Universidade de São Paulo USP Escola de Engenharia de São Carlos EESC Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação SEL0437 Eficiência Energética ESTUDO DE CASO: ADEQUAÇÃO TARIFÁRIA Aluno: Nº USP: 9425622 André Ribeiro Siqueira Aluno: Bruno Ascacibas Nº USP: 9442910 Aluno: Nº USP: 9393343 João Pedro Pereira Guimarães Docente: Prof. Dr. José Carlos de Melo Vieira Júnior São Carlos, Abril de 2019.
SUMÁRIO 1 Introdução e Objetivos 2 2 Materiais e Métodos 3 3 Apresentação e Análise dos Resultados 3 4 Conclusões 3 5 Referências Bibliográficas 3
1 Introdução e Objetivos No sistema de Distribuição de energia elétrico brasileiro, o documento que estabelece todas condições gerais, bem como estrutura tarifária aplicada é resolução normativa 414/2010 da ANEEL. Visto, além de quantificar os tributos, as normas visam também classificar os consumidores em grupos e subgrupos com modelos matemáticos de cobrança específicos, visando assim promover um maior grau de eficiência energética. Um dos preceitos dessas normas é a possibilidade, por parte do cliente, de migrar de subgrupo, com o objetivo de cortar custos, de maneira que um estudo analítico deve ser empreendido para que se saiba qual o melhor modelo a ser escolhido. Assim, conhecendo-se as normas e também os valores médios de demanda e consumo de uma instalação, é possível realizar as simulações necessárias para a análise, que é justamente o objetivo principal deste trabalho: O estudo de caso da eficiência energética de uma instalação de acordo com os valores de consumo registrados. 2 Materiais e Métodos Após receber a planilha contendo os dados da fatura anual de energia da indústria a ser estudada, o projeto foi dividido em três partes, sendo elas: a análise do cenário atual da indústria, simulações aplicando diferentes modelos tarifários, e por fim análise comparativa e conclusão dos resultados. Primeira etapa: Cenário atual A indústria em questão foi classificada como grupo A segundo as normas da ANAEEL, que abrange todos os consumidores cuja tensão de fornecimento seja maior ou igual a 2,3 kv e também aqueles que possuem este valor de tensão menor do que 2,3 kv, porém atendidos por rede de distribuição subterrânea. No caso, como a instalação ainda foi previamente definida como pertencente ao subgrupo As, sabe-se que se trata do segundo caso anteriormente enunciado, cabeamento subterrâneo. Além dessa definição, foram também fornecidos os dados médios, mês a mês, da demanda e consumo da indústria nos horários de ponta e fora de ponta, que podem ser visualizados a seguir:
Mês Consumo na Ponta (kwh) Consumo Fora de Ponta (kwh) Demanda Ponta (kw) Demanda Fora de Ponta (kw) Jan 28.068 36.148 54,5 92,5 Fev 33.534 42.456 50,1 86,2 Mar 27.139 33.085 57,3 80,1 Abr 30.853 37.082 53,3 85,1 Mai 32.052 39.121 58,1 91,4 Jun 34.328 45.225 56,8 97,2 Jul 33.026 42.619 47,4 84,9 Ago 28.481 35.510 57,0 92,2 Set 32.729 42.311 57,0 95,6 Out 35.526 43.840 57,9 92,2 Nov 39.777 45.235 68,9 95,6 Dez 35.932 44.972 57,7 93,3 TOTAL 391.446 487.604 676 1.086 Tabela 1 - Dados de consumo e demanda, nos horários de ponta e fora de ponta, mês a mês, no intervalo de um ano. Identificado o subgrupo específico no qual está classificada, o próximo passo foi então estudar o modelo tarifário aplicado para então calcular o gasto médio anual da empresa. Sabe-se que, para a estrutura tarifária convencional, que fora utilizada no cenário atual da indústria, são aplicadas tarifas de demanda de potência (kw) e/ou consumo de energia (kwh) independente da época do ano ou período do dia, e o valor do VPF, valor parcial da fatura de energia elétrica (R$), pode ser calculado pela seguinte equação: 1 V P F = ( CF.T C + DF.T D).( ) 1 ICMS onde: CF - Consumo (kwh): quantidade de energia elétrica ativa faturada; TC - Tarifa de Consumo (R$/kWh) : preço único para o consumo de energia elétrica; DF - Demanda (kw): quantidade de demanda faturada; TD - Tarifa de Demanda (R$/kW): valor cobrado por unidade de demanda; ICMS - Índice do imposto sobre circulação de mercadorias e serviços Com a equação vista acima, foi possível calcular os valores parciais de cada mês e somá-los para obter o gasto anual médio da empresa aplicado a esta tarifa.
Ainda, para terminar a análise primária do cenário, era necessário calcular também a despesa que a empresa teve sendo tarifada por ultrapassar a demanda contratada, através da seguinte relação: V P F Ultrapassagem = (DM i DC i).2.v Ri Sendo, i - Índice que define o horário de ponta ou fora de ponta ; DM - Demanda medida; DC - Demanda contratada; VR - Valor referência equivalente às tarifas de demanda de potência aplicáveis aos subgrupos do grupo A; Dessa maneira, o valor que pretendemos achar com intuito comparativo para este modelo tarifário é subtração do valor achado pela primeira equação subtraído do encontrado pela segunda. Segunda etapa: Simulações das possíveis alternativas Para obter os melhores resultados econômicos, foram simuladas duas adequações tarifárias possíveis, a transferência para as estruturas tarifárias horo-sazonal verde e azul, seguindo exatamente o mesmo método utilizado acima para a tarifa convencional. Por definição, a estrutura horo-sazonal leva em conta fatores como consumo dentro e fora dos horários de ponta e também épocas do ano, divididas entre período úmido e seco. O objetivo principal desse modelo é incentivar o consumo de energia é mais barato, promovendo maior eficiência energética. Simulação 1: Modalidade azul Para a modalidade azul, são estipulados dois valores distintos para demanda de potência, e 4 para consumo de energia. Para potência (R$/kW), existe um valor de tarifa para horário de ponta (P) e um para horário fora de ponta (P), e com relação ao consumo de energia (R$/kWh) os valores são as combinações de horário de ponta com possibilidade de período seco ou úmido. Ainda, as equações que governam de maneira quantitativa essas estipulações são:
Para o período Seco: V P F = (CF fs.t C fs + CF 1 ps.t C ps + DF f.t D f + DF p.t D p ).( ) 1 ICMS Para o Período Úmido: V P F = (CF fu.t C fu + CF 1 pu.t C pu + DF f.t D f + DF p.t D p ).( ) 1 ICMS onde, f- indica horário fora de ponta; p- indica horário de ponta s- indica período seco u- indica período úmido Simulação 2: Modalidade Verde A modalidade verde se parece com a azul, se diferenciando na tarifa de demanda de potência, que possui valor único, e com a mesma diferenciação para tarifas de consumo de energia. As relações dessa modalidade são governadas por: Para o período Seco: 1 1 ICMS V P F = (CF fs.t C fs + CF ps.t C ps + DF.T D ).( ) Para o Período Úmido: 1 1 ICMS V P F = (CF fu.t C fu + CF pu.t C pu + DF.T D ).( ) Terceira etapa: Análise comparativa Com essas relações e com os custos por ultrapassagem de demanda solicitada, que são os mesmos para as estruturas estudadas, foi possível montar uma planilha com os resultados finais de custo para a indústria estudada, e os resultados foram contemplados pela seção 3 deste documento.
3 Apresentação e Análise dos Resultados Inicialmente, sabendo que a indústria está alocada no subgrupo As, sabe-se então que a demanda para este grupo é tarifada em R$ 34,00/kW, enquanto o consumo é tarifado em R$ 160,86/kW. A partir desses valores e dos números mostrados na Tabela 1, foi possível calcular o gasto mensal da indústria, baseando-se na demanda contratada de 90kW, ou seja, caso a demanda necessária seja inferior à contratada, o valor pago é referente a 90kW. Caso o consumo ultrapasse a demanda contratada em até 5%, o valor cobrado será o proporcional, e para um consumo maior que 94,5kW (5% acima da demanda contratada), o valor cobrado é a soma da demanda contratada com a tarifa referente à ultrapassagem V P F Ultrapassagem. Os valores mensais e o total anual está descrito na Tabela 2. Mês Valor Consumo Total Valor Demanda Total Valor Total Jan R$ 10.329,79 R$ 3.145,00 R$ 16.432,67 Fev R$ 12.223,75 R$ 3.060,00 R$ 18.638,72 Mar R$ 9.687,63 R$ 3.060,00 R$ 15.545,89 Abr R$ 10.928,02 R$ 3.060,00 R$ 17.058,57 Mai R$ 11.448,89 R$ 3.107,60 R$ 17.751,82 Jun R$ 12.796,90 R$ 3.794,40 R$ 20.233,29 Jul R$ 12.168,25 R$ 3.060,00 R$ 18.571,04 Ago R$ 10.293,59 R$ 3.134,80 R$ 16.376,09 Set R$ 12.070,93 R$ 3.631,20 R$ 19.148,94 Out R$ 12.766,81 R$ 3.134,80 R$ 19.392,21 Nov R$ 13.675,03 R$ 3.631,20 R$ 21.105,16 Dez R$ 13.014,22 R$ 3.172,20 R$ 19.739,53 TOTAL R$ 141.403,82 R$ 38.991,20 R$ 219.993,93 Tabela 2- Gasto mensal e anual da indústria com a modificação Observando a Tabela 1, nota-se que, nos meses de Fevereiro, Março, Abril e Julho, a demanda consumida foi inferior à contratada. Nos meses de Junho, Setembro e Novembro, a indústria ultrapassou a demanda contratada em mais de 5% e, portanto, teve que pagar a tarifa de ultrapassagem. Nos demais meses, a demanda total esteve dentro da tolerância permitida em relação à demanda contratada e foi pago apenas o proporcional.
A primeira tentativa de diminuição dos gastos com energia baseou-se em alterar a demanda contratada para um valor ótimo, com objetivo de diminuir o acréscimo devido a ultrapassagem. Assim, após a análise com vários valores, a demanda contratada que resulta no menor custo final de energia é de 93kW. Com este valor, não ocorre ultrapassagem em mais de 5% da tarifa contratada em nenhum mês, em contrapartida, todos os meses, exceto Junho, Setembro, Novembro e Dezembro, o valor pago é o da demanda contratada, já que esta é maior que a total do mês. Em suma, o gasto total anual fica em R$219.119,05, gerando uma economia de R$ 874,88 neste período. A segunda forma cabível para tarifação desta indústria é a mudança para a Tarifa Horo-Sazonal Verde. Desta forma, os valores para o consumo variam de acordo com o horário e com período do ano, porém, os valores referentes às épocas do ano não foram informados e, portanto, foram desconsiderados na análise. Assim, apenas os horários influenciam no valor final, sendo R$ 771,32/MWh em horário de ponta e R$ 144,39/MWh fora de ponta. O cálculo da demanda não se altera em relação à tarifa convencional e, neste caso, custa R$ 8,78/kW. A tabela a seguir detalha os gastos nesse tipo de tarifação. Mês Valor Consumo de Ponta Valor Consumo Fora de Ponta Valor Demanda Total Valor Total Jan R$ 21.649,41 R$ 5.219,41 R$ 816,54 R$ 33.762,63 Fev R$ 25.865,44 R$ 6.130,22 R$ 816,54 R$ 40.014,89 Mar R$ 20.932,85 R$ 4.777,14 R$ 816,54 R$ 32.349,43 Abr R$ 23.797,54 R$ 5.354,27 R$ 816,54 R$ 36.546,76 Mai R$ 24.722,35 R$ 5.648,68 R$ 816,54 R$ 38.033,62 Jun R$ 26.477,87 R$ 6.530,04 R$ 853,42 R$ 41.294,30 Jul R$ 25.473,61 R$ 6.153,76 R$ 816,54 R$ 39.565,75 Ago R$ 21.967,96 R$ 5.127,29 R$ 816,54 R$ 34.038,77 Set R$ 25.244,53 R$ 6.109,29 R$ 839,37 R$ 39.259,98 Out R$ 27.401,91 R$ 6.330,06 R$ 816,54 R$ 42.132,33 Nov R$ 30.680,80 R$ 6.531,48 R$ 839,37 R$ 46.404,45 Dez R$ 27.715,07 R$ 6.493,51 R$ 819,17 R$ 42.716,77 TOTAL R$ 301.929,36 R$ 70.405,14 R$ 10.068,90 R$ 466.119,69 Tabela 3 - Gasto mensal e anual da indústria com tarifa verde
Nota-se que, devido ao consumo da indústria, a Tarifa Horo-Sazonal Verde resulta em um valor anual muito alto (R$ 466.345,61), inviabilizando este tipo de tarifação para o exemplo analisado. Por fim, a Tarifa Horo-Sazonal Azul foi analisada como possível alternativa para tarifação desta indústria. Com variação por horário e época do ano tanto no consumo quanto na demanda (novamente, a variação sazonal foi desprezada), os valores referentes a este tipo são de R$ 8,78/kW para demanda fora de ponta, 32,17/kW para demanda em horário de ponta, R$ 237,31/MWh para o consumo em horário de ponta e R$ 144,39/MWh para o consumo em horário fora de ponta. Para este tipo de tarifação, é necessário contratar não só uma demanda, mas sim um valor para horário de ponta (foi mantida a demanda contratada para as outras análises: 90kW) e um valor de demanda para horário fora de ponta (56kW foi um valor ótimo encontrado heurísticamente). O gasto final implementando este tipo de tarifação é detalhado na tabela abaixo: Mês Valor Consumo de Ponta Valor Consumo Fora de Ponta Valor Demanda de Ponta Valor Demanda Fora de Ponta Valor Total Jan R$ 6.660,82 R$ 5.219,41 R$ 1.801,52 R$ 816,54 R$ 17.680,84 Fev R$ 7.957,95 R$ 6.130,22 R$ 1.801,52 R$ 816,54 R$ 20.373,46 Mar R$ 6.440,36 R$ 4.777,14 R$ 1.843,34 R$ 816,54 R$ 16.923,63 Abr R$ 7.321,73 R$ 5.354,27 R$ 1.801,52 R$ 816,54 R$ 18.651,29 Mai R$ 7.606,26 R$ 5.648,68 R$ 1.869,08 R$ 816,54 R$ 19.439,71 Jun R$ 8.146,38 R$ 6.530,04 R$ 1.827,26 R$ 853,42 R$ 21.167,18 Jul R$ 7.837,40 R$ 6.153,76 R$ 1.801,52 R$ 816,54 R$ 20.255,14 Ago R$ 6.758,83 R$ 5.127,29 R$ 1.833,69 R$ 816,54 R$ 17.727,25 Set R$ 7.766,92 R$ 6.109,29 R$ 1.833,69 R$ 839,37 R$ 20.182,03 Out R$ 8.430,68 R$ 6.330,06 R$ 1.862,64 R$ 816,54 R$ 21.268,19 Nov R$ 9.439,48 R$ 6.531,48 R$ 3.046,50 R$ 839,37 R$ 24.215,64 Dez R$ 8.527,02 R$ 6.493,51 R$ 1.856,21 R$ 819,17 R$ 21.580,38 TOTAL R$ 92.893,81 R$ 70.405,14 R$ 23.178,49 R$ 10.068,90 R$ 239.464,74 Tabela 4 - Gasto mensal e anual da indústria com tarifa azul A partir desses dados, nota-se que a variação no valor da demanda é desvantajosa para este exemplo da indústria, porém o valor do consumo em horário de ponta é
consideravelmente menor (menos de um terço) que o da Tarifa Horo-Sazonal Verde, resultando em uma economia de 48,6% entre esses dois tipos de tarifação. 4 Conclusões Em suma, a melhor forma de tarifação para esta indústria é a Tarifa Convencional, porém com uma modificação na demanda contratada. Com a demanda contratada de 93kW, menos acréscimos foram embutidos no valor final em relação aos 90kW contratados inicialmente. Pode-se concluir também que as tarifas Horo-Sazonais não são efetivas para redução dos gastos em casos como este: o consumo da indústria é consideravelmente alto, principalmente em horários de ponta, resultando em gastos muito elevados na análise final. Assim, este tipo de tarifação deve ser indicado para consumidores que possuem uma rotina mais maleável referente ao gasto energético com objetivo de reduzir custos, mas se mostra extremamente desvantajoso financeiramente para consumidores que dependem da energia em horários de ponta. 5 Referências Bibliográficas AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA, Resolução Normativa 414/2010