração de energia elétrica no Brasil, com dúvidas se haverá racionamento e uma previsão de 45

60 aumento do preço da energia de 10% em 2015, estima-se que nos próximos anos, os investimentos crescerão pois será mais lucrativo ofertar energia no mercado Atividade econômica Um insumo estratégico e essencial para a economia de um país é a energia. Países que têm economias grandes são maiores consumidores de energia. O quadro 10 nos mostra o ranking da economia mundial em contraponto aos ranking dos maiores consumidores de energia elétrica. Das 10 maiores economias, apenas o Reino Unido e a Itália não estão no ranking dos 10 maiores consumidores de energia, sendo que a Índia que consta no ranking dos consumidores, é a décima primeira economia mundial. Quadro 10 Preços da energia elétrica Fonte: e acessado em 04/04/2014 Ranking da Economia Mundial EUA China Japão Alemanha França Reino Unido Brasil Rússia Itália Canadá Ranking dos Consumidores de Energia em 2010 *EUA *China Japão Rússia Índia Alemanha Canadá França Brasil Coreia do Sul * Atualmente a China superou os EUA no consumo de energia Ao trazer a relação entre economia e consumo de energia para o contexto brasileiro, verifica-se que para o Brasil continuar com a economia crescente, ele terá que expandir sua capacidade de geração de energia para sustentar o crescimento de sua economia. E o próprio crescimento da economia, por sua vez, aumenta a necessidade de energia, bem como o seu consumo. Devido ao fato de a matriz hídrica brasileira estar perto de seu limite atual e às instabilidades climáticas que, no ano de 46

61 2014, demonstraram que podem afetar fortemente o consumidor brasileiro, a energia eólica surge como uma solução para solucionar o gargalo entre a demanda e a produção de energia elétrica no Brasil. Sendo assim, o crescimento da atividade econômica impulsiona os investimentos em usinas de geração de energia elétrica a partir da fonte energia eólica A Matriz Energética Brasileira É importante ressaltar que o clima está diretamente ligado à geração de energia elétrica no Brasil, pois, atualmente, a matriz energética brasileira é composta em sua maior parte peles usinas hidrelétricas com 76,9% da geração total devido ao potencial hídrico do país. As termelétricas são utilizadas como forma de colchão se segurança para garantir o abastecimento de energia em caso de condições climáticas que impossibilitem o abastecimento pela fonte hídrica. Essa operação é eficiente em termos de nível de serviço pois garante que o fornecimento de energia para a população e indústrias não será interrompido. Entretanto tal flexibilidade custa muito caro ao país. A Energia gerada por uma termelétrica chega a ser 10 vezes mais cara do que a energia gerada pela fonte hídrica. Com isso, o agravamento de estiagens e estações secas, faz com que surja a urgência de investir em fontes de energias alternativas. Como o setor eólico é o mais desenvolvido e estruturado das fontes alternativas de geração de energia elétrica, essa conjuntura também propicia um maior investimento na ampliação da capacidade do setor. 47

62 4.2 Diagrama de Enlace Causal para o Setor de Energia eólica A figura abaixo compõe o diagrama de enlace causal resultante das variáveis e suas inter-relações analisadas na modelagem. Figura 18 Diagrama de Enlace Causal para o Setor de Energia Eólica Fonte: própria 49

63 4.2.1 Descrição das Variáveis do Modelo A seguir descreveremos cada variável do modelo permitindo, assim maior entendimento do mesmo. 1) Capacidade Instalada: É a variável central do modelo, responsável por representar o tamanho do setor. Ela é medida em MW ou em GW, entretanto esta capacidade não é toda utilizada. Esta variável só cresce devido aos investimentos em obras e em tecnologias que permitem a feitoria de aerogeradores mais potentes. 2) Capacidade efetiva: Variável muito dependente da Capacidade Instalada, entretanto, devido a perdas, irregularidades no regime de ventos e limitações do próprio equipamento, a capacidade nominal nunca é alcançada. Pode-se estimar a capacidade efetiva por meio do fator de capacidade discutido no subitem ) Oferta de energia eólica: É o total de energia elétrica gerada por usinas eólicas. 4) Lucro do setor eólico: É o lucro obtido nas operações de geração e venda de energia eólica e dos créditos de carbono, quando a redução de emissões é comprovada. O lucro é extremamente importante, pois é um a maneira de atrair investimentos para o setor. 5) Potencial de crescimento: É uma variável qualitativa, que busca medir o as perspectivas de crescimento do setor. Havendo potencial para crescimento, novos investimentos podem ser feitos, ampliando a capacidade instalada e o tamanho do setor. 6) Investimentos no setor eólico: Variável que é a principal responsável pelo crescimento do setor de energia eólica. Com os investimentos, além da 50

64 construção de novas usinas, uma maior eficiência pode ser alcançada. O investimento é fator crucial para o crescimento de qualquer setor ou empresa. 7) Tecnologia no setor eólico: A tecnologia varia conforme investimentos em pesquisa e desenvolvimento vão sendo feitos. Com o passar dos anos podese constatar o avanço tecnológico no setor eólico que possibilita não apenas a existência de aerogeradores mais potentes, mas também a eficiência dos mesmos, sendo assim a tecnologia é responsável tanto pelo aumento da capacidade instalada quanto da capacidade efetiva. 8) Área potencial disponível: Toda usina de geração eólica necessita de área para ser implantada. Esta variável representa as áreas de localidades onde é viável a implantação de usinas de geração de energia elétrica por meio da energia eólica. Esta variável é um fator limitante ao crescimento do setor, a tecnologia de instalação de aerogeradores no mar, por exemplo, expande o limite, mas não muda o fato de a área ser um recurso limitador ao crescimento. 9) Área ocupada: Esta variável representa as áreas das localidades onde há viabilidade de implantação de aerogeradores, entretanto essas áreas já se encontram em utilização. 10) Velocidade média dos ventos: Variável exógena, não pode ser controlada por atores do setor. Dela depende a geração de energia. Quanto maior a velocidade, maior será a energia gerada. 11) Variabilidade da velocidade de ventos: Esta variável também é exógena, mas ao contrário da velocidade média, quanto maior a variabilidade, menor é a energia gerada pois os aerogeradores operam em faixas de velocidades, alguma velocidade fora da faixa específica para um aerogerador faz com que o mesmo não opere gerando energia. 51

65 12) Incentivos governamentais: Incentivos governamentais podem vir por meio de leis ou programas de investimento que facilitem o investimento e a construção de novas usinas geradoras 13) Confiança do público: Por ser um modo de geração de energia elétrica relativamente novo, a energia eólica pode gerar desconfiança no público geral a respeito da capacidade da mesma de suprir a demanda. É um fator qualitativo beirando a subjetividade, mas que tem sua importância como autor do setor. 14) Lobby dos setores tradicionais: Variável responsável por tentar diminuir os incentivos governamentais, ou até gerar barreiras para o setor de energia eólica. O lobby tende a ganhar força quando há pouca confiança do público da geração de energia por fonte eólica 15) Custos de operação e manutenção: Como em toda indústria, os custos aumentam conforme a mesma cresce. Sendo assim, esta variável representa uma resistência natural ao crescimento do setor eólico, entretanto não vem a ser um fator impeditivo. 16) Demanda da energia elétrica: É a demanda nacional pela energia eólica, que vêm crescendo ao longo dos anos como pode ser visto no item ) Preço da energia elétrica: Preço geral cobrado em várias instâncias. No Brasil, dependendo do tipo de consumidor, um preço diferente é pago, Entretanto, eles variam conjuntamente, esta variável mede o preço em geral não sendo específico para os tipos diferentes de consumidores. 18) Atividade econômica: Variável exógena ao modelo considerado. A atividade econômica do país influencia diretamente o consumo de energia elétrica e de combustíveis fósseis. 19) Quantidade de chuvas: Esta variável exógena cuja importância é devida ao impacto que ela possui na geração de energia elétrica por meio da fonte hídrica. 52

66 20) Capacidade Hidrelétrica efetiva: É a quantidade de energia que a matriz hidrelétrica pode gerar, é dependente do ciclo das chuvas e também de características específicas de casa usina. 21) Oferte de energia hidrelétrica: É o somatório da energia elétrica gerada por todas usinas hidrelétricas incluindo as pequenas centrais hidrelétricas. 22) Energia gerada por termelétricas: No Brasil, quando a energia proveniente das hidrelétricas não é suficiente para atender a demanda, as termelétricas são ativadas para complementar a geração. É uma energia mais cara, portanto essa variável provoca aumento no preço da energia 23) Oferta de energia térmica: É o total de energia elétrica gerada proveniente de usinas termelétricas. 24) Oferta de energia elétrica: É a soma total que os empreendimentos de geração de energia elétrica podem oferecer, nesta oferta estão inclusas as importações, as energias geradas por usinas hidrelétricas, termelétricas, eólicas e as demais fontes. 25) Preço da energia elétrica: É o preço de venda da energia elétrica, que quanto mais alto, maior é o favorecimento a novos investimentos 26) Preço do crédito de carbono: É uma variável exógena que pode afetar positivamente o potencial de crescimento caso seu valor seja alto. Além das descrições, podemos classificar as variáveis em exógena (quando o sistema não exerce influência sobre ela) ou endógena, qualitativa ou quantitativa, fluxo ou estoque conforme o quadro a seguir. 53

67 4.2.2 Identificação dos Principais Circuitos de Feedback 1) Circuito de Crescimento Natural do Setor (Médio Prazo - 5 a 10 anos) Figura 19 Circuito de Feedback 1 Fonte: própria A capacidade instalada tende a aumentar os lucros visto que com a demanda por energia eólica crescente a maior parte da energia será vendida, gerando receitas e lucro, por conseguinte. Com maiores lucros o setor pode além de atrair mais entrantes devido à expectativa de lucros satisfatórios aumenta o potencial de crescimento para o setor à medida que o mesmo vai ganhando visibilidade. O potencial de investimentos 54

68 sendo maior propicia um aumento no volume de investimentos visto que os empreendimentos eólicos se demonstram rentáveis. Esse volume maior de investimentos propicia, ao médio ou longo prazo, maior tecnologia e capacidade instalada, completando o ciclo. 55

69 2) Circuito de Compensação Natural ao Crescimento (Médio Prazo - 5 a 10 anos) Figura 20 Circuito de Feedback 2 Fonte: própria Com o aumento da capacidade eólica instalada, sua capacidade efetiva, consequentemente, também é aumentada em detrimento do número de aerogeradores na captação de energia. Com esse aumento, naturalmente, os custos de operação e manutenção também irão se elevar. Os aumentos dos custos contribuem para a diminuição do lucro do setor eólico. Com a diminuição dos lucros do setor, o potencial do mesmo também fica comprometido diminuindo-se os investimentos no setor, o que justificaria uma diminuição na capacidade eólica instalada, completando o equilíbrio do 56

70 ciclo. O ciclo não é de reforço, pois vendo-se deste ângulo, o aumento da capacidade eólica instalada geraria uma diminuição da mesma capacidade, equilibrando a variável. 57

71 3) Circuito de Aceleração devido Incentivo da Oferta de Energia (Longo Prazo - 10 a 30 anos) Figura 21 Circuito de Feedback 3 Fonte: própria A capacidade eólica instalada aumenta a capacidade eólica efetiva, pois quanto mais aerogeradores estiverem ativos, maior a energia que será gerada. O aumento da capacidade eólica efetiva provoca o aumento da oferta de energia eólica, que por sua vez aumenta a oferta de energia elétrica total. Pela lei da oferta e da procura, o aumento da oferta provoca pressões para que o preço diminua, como a demanda tem comportamento contrário ao preço, essa demanda aumentará, o que provocaria maior preocupação do governo tanto no curto quanto no médio prazo para suprir essa 58

72 demanda, com os incentivos advindos destas preocupações, os investimentos aumentariam e causariam com o tempo maior número de usinas aerogeradoras. 59

73 4) Circuito de Desaceleração devido a Excesso de Oferta de Energia (Longo Prazo - 10 a 30 anos) Figura 22 Circuito de Feedback 4 Fonte: própria Neste circuito, temos, novamente, o aumento da capacidade de energia eólica instalada justificando o aumento da capacidade eólica efetiva pelo aumento da quantidade dos aerogeradores. Com o aumento dos aerogeradores, aumenta-se também a oferta de energia eólica, que contribui para o aumento da energia elétrica em geral. Pela lei da demanda e da oferta, com o aumento da oferta, naturalmente espera-se uma queda do preço da energia elétrica. Essa queda, assim como no circuito 2 ( Circuito de Compensação Natuaral ao Crescimento), provocaria uma diminuição dos lucros do 60

74 setor eólico, diminuindo o potencial de crescimento do setor e, por conseguinte, sua visibilidade atrativa e, então, seus investimentos. Com a diminuição, tem-se uma redução na capacidade eólica instalada, equilibrando o ciclo. 61

75 5) Circuito de Crescimento pela via Política (Longo Prazo - 10 a 30 anos) Figura 23 Circuito de Feedback 5 Fonte: própria Este ciclo se caracteriza pela existência de variáveis qualitativas confiança do público, lobby dos outros setores e incentivos governamentais e dados quantitativos que seriam a capacidade efetiva, capacidade instalada e os investimentos. Com uma maior capacidade instalada e efetiva, o público, com o tempo, vai adquirindo confiança no setor, quanto mais credibilidade ante ao público o setor tem, a força do lobby dos setores mais tradicionais diminui, de forma a desimpedir incentivos governamentais, que, 62

76 desimpedidos, propiciam maiores investimentos, os quais por sua vez vão com o tempo aumentar a capacidade eólica efetiva no médio prazo. Caso por causa de fatores climáticos, a capacidade efetiva diminua, o ciclo poderá provocar encolhimento do setor no curto prazo ou no momento em que os fatores climáticos se tornem advsersos. 63

77 6) Circuito de Limitação do Crescimento devido a Disponibilidade de Área (Longo Prazo - 10 a 30 anos) Figura 24 Circuito de Feedback 6 Fonte: própria Com o aumento da capacidade eólica instalada, temos o aumento da quantidade de aerogeradores. Com esse aumento, a área ocupada pelos mesmos aumenta, diminuindo, consequentemente, a área potencial disponível. Com a diminuição da área potencial disponível, o potencial de crescimento do setor também fica prejudicado, diminuindo a atratividade do setor no médio prazo e, com isso, seus investimentos. Com 64

78 a diminuição dos investimentos, diminui-se a capacidade eólica instalada ou limita o crescimento da mesma, completando o circuito de equilíbrio. 65

79 7) Circuito de Limitação doo Crescimento devido ao Custo da Área disponível (Longo Prazo - 10 a 30 anos) Figura 25 Circuito de Feedback 7 Fonte: própria Com o aumento da capacidade eólica instalada, o que se traduz no aumento do número de aerogeradores como mencionando anteriormente, tem-se consequentemente um aumento da área ocupada, o que reflete uma diminuição à longo prazo da área potencial disponível. Com a diminuição da área potencial disponível, tem-se um aumento no custo da área pela lei da oferta e demanda. Aumentando-se o custo da área, este contribui para um aumento no que diz respeito aos custos gerais de operação e manutenção. 66

80 Como esperado, o aumento dos custos implica diminuição dos lucros do setor eólico. Por sua vez, diminuindo-se os lucros, o potencial de crescimento do setor é comprometido e, junto a ele, os investimentos no setor eólico. Com a diminuição dos investimentos no setor, a capacidade eólica instalada se reduz, completando o ciclo de equilíbrio. Existem outros circuitos de feedback, porém os mais essenciais para a compreensão do modelo são citados acima. De posse do modelo e da identificação dos principais circuitos, bem como de caminhos importantes, pode-se avançar para a próxima etapa que é a análise de cenários provenientes do modelo. 67

81 5 Análise de resultados: a confecção de cenários Do presente modelo estudado no capítulo anterior, relacionando diversos fatores que influenciam o setor de energia eólica brasileiro, tira-se uma compreensão ampla sobre as influências de diversas variáveis e do comportamento e funcionamento do sistema. As variáveis do modelo possuem intensidade de influência diferentes, algumas são mais relevantes que outras em sua capacidade de influenciar o sistema como um todo. A título de exemplo, no Brasil, a capacidade de geração de energia hídrica em contraponto à demanda de energia elétrica tem influências significativas no crescimento. Caso a demanda esteja alta e capacidade hídrica relativamente baixa, a tendência é de os investimentos em energia eólica aumentarem rapidamente. De posse destas informações e no conhecimento construído no capítulo 4, dáse início a elaboração de cenários, prevendo as possíveis condições futuras do setor de energia eólica brasileiro. 5.1 Dimensões analisadas para elaboração dos cenários Para elaborar os cenários da modelagem da capacidade eólica instalada, foram consideradas 3 dimensões: Atividade econômica e Demanda de Energia Elétrica, Capacidade Hídrica e Regime de ventos Demanda de Energia Elétrica: Nesta dimensão foram definidas duas possibilidades, 1) Business as Usual: Este termo para o crescimento da energia infere que a tendência futura, será a repetição do padrão do passado e do presente. De acordo com a Fundação Getúlio Vargas (FGV), a demanda de energia 68

82 elétrica crescerá entre 3,1% e 3,9% até o ano de Este índice de crescimento será considerado para as análises dos cenários. 2) Crescimento lento: considera-se crescimento lento neste estudo, o crescimento abaixo da faixa estimada pela FGV. Seria o caso por exemplo de o país permanecer em situação econômica desfavorável, o que provocaria um menor crescimento da demanda devido à um esfriamento da economia Capacidade Hídrica É a capacidade de geração de energia elétrica por meio da fonte hídrica. Neste modelo foram contempladas duas possibilidades: 1) Expansão a curto prazo: seria o caso de investimentos maciços em mais hidrelétricas com reservatórios para que fique menos vulnerável às questões climáticas. Essa dimensão também comporta investimentos mais urgentes em ampliação de capacidade de hidrelétricas atuais e construção de novas usinas. Esta possibilidade é de difícil ocorrência, pois seria de difícil aprovação devido à legislação ambiental. 2) Expansão a longo prazo: O país continuará investindo na matriz hídrica pois esta é a fonte mais barate atualmente no Brasil. Entretanto, os investimentos podem se dar à um passo mais lento, com resultados perceptíveis a longo prazo Disponibilidade de terras Esta dimensão avalia a atual conjuntura de terras disponíveis para instalação de usinas eólicas. Visto que a disponibilidade afeta o preço que o investidor pagará pelo 69

83 uso da área, além de limitar fisicamente a instalação de novos aerogeradores. Dimensão que avalia se a velocidade e a variabilidade dos ventos possibilitam, facilitam ou dificultam a instalação de novos aerogeradores ou, então, se garantem a continuidade dos que já existem. Esta dimensão contempla duas possibilidades: 1) Abundante: Considera-se, no presente estudo, disponibilidade abundante de terras a situação atual, onde há incentivos governamentais e uma necessidade grande de expansão da capacidade geradora brasileira. Neste caso, as áreas para instalação de aerogeradores têm preços acessíveis, incentivando o investimento. Também, a qualidade do vento se mantém constante do jeito que é atualmente ou fica ainda mais propícia para a construção de novas usinas. 2) Escasso: A legislação, seja ela ambiental ou de outra forma, pode reduzir a quantidade de terras disponíveis para empreendimentos do setor eólico. Isso limitaria o número de usinas novas a serem instaladas. Outro efeito da escassez seria o maior preço a ser pago pela utilização da área. 70

84 5.2 Os Cenários O quadro 11 agrupa todas as possibilidades de cenários decorrentes das dimensões e possibilidades apresentadas. Quadro 11 Possibilidades de cenário Fonte: própria Demanda de energia Business As Usual - BAU Crescimento Lento Capacidade Hídrica Ampliação a curto-médio prazo Ampliação a longo prazo Disponibilidade de áreas Abundante A B Escasso C D Abundante E F Escasso G H Todos os cenários descritos que apresentam crescimento não contemplam o atingimento do limite máximo devido ao fato de este limite de capacidade instalada não ser conhecido. Cabe observar que todos os gráficos que contemplam a evolução da capacidade eólica instalada em cada cenário têm como ponto de partida a capacidade eólica instalada atual. Todos os cenários estão acompanhados de um gráfico baseado em inferências do modelo considerado. 71

85 Cenário A O resultado do crescimento rápido da demanda de energia poderia provocar um crescimento vigoroso do setor de energia eólica. No entanto, como a capacidade hídrica, com sua ampliação no curto prazo não permitiria uma expansão da atividade eólica muito além do usual. O circuito 1 (Circuito de Crescimento Natural do Setor) é responsável pelo crescimento neste caso, que é o mais próximo da realidade. Além do circuito 1, pode-se citar a influência do circuito 5 (Circuito de Crescimento pela via Política) devido aos incentivos ao setor na busca de expandir a oferte de energia elétrica para atender a demanda e cita-se o circuito 6 (Circuito de Limitação do Crescimento devido a Disponibilidade de Área), que no longo prazo limita a expansão do setor. A figura abaixo, de cunho qualitativo, demonstra o crescimento do setor também se expande, o crescimento do setor eólico será acentuado ou não dependendo do quanto a expansão da capacidade hídrica acompanha o crescimento da demanda de energia. Encontramos neste cenário um crescimento oscilatório no início devido à influência do circuito 1 e do circuito 2 (Circuito de Compensação Natural ao Crescimento), após a etapa de oscilação no curto prazo, o setor cresceria de forma exponencial e conforme a capacidade se aproxima do limite, o crescimento é desacelerado, alcançando o limite no longo prazo. Figura 26 Crescimento do setor eólico de acordo com o cenário A Fonte: própria 72

86 Cenário B Neste cenário, o crescimento do setor de energia eólica se encontra limitado ao crescimento da demanda e restringido pela ampliação da capacidade hídrica à curtomédio prazo. Neste cenário o crescimento do setor eólico seria lento devido ao fato de a demanda ser atendida em grande parte pela fonte hidrelétrica. Uma demanda desaquecida, provocaria uma diminuição dos incentivos à instalação de novas usinas. O crescimento continuaria ocorrendo pois a energia eólica é competitiva e o país busca diversificação de sua matriz energética no médio e longo prazo, por tais fatos os incentivos não seriam drasticamente diminuídos de forma que o circuito 5 (Circuito de Crescimento pela via Política) continuaria proporcionando crescimento. O circuito 4(Circuito de Desaceleração devido a Excesso de Oferta de Energia) seria o mais ativo nesse sistema devido à desaceleração devido ao excesso de oferta que aconteceria no longo prazo. Devido aos delays envolvidos no circuito 4, a capacidade instalada apresentaria um crescimento oscilatório no caso deste cenário. Inicialmente a capacidade instalada crescerá de forma oscilatória devido à influência dos circuitos 1 (Circuito de Crescimento Natural do setor) e 2 (Circuito de Compensação Natural ao Crescimento) até que chegará a um ponto em que o crescimento se tornará linear com a acomodação do mercado seguido de um crescimento oscilatório bastante lento devido à demanda de energia baixa e uma oferta alta de energia hidrelétrica. 73

87 Figura 27 Crescimento do setor eólico de acordo com o cenário B Fonte: própria Cenário C Com a demanda crescente, e uma expansão da capacidade hídrica à curtomédio prazo, seria uma situação favorável para o setor eólico, devido aos incentivos e à necessidade de diversificação da matriz energética. Entretanto, neste cenário, o setor eólico se depararia com a dificuldade devido à escassez de terras. Os circuitos 6 (Circuito de Limitação do Crescimento devido a Disponibilidade de Área) e 7(Circuito de Limitação doo Crescimento devido ao Custo da Área disponível) representam as maiores restrições neste cenário. Pois a disponibilidade de terras sendo baixa, o limite seria atingido mais rapidamente além do preço de utilização da área seria elevado. Com a expansão da capacidade hídrica no curto-médio prazo, o setor eólico continuaria se expandindo lentamente, e perderia participação no mercado de energia. O circuito 1 (Circuito de Crescimento Natural do Setor) não seria forte neste setor pois os lucros seriam pequenos devido aos altos custos de operação neste cenário. Portanto, teríamos um crescimento lento onde o limite de capacidade instalada não seria alcançado. Como 74