FÓRUM ABINEE TEC Energias Alternativas Renováveis: Eólica, Biomassa, PCH e Solar

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1 FÓRUM ABINEE TEC 2009 Energias Alternativas Renováveis: Eólica, Biomassa, PCH e Solar Jorge Lima ELETROBRÁS São Paulo, 2 de junho de 2009

2 Grandes Desafios do Século XXI Administrar o crescimento ordenado das populações; Garantir padrões mínimos de qualidade de vida para essas populações; Utilizar de forma consciente os recursos naturais, mantendo o equilíbrio do ecosistema da Terra; Reduzir a poluição e evitar danos ao meio ambiente: Administrar os recursos que colocam em risco a sustentabilidade do planeta: Água; Alimentos; Energia.

3 Grandes Desafios do Século XXI Aumentar a produção de energia (eletricidade, transporte etc.) sem grandes impactos ao meio ambiente; Buscar novas alternativas e tecnologias para aumentar a oferta de energia; Reduzir os riscos de suprimento, por diversificação da Matriz Energética; Aumentar a geração distribuída de energia elétrica; Superar as instabilidades econômica e política relativas à comercialização do petróleo; No caso do Brasil, os grandes potenciais, junto aos centros de consumo, já estão esgotamento.

4 Geração de Energia Elétrica O Brasil tem uma forte tradição de geração a partir de energia renovável (limpa) Brasil Mundo Fonte: MME

5 Cenário de Crescimento Comparação da Carga de Energia (MW médios) PDE 2008/2017 e 1ª Revisão Quadrimestral de 2009 (*) SIN SIN (PDE 2008/2017) Crescimento % 5,4 5,2 4,6 6,2 4,5 4,4 4,4 4,8 4,5 SIN (1ª Rev./09 ONS/EPE) Crescimento % 1,5 6,2 4,8 6,4 4,3 4,4 4,4 4,8 4,5 (*) Inclui as interligações dos sistemas isolados Acre/Rondônia e Manaus/Macapá SIN (PDE 2008/2017) SIN 1ª Rev/09 ONS/EPE Fonte: ONS/EPE (*) Foram consideradas para a projeção até 2017 as taxas de crescimento do PDE

6 Cenário Futuro Será necessário um adicional de ~ MWmed de geração até Fonte Energia Necessária Potência a Instalar Nuclear MWmed 0,9 = MW Hidroelétrica MWmed 0,6 = MW Biomassa MWmed 0,4 = MW Eólica MWmed 0,4 = MW Solar MWmed 0,25 = MW Nenhuma fonte é capaz de suprir esta necessidade, por si só. Não poderemos abrir mão de qualquer fonte de geração disponível para suprir esta demanda futura.

7 Tecnologias Maduras Eólica Tecnologia madura na Europa, Estados Unidos e Ásia. A capacidade instalada no mundo, em dez. 2008, era superior a MW. No Brasil são 33 usinas em operação, com potência instalada de ~ 410 MW e 7 usinas em construção com potência de ~ 340 MW. Temos excelentes recursos eólicos e capacidade industrial. Precisamos de um pouco mais experiência e programas de longo prazo para atingirmos o domínio desta tecnologia. Biomassa Larga experiência nos diversas segmentos de geração com esta tecnologia. Atualmente são 330 usinas com mais de MW instalados. O bagaço de cana de açúcar é empregado em 269 empreendimentos de geração atingindo mais de MW instalados.

8 Tecnologias Maduras PCH Experiência centenária, superando MW instalados, em mais de 418 empreendimentos em operação. Temos um potencial muito grande a ser, ainda, explorado. Solar Experiência em Fotovoltaica (PV) e Solar Térmica de baixa temperatura. Na tecnologia PV, estima-se que cerca de sistemas tenham sido instalados, com potência da ordem de 20 MW. Na área de aquecimento de água, mais de 4x10 6 m 2 de coletores já foram instalados, proporcionando economia da ordem de 1TWh em Em termos de recurso solar, pode-se dizer que o Brasil é o país com maior potencial do mundo, devido a sua localização geográfica. Embora seu potencial seja gigantesco, pouco tem sido explorado. Falta uma política de implantação de sistemas PV integrados à rede.

9 EÓLICA

10 Utilização da Energia Eólica Desenvolvimento e uso de turbinas eólicas de pequeno porte para suprimento de energia em comunidades isoladas Acidente de Chernobyl 26/04/ II Guerra Pouca pesquisa de aerogeradores de grande porte Uso intensivo de combustíveis fósseis Choque do Petróleo Novas pesquisas em energia eólica Turbinas de 1.5 a 2.0 MW UsinasOffshore Desenvolvimento da Indústria Alemã

11 Evolução da Potência das Turbinas Eólicas Fonte: DEWI

12 Potência Eólica Instalada no Mundo (GW) Fonte: WWEA

13 Dependência dos Ventos Potência = F V F = Cp ½ ρ A V 2 Potência no eixo: P = Cp 1/2 ρ A V 3 Onde ρ é a massa específica do ar 1,22 kg/m 3 A é a área varrida pelas pás em metros quadrados (m 2 ) V é a velocidade do vento em metros por segundo (m/s) Cp é o coeficiente de potência

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18 Estimativa de Aproveitamento NE MW S MW 20% do potencial 20% do potencial Fator de capacidad e 40% Fator de capacidad e 35% MWmédios MWmédios Fonte: Atlas do Potencial Eólico Brasileiro

19 Facilitar o Acesso 4,000 km

20 BIOMASSA

21 Viabilidade para a Geração Preço de Venda da Energia Credito de Carbono RECEITA TOTAL R$ 140,00 / MWh R$ 10,00 / MWh R$ 150,00 / MWh Limite Médio Disponível para Compra de Combustível Considerando PCI = Kcal/Kg - R$ 60,00 / MWh 21 Kgf/cm² o C h = 16% 2,7 Ton MWh = R$ 22,25 / Ton 42 Kgf/cm² o C h = 22% 2,0 Ton MWh = R$ 30,00 / Ton 64 Kgf/cm² o C h = 26% 1,7 Ton MWh = R$ 35,30 / Ton PCI Poder Calorífico Inferior Fonte: AREVA KOBLITZ

22 Considerações básicas Safra de 500 Milhões de Toneladas de Cana 2008/2009 Produção de açúcar e álcool: 50% Açúcar 50% Álcool 250 Milhões TC Açúcar: - 25 Milhões Ton Açúcar; Milhões litros de Álcool; 250 Milhões TC Álcool: Milhões litros de Álcool. Potencial de longo prazo para geração de energia elétrica: ~ MWmed (de 10 a 15 anos) Fonte: AREVA KOBLITZ

23 Exemplo de Geradora UTE - RUETTE

24 PCH Pequena Central Hidroelétrica Classificação: Projetos com potência até 30MW; Estudos de viabilidade aprovados pela ANEEL; Projetos são otimizados visando o melhor aproveitamento possível; Potencial existente superior a MW; Potencial em diversas regiões do país; Tecnologia 100% dominada no Brasil; Baixo impacto ambiental.

25 SOLAR

26 O Sol envia para a Terra energia equivalente a cerca de vezes o atual consumo mundial de energia bruta

27 Sol - Fonte Inesgotável Para a nossa escala tempo o Sol pode ser considerado uma fonte inesgotável de energia. A energia incidente na superfície terrestre é vezes superior ao seu consumo global atual de energia primária. As fontes renováveis de energia, exceto a geotérmica, derivam da energia solar Dados Relevantes: Energia Solar Anual Disponível na Superfície Terrestre: ~ 900 x 10 6 TWh Consumo Mundial de Energia Primária (2008): ~ 18 Gtoe ou ~ 85 x 10 3 TWh Eficiências de Conversão (comercial): FV: 8-16%, Heliotérmica: 16-23%, Aquecimento 40-60%

28 Tecnologias Disponíveis Solar Fotovoltaica Solar Térmica de baixa temperatura Solar Térmica de alta temperatura

29 Atlas Solarimétrico do Brasil

30 Média Anual ATLAS SOLARIMÉTRICO DO BRASIL Colômbia Venezuela 18 RORAIMA Guiana 18 Suriname Guiana Francesa AMAPÁ 18 AMAZONAS Anual CARTA 3.14 Radiação solar global diária, média anual 2 ( MJ/ m. dia ) Coordenador do Projeto GRUPO FAE - Grupo de Pesquisas em Fontes Alternativas de Energia-DEN/CT/UFPE CHESF - Companhia Hidro Elétrica do São Francisco CEPEL - Centro de Pesquisa de Energia Elétrica Peru ACRE PARÁ MARANHÃO CEARÁ MATO GROSSO DO SUL SÃO PAULO Paraguai 16 PARANÁ SANTA CATARINA Argentina RIO GRANDE 16 RIO GRANDE DO NORTE PARAÍBA PIAUÍ PERNAMBUCO ALAGOAS TOCANTINS RONDÔNIA 18 BAHIA MATO GROSSO 18 Bolívia DF 18 GOIÁS MINAS GERAIS ESPÍRITO SANTO RIO DE JANEIRO SERGIPE O C E A N O A T L Â N T I C O Consultoria Técnica 16 DO SUL ESCALA GRÁFICA km Uruguai 59 59

31 Atlas de Irradiação Solar 1a. Versão publicada em outubro de 98 pelo LABSOLAR/UFSC e pelo INPE. É uma aplicação do modelo físico BRAZILSR, baseado em dados de satélite geoestacionário. É representado por um conjunto de mapas de irradiação global.

32 Tecnologia Fotovoltaica - Histórico Becquerel descobre o efeito fotovoltaico num eletrólito Adams descobre o efeito FV num semicondutor Shottky estabelece a teoria do efeito fotovoltaico Pearson, Fuller e Chapin - Primeira célula FV prática (mono-silício) Primeiras células FV para alimentar um satélite (Vanguard I) década de 60 - aplicações espaciais da tecnologia FV

33 Os Inventores

34 Tecnologia Fotovoltaica - Histórico década de 70 - Lindmeyer et al. fazem desenvolvimentos importantes nas células FV, incluindo a célula de Poly-Si final da década de 70 - aplicações terrestres superam aplicações espaciais da tecnologia FV (telecomunicações) década de 80 - centrais fotovoltaicas piloto de médio porte (dezenas a centenas de kwp) instaladas na Europa e EUA década de 90 - utilização de tecnologia FV para eletrificação rural na maioria dos países em desenvolvimento

35 Tecnologia Fotovoltaica - Histórico início das atividades do CEPEL na área de energia fotovoltaica; convênio CEPEL/NREL (US DoE) para eletrificação rural em vários estados início do trabalho conjunto do CEPEL com o MME/DNDE no PRODEEM produção anual mundial de 80 MWp de células fotovoltaicas 2006 produção mundial deverá atingir MWp

36 Tecnologia Fotovoltaica - Aplicações Satélites de comunicação, sensoreamento, pesquisa etc

37 Tecnologia Fotovoltaica - Aplicações Estações repetidoras de micro-ondas, rádio VHF/UHF ou TV

38 Tecnologia Fotovoltaica - Aplicações Sistemas de Telemetria Monitoração Ambiental: estações de medições meteorológicas, pluviométricas, hidrológicas, anemométricas, monitoração de poluição, etc.

39 Tecnologia Fotovoltaica - Aplicações Produtos de consumo: relógios, calculadoras, carregadores de pilhas NiCd, NiMH, brinquedos etc.

40 Tecnologia Fotovoltaica - Aplicações Sinalização de aeroportos Propaganda comercial

41 Tecnologia Fotovoltaica - Aplicações PV-shaded parking in Los Angeles, California

42 Energia Solar Fotovoltaica para Geração de Energia Elétrica

43 Tecnologia Fotovoltaica Tipos de Sistemas Autônomos - alimentam cargas elétricas exclusivamente a partir de energia solar fotovoltaica; são normalmente empregados em locais remotos não atendidos pela rede elétrica e/ou para eletrificação rural Conectados à Rede Elétrica - alimentam parcialmente uma carga e/ou suprem energia à rede elétrica convencional

44 Arquipélago de São Pedro e São Paulo Estação Científica Arquipélago São Pedro e São Paulo painel fotovoltaico de 3.6kWp dessalinizacão de água em operacão desde jun/98 projeto do CEPEL para a CIRM Vista aérea da Estação Científica

45 Sistema Fotovoltaico Residencial Conectado à Rede Elétrica

46 Tecnologia Fotovoltaica Sistemas Conectados à Rede Sistemas Montados em Telhados ( rooftop ) ou Fachadas - alimentam parcialmente um prédio qualquer, injetando o possível excedente de energia na rede elétrica (ex. residências com tarifador bidirecional) Centrais Fotovoltaicas - funcionam como uma usina geradora, suprindo energia à rede elétrica convencional existente (ex. reforço de linhas de distribuição)

47 Medição do Balanço de Energia KWh Rede Arranjo Fotovoltaico Unidade de Controle e Condicionamento de Potência PC Carga

48 Tecnologia Fotovoltaica Sistemas Conectados à Rede Sistema fotovoltaico sobre o telhado de um condomínio residencial - Japão

49 Telhado Solar - CEPEL Sistema fotovoltaico sobre o telhado CEPEL

50 Telhado Solar - CEPEL Equipamentos de sistema fotovoltaico do telhado CEPEL

51 Tecnologia Fotovoltaica Sistemas Conectados à Rede Central Fotovoltaica Neurather See (Alemanha) 360kWp

52 Tecnologia Fotovoltaica Sistemas Conectados à Rede Número de módulos: 1,440 Área Total : 3,311 m 2 Potência: 325 kw Geração anual: 274,000 kwh

53 Aplicações de Sistemas Fotovoltaicos Apresenta um enorme potencial para aplicações remotas; Programas em diversos países para aplicações socias e produtivas no meio rural; Programas para a redução do consumo de combustíveis fósseis redução de emissões (efeito estufa); Sistemas Híbridos, principalmente em sistemas isolados.

54 Energia Solar Fotovoltaica MERCADO

55 Tecnologia - Tendências Produção de módulos fotovoltaicos em 2007: ~ 80 % silício na forma cristalina (single + poly) ~ 15 % filmes finos (incluindo silício) ~ 5 % outras formas

56 Produção Mundial MWp ~ 36% de crescimento MWp ~ 41% de crescimento MWp ~ 36% de crescimento MWp ~ 60% de crescimento MWp ~ 50% de crescimento MWp ~ 42% de crescimento MWp ~ 49% de crescimento MWp ~ 42% de crescimento (*) (*) estimado

57 Potência Instalada 1800 Cumulative installed PV Power in IEA-PVPS countries (MW) Source: IEA Photovoltaic Power Systems Programme 1.782,04 * , , ,9 136,2 163,9 198,6 244, , * * estimate Acumulado até 2008 = ~ MW Cerca de 10 X o acumulado até 2003

58 Produção Mundial Fonte: European Comission Institute for Energy

59 Os Maiores Produtores Fonte: European Comission Institute for Energy

60 Os Maiores da Europa Fonte: European Comission Institute for Energy

61 Produção, Capacidade e Planejado Fonte: European Comission Institute for Energy

62 Mercado por Aplicação Source: PV News, July 2007

63 Participação das Tecnologias Source: PV News, May 2007

64 Tendência Tecnológica

65 Produção de Filmes Finos

66 Energia Produzida e Payback System Energy Payback Times for Several Different Photovoltaic Module Technologies. (1700 kwh/m 2 /yr and 75% performance ratio for the system compared to the module) Cell Technology Single-crystal silicon Non-ribbon multicrystalline Ribbon multicrystalline Energy Payback Time (EPBT) 1 (yr) Energy Used to Produce System Compared to Total Generated Energy 2 (%) Total Energy Generated by System Divided by Amount of Energy Used to Produce System Cadmium telluride V. Fthenakis and E. Alsema, "Photovoltaics energy payback times, greenhouse gas emissions and external costs: 2004-early 2005 status, " Progress in Photovoltaics, vol. 14, no. 3, pp , Assumes 30-year period of performance and 80% maximum rated power at end of lifetime.

67 Tecnologia Solar Térmica

68 Concentrador - Cilindro Parabólico Possui uma única linha focal horizontal Rastreamento do sol em um eixo (Leste Oeste) Irradiação Direta Normal diária média mensal (mês + crítico) Temperaturas: ~ 390 C Planta na Califórnia (SEGS)

69 Concentrador Torre Central Coletores com acompanhamento do sol em dois eixos (campo de heliostatos) Irradiação direta normal diária média mensal (para + crítico) Temperatura: ~ 565 C Planta na Califórnia (Solar Two)

70 Concentrador Disco Parabólico Rastreia o sol em dois eixos concentrando energia em receptor no ponto focal do disco Irradiação Direta Normal diária média mensal (para mês crítico) Temperatura: ~ 750 C Planta Disco/Stirling na Alemanha (SBP)

71 Região Apropriada Região no NE do Brasil que apresenta níveis satisfatórios para aplicação de Geração Heliotérmica

72 Fator de Capacidade

73 Custos de Sistemas de Geração Elétrica Sistemas Custos (US$/kW) Fotovoltaico a Cilindro Parabólico a Torre Central a Disco Parabólico a

74 Custos

75 Barreiras de Mercado Imprecisão na contabilização dos custos ambientais no preço das energias convencionais; Até pouco tempo não havia isenção do II, IPI, etc nos equipamentos associados às renováveis; Rigidez das estruturas institucionais, políticas e regulamentares; Convicção cultural de que a utilização das tecnologias de renováveis é cara, de risco elevado e de baixa relevância para o sistema; Localização remota de alguns recursos renováveis.

76 Conclusões A biomassa, principalmente a de cana de açucar, apresenta um enorme potencial de aplicação, inclusive de longo prazo; A PCH é uma tecnologia de geração de energia utilizada há muitos anos, com uma participação na matriz cada vez maior; A energia eólica tem uma capacidade enorme de se integrar ao sistema elétrico, principalmente pela complementaridade ao regime hidrológico, permitindo melhorar o armazenamento nos reservatórios; A energia solar já é economicamente viável em diversas aplicações; Num horizonte de 10 a 20 anos sua participação será grande na matriz elétrica mundial; O Brasil apresenta um enorme potencial para aplicação de energia solar, em todas as tecnologias; É necessário que se estabeleça uma política nacional, o mais breve possível, incentivando, inclusive, os sistemas conectados à rede; Novas tecnologias poderão depender da solar; Custos: forte dependência da escala de produção.

77 Obrigado pela atenção