Resíduos sólidos urbanos e energia: um estudo prospectivo da inserção da geração de energia com RSU e seus impactos no sistema elétrico do Paraná

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1 Resíduos sólidos urbanos e energia: um estudo prospectivo da inserção da geração de energia com RSU e seus impactos no sistema elétrico do Paraná Fabrízio Nicolai Mancini 1 Christian Luiz da Silva 2 Tarso de Leon Wu Kussaba 3 Luiz Francisco Cavassin 4 Claudinei Ferraz 5 RESUMO Os resíduos sólidos urbanos (RSU) tem diversos impactos na sociedade, gerando demandas sociais e ambientais. No Brasil o Ministério do Meio Ambiente (MMA) fixou o Plano Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS), apresentando políticas públicas estratégicas para o setor, fomentando a utilização deste recurso para a geração de energia. Na mesma medida presenciam-se em outras áreas o mesmo intuito, especificamente o Plano Nacional de Energia 2030 e suas evoluções, bem como Estratégia Nacional de Ciência, Tecnologia e Inovação (Encti). O Paraná possui o Plano de Regionalização da Gestão Integrada de Resíduos Sólidos Urbanos do Estado do Paraná (PEGIRSU-PR SEMA-PR, 2013) e o Plano Estadual de Resíduos Sólidos do Paraná (PERS-PR SEMA-PR, 2017), o primeiro apontando as diretrizes para a integração até 2031 de um sistema relativamente complexo de gestão 1 UTFPR/PPGTE/PD2T 2 UTFPR 3 Faculdades Estácio de Curitiba 4 Faculdades Estácio de Curitiba 5 Faculdades Estácio de Curitiba 1

2 integrada o segundo apresentando um diagnóstico da realidade dos RSU. Porém, com relação ao Plano Estadual de Energia, conforme salienta as Rotas Estratégicas para o Futuro da Indústria Paranaense: Energia 2031 (SENAI, 2017), o mesmo não existe, inexistindo, portanto, direcionamento relativo à utilização e inserção da Geração de energia com base nos RSU no Sistema Elétrico. A metodologia do artigo é calcada na pesquisa bibliográfica e documental em uma primeira etapa, possibilitando o levantamento de dados para a realização de um estudo prospectivo, inclusive com relação a alocação de transbordos e da localização de Subestações de Transmissão e Distribuição no Estado do Paraná. Posteriormente realizando simulações com base em sistemas computacionais previstos nos Procedimentos de Rede do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) com vistas a avaliar impactos específicos para o planejamento do setor elétrico, especificamente no que se refere a possibilidade do sistema auxiliar na implementação de fontes alternativas, especialmente eólica e solar, seja como um sistema de armazenamento de energia ou como sistema de manutenção da qualidade de energia (operando na correção de fator de potência, regulação de frequência e tensão próximo a carga, prestando serviços ancilares ao Sistema Integrado Nacional - SIN). As restrições impostas nas simulações levam em consideração um horizonte temporal e dos cenários apresentados no planejamento de cada setor, porém para o planejamento estadual de energia foram considerados o PNE2030 (EPE, 2007), os documentos já elaborados do PNE2050 (EPE, 2013) e aqueles relativos ao Plano Decenal de Expansão de Energia 2026 (EPE, 2017). Os resultados parciais já permitem concluir pela importância da inserção da geração de energia pelos RSU para potencializar a utilização das gerações eólicas e solares, possibilitando a visualização da realidade atual e de cenários projetados com a evolução das diversas fontes e dos impactos que poderão gerar no SIN. A análise dos dados permitiu identificar algumas oportunidades na área de políticas públicas e regulação, especialmente com relação a novas modalidades de Contratos de Prestação de Serviços Ancilares (CPSA) relativos a esta modalidade de armazenamento de energia e sua utilização com os tradicionais contratos de regulação de frequência, tensão, incluindo operações como compensadores síncronos para ajustar o fator de potência e outras transientes produzidos por aerogeradores e inversores, comumente utilizados em sistemas eólicos e solares. Palavras-chave: Resíduos Sólidos Urbanos. Geração de Energia. Serviços Ancilares. Paraná. 2

3 1. INTRODUÇÃO A biomassa e seu uso para fins energéticos precede o próprio homo sapiens através do uso do fogo (energia térmica), sendo de fundamental importância para a evolução humana, desde o aquecimento, proteção e cocção proporcionados pela lenha até os modernos processos vinculados aos biocombustíveis e a geração com base em biomassa vinculados as energias cinética, térmica ou elétrica, conforme aponta Tolmasquim (2016, p.137). As pesquisas nesta área têm sido constantes nos últimos 5 anos, inclusive na própria internet; termos como Biodigestão, biodigestor e bioenergia tem mantido popularidade, estando o Brasil entre os primeiros neste tipo de pesquisa conforme Google (2018a, 2018b, 2018c). Os resíduos sólidos urbanos (RSU) tem diversos impactos na sociedade, gerando demandas sociais e ambientais. No Brasil o Ministério do Meio Ambiente (MMA) fixou o Plano Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS), apresentando políticas públicas estratégicas para o setor, fomentando a utilização deste recurso para a geração de energia. Na mesma medida presenciam-se em outras áreas o mesmo intuito, especificamente o Plano Nacional de Energia 2030 (PNE2030) e suas evoluções, bem como Estratégia Nacional de Ciência, Tecnologia e Inovação (Encti). O Paraná possui o Plano de Regionalização da Gestão Integrada de Resíduos Sólidos Urbanos do Estado do Paraná (PEGIRSU-PR SEMA,2013) e o Plano Estadual de Resíduos Sólidos do Paraná (PERS-PR SEMA,2017), o primeiro apontando as diretrizes para a integração até 2031 de um sistema relativamente complexo de gestão integrada, o segundo apresentando um diagnóstico da realidade dos RSU. Porém não existe um Plano Estadual de Energia, conforme salienta as Rotas Estratégicas para o Futuro da Indústria Paranaense: Energia 2031 (SENAI-PR, 2017), inexistindo, portanto, direcionamento estatal relativo à utilização e inserção da Geração de energia com base nos RSU no Sistema Elétrico. 2. METODOLOGIA A metodologia da pesquisa foi calcada na pesquisa bibliográfica e documental em uma primeira etapa, possibilitando o levantamento de dados para a realização de um estudo prospectivo, inclusive com relação a alocação de transbordos e da localização de Subestações de Transmissão e Distribuição no Estado do Paraná. Posteriormente realizando simulações com base no sistema computacional ANAREDE previsto nos Procedimentos de Rede do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS, 2017) e de propriedade do Centro de Pesquisas em Energia Elétrica 3

4 (CEPEL, 2018) com vistas a avaliar impactos específicos para o planejamento do setor elétrico, especificamente no que se refere a possibilidade do sistema auxiliar na implementação de fontes alternativas, especialmente eólica e solar, seja como um sistema de armazenamento de energia ou como sistema de manutenção da qualidade de energia (operando na correção de fator de potência, regulação de frequência e tensão próximo a carga, prestando serviços ancilares ao Sistema Integrado Nacional - SIN). As restrições impostas nas simulações levam em consideração um horizonte temporal e dos cenários apresentados no planejamento de cada setor, porém para o planejamento estadual de energia foram considerados o PNE2030 (EPE, 2007)), os documentos já elaborados do PNE2050 (Empresa de Pesquisa Energética (EPE) (2013) e aqueles relativos ao Plano Decenal de Expansão de Energia 2026 (MME, EPE, 2017). 3. RSU E ENERGIA NO PARANÁ O Paraná, através do Sistema Estadual de Informações sobre Resíduos Sólidos Urbanos (SEIRSU) da Secretaria do Meio Ambiente e Recursos Hídricos do Paraná (SEMA, 2016, p.5) conseguiu realizar um Diagnóstico do cenário do RSU de 2015, constatando ainda uma baixa adesão ao Sistema pois apenas 79 municípios efetivamente foram contabilizados, apesar da participação de outros 79 com respostas parciais, em um universo de 399 municípios. Apesar disto o diagnóstico é relevante pois os 79 municípios válidos correspondem a 43,7% da população do Paraná. Infelizmente o levantamento gravimétrico, o qual permitiria aferir a composição do RSU e consequentemente seu valor energético, só ocorreu em 17 municípios. Com relação a produção do RSU, 44 municípios efetuam algum tipo de mensuração, mas somente 43% realizam a pesagem. Após ponderações chegou-se a uma produção equivalente a 0,69 kg/hab.dia de RSU (incluindo resíduos domiciliares e pode/varrição), ainda considerando a SEMA o volume de t/dia no Paraná. Foi ainda mapeado no diagnóstico a utilização por 15% dos municípios considerados utilizando lixões, porém a própria SEMA noticia a existência de 181 municípios com lixões a céu aberto, o que contraria a PNRS. O PEGIRSU-PR aponta a geração de energia como uma das prioridade e a que recuperação de lixões envolve estudos de viabilidade técnico econômica da geração de energia. Uma meta planar é a reabilitação de lixões envolvendo geração de energia com seus gases (100% até 2031). As tecnologias de valorização 4

5 energética indicadas são: incineração, gaseificação, pirólise, coprocessamento, plasma e biodigestão; indicando o plano usinas para cada de habitantes, indicando somente uma planta para região 19 (equivalente a Curitiba). A divisão proposta no PEGIRSU-PR para o estado contempla 20 diferentes regiões e apresenta uma rota importante para a inserção das usinas, o transbordo, importante para atender os 78% dos municípios com menos de habitantes, assim como aponta locais para compostagem e biodigestão anaeróbica, tecnologia que produz biogás e pode ser utilizada para geração de energia térmica e elétrica. Tabela 1 - Regiões do PEGIRSU-PR Região Sede População (hab.) Região 1 Umuarama Região 2 Paranavaí Região 3 Maringá Região 4 Apucarana Região 5 Londrina Região 6 Cornélio Procópio Região 7 Jacarezinho Região 8 Toledo Região 9 Cascavel Região 10 Campo Mourão Região 11 Ivaiporã Região 12 Telêmaco Borba Região 13 Ponta Grossa Região 14 Foz do Iguaçu Região 15 Francisco Beltrão Região 16 Pato Branco Região 17 Guarapuava Região 18 Irati Região 19 Curitiba Região 20 Paranaguá Fonte: SEMA (2013, p.136) Outro dado interessante que o PEGIRSU apresenta são as previsões de transbordo e de biodigestores, as quais seguem na tabela abaixo: 5

6 Tabela 2 Tecnologias de logística e destinação do RSU PEGIRSU-PR Região Sede Transbordo Compostagem Acelerada Biodigestor Lixões Aterros (encerramento) Aterro Região 1 Umuarama 9P 1M Região 2 Paranavaí 7P 1M Região 3 Maringá 3P 4M 1G Região 4 Apucarana 4P 1G Região 5 Londrina 4P 2M Região 6 Cornélio Procópio 2P 3M Região 7 Jacarezinho 3P 3M 1G Região 8 Toledo 2P 6M Região 9 Cascavel 5P 2M Região 10 Campo Mourão 6P 1M Região 11 Ivaiporã 10P 1M Região 12 Telêmaco Borba 5P Região 13 Ponta Grossa 4P 1G Região 14 Foz do Iguaçu 1M 1G Região 15 Francisco Beltrão 4P 4M Região 16 Pato Branco 5P 1M Região 17 Guarapuava 6P Região 18 Irati 7P 2M Região 19 Curitiba 5P 2M 4G Região 20 Paranaguá 1P 1F Fonte: adaptado de SEMA (2013) Dos dados apresentados é possível estimar um grande potencial de biogás que não foi mapeado pelo PEGIRSU-PR, especialmente por já prever 10 biodigestores, 9 estações de transbordo com capacidade de 100 t/dia, além de 11 compostagens aceleradas, possibilitando somar aos 10 biodigestores previstos, pelo menos mais as 20 possibilidades de instalar biodigestores. Ademais, existe ainda a possibilidade de aproveitamento do biogás de Aterros (encerrados ou instalados). A alocação dos biodigestores (B) e de sistemas de captação de biogás (CB) seguiria a seguinte dinâmica: 6

7 Tabela 3 Alocação de Recursos Energéticos Distribuídos segundo o PEGIRSU-PR Região Sede Transbordo Compostagem Acelerada Biodigestor Lixões Aterros (encerramento) Aterro Região 1 Umuarama 0 B 0 Avaliar 13CB 2 Região 2 Paranavaí Avaliar 17CB 1 Região 3 Maringá B B B Avaliar 15CB 4 Região 4 Apucarana B 0 B Avaliar 6CB 1 Região 5 Londrina 0 0 B Avaliar 5CB 2 Região 6 Cornélio Procópio Avaliar 3CB 1 Região 7 Jacarezinho B B 0 Avaliar 1CB 1 Região 8 Toledo 0 B 0 Avaliar 17CB 1 Região 9 Cascavel 0 0 B Avaliar 12CB 1 Região 10 Campo Mourão 0 B 0 Avaliar 7CB 1 Região 11 Ivaiporã Avaliar 6CB 2 Região 12 Telêmaco Borba Avaliar 5CB 2 Região 13 Ponta Grossa B 0 B Avaliar 2CB 2 Região 14 Foz do Iguaçu B 2B 0 Avaliar 4CB 1 Região 15 Francisco Beltrão 0 B 0 Avaliar 1CB 1 Região 16 Pato Branco Avaliar 6CB 2 Região 17 Guarapuava 0 B 0 Avaliar 2CB 2 Região 18 Irati 0 0 B Avaliar 7CB 2 Região 19 Curitiba 4B B 5B Avaliar 1CB 1 Região 20 Paranaguá 0 B 0 Avaliar 1CB 1 Fonte: adaptado de SEMA (2013) De acordo com os dados levantados visível a possibilidade de produção de energia térmica ou elétrica, ou mesmo a utilização do biogás enquanto recurso energético (inclusive para o transporte do próprio RSU e de veículos oficiais ou dos consórcios que gerirem cada Biodigestor ou aproveitar o Biogás dos aterros). Segundo a Empresa de Pesquisa Energética (EPE) (2014) na Nota Técnica 18/14 Aterros Sanitários de 500 t/dia podem ter potência variando entre 2 e 7MW de potência, o que na maior parte das regiões acaba se configurando, possibilitando geração de energia, resiliência, confiabilidade de segurança no Sistema de Distribuição dos 78% dos pequenos municípios do Paraná (com menos de 20 mil habitantes). Com relação aos Biodigestores, a mesma nota técnica aponta a possibilidade de geração de 120 a 290 kwh/tonelada (dependendo da qualidade do RSU), caso em que o paraná poderia atingir uma potência instalada de 100 MW no pior caso 7

8 considerando uma geração de resíduos na ordem de toneladas por dia, ou de 36MW considerando 0,69kg/hab.dia. A alocação dos biodigestores deve seguir os locais de transbordo, evitando gastos desnecessários com transporte, além de possibilitar uma melhor alocação de recursos para triagem e seleção de material reciclável. No PEGIRSU originalmente foi previsto uma usina de valorização energética com a tecnologia da pirólise na região 19, Curitiba. Tal instalação pode não lodo de esgoto e RSU, perfazendo mais de 15 MW, suficiente para auxiliar o sistema, porém podendo ser completado com outros recursos. 4. RESULTADOS Os resultados parciais já permitem concluir pela importância da inserção da geração de energia pelos RSU para potencializar a utilização das gerações eólicas e solares, possibilitando a visualização da realidade atual e de cenários projetados com a evolução das diversas fontes e dos impactos que poderão gerar no SIN. A análise dos dados permitiu identificar algumas oportunidades na área de políticas públicas e regulação, especialmente com relação a novas modalidades de Contratos de Prestação de Serviços Ancilares (CPSA) relativos a esta modalidade de armazenamento de energia e sua utilização com os tradicionais contratos de regulação de frequência, tensão, incluindo operações como compensadores síncronos para ajustar o fator de potência e outras transientes produzidos por aerogeradores e inversores, comumente utilizados em sistemas eólicos e solares.com o desenvolvimento dos transformadores, o uso da corrente alternada logo conquistou seu espaço possibilitando o atendimento de cargas distantes do ponto de geração. Assim se consagrou o modelo de grandes centrais de geração... REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICAS CENTRO DE PESQUISAS EM ENERGIA ELÉTRICA (CEPEL). ANAREDE - Análise de Redes Elétricas. Disponível em: < Acesso em: 5/6/2018. EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (EPE). Plano Nacional de Energia Rio de Janeiro, EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (EPE). Nota Técnica DEA 05/13: Termo de Referência ( TDR ) para elaboração do PNE2050. Rio de Janeiro,

9 EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (EPE). Nota Técnica DEA 18/14: Inventário Energético dos Resíduos Sólidos Urbanos. Rio de Janeiro, MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA (MME); EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA (EPE). Plano Decenal de Expansão de Energia Brasília: MME/EPE, OPERADOR NACIONAL DO SISTEMA ELÉTRICO (ONS). Submódulo Relação dos sistemas e modelos computacionais. Procedimentos de Rede. Rev ed., v. 0, p.1 30, Brasília. SECRETARIA DO MEIO AMBIENTE E RECURSOS HÍDRICOS DO PARANÁ (SEMA). Plano Estadual de Gestão Integrada e Associada de Resíduos Sólidos no Estado do Paraná (PEGIRSU PR). Curitiba, SECRETARIA DO MEIO AMBIENTE E RECURSOS HÍDRICOS DO PARANÁ (SEMA). Diagnóstico do manejo de resíduos sólidos urbanos Curitiba, SECRETARIA DO MEIO AMBIENTE E RECURSOS HÍDRICOS DO PARANÁ (SEMA). Plano de trabalho consolidado SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL DEPARTAMENTO REGIONAL DO PARANÁ (SENAI-PR). Rotas Estratégicas para o Futuro da Indústria Paranaense Curitiba: SISTEMA FIEP - Observatórios Sistema Fiep, TOLMASQUIM, M. T. Energia Renovável - Hidráulica, Biomassa, Eólica, Solar, Oceânica