Energias Solar e Eólica: Estado Atual e Perspectivas www.cresesb.cepel.br 1º Workshop de Energias Renováveis Maceio - AL 2004 Energias Solar e Eólica: Estado Atual e Perspectivas Energias Renováveis na Questão Energética Energias Eólica Estado Atual e perspectivas Programas em andamento Legislação 1
O Sol envia para a Terra energia equivalente a cerca de 10.000 vezes o consumo mundial de energia bruta O Sol, Fonte Inesgotável A energia incidente na superfície terrestre é mais de 10000 vezes maior que o atual consumo global de energia primária. Todas as fontes renováveis de energia, em maior ou menor grau, derivam da energia do sol. 2
O Sol, Fonte Inesgotável Energia Renovável x Energia Fóssil: diferença entre sempre e nunca mais Tecnologias em Foco (energia renovável complementar) Solar Fotovoltaica Solar Térmica Eólica Biomassa Pequenas Centrais Hidroelétricas Outras: Geotérmicas, Marés, Células Combustíveis etc. 3
Uso da Energia: Atual SUPRIMENTO DE ENERGIA: MUNDO % 40 35 30 25 20 15 10 5 0 PETRÓLEO COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS GÁS HIDRÁULICA OUTRAS RENOVÁVEIS Uso da Energia: Atual 40 35 30 25 % 20 15 10 5 0 SUPRIMENTO DE ENERGIA: BRASIL PETRÓLEO COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS GÁS HIDRÁULICA OUTRAS RENOVÁVEIS 4
Uso da Energia: Atual BRASIL x MUNDO 40 35 30 25 % 20 15 10 5 0 PETRÓLEO COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS GÁS HIDRÁULICA OUTRAS RENOVÁVEIS MUNDO BRASIL Ministério de Minas e Energia BRASIL CAPACIDADE INSTALADA (SIN e ISOLADO): Hidro & PCH s 81% Térmica 16.5% Nuclear 2.5% Hidrelétricas (c/ PCH) Termelétricas Nuclear Eólica TOTAL 64.689 MW 13.361 MW 2.007 MW 22 MW ~ 80.079 MW LINHAS DE TRANSMISSÃO: ( 138kV) > 173.000 km Área ~ 8.547.000 km² População ~ 170 milhões Consumidores ~ 47 milhões Fonte : MME/ANEEL Out. 2002 5
Uso da Energia: Tendência 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 DEMANDA DE ENERGIA - MUNDO (milhões de tep) 0 1971 1980 1990 Ano 2000 2010 2020 Uso da Energia: Tendência FONTE: Informativo da Eletronuclear - agosto 2001 6
Uso da Energia: Meio Ambiente FONTE: Instituto de Pesquisa Ambiental da Amazônia Uso da Energia: Meio Ambiente 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 EMISSÕES DE CO 2 - MUNDO (milhões de toneladas) 0 1971 1980 1990 Ano 2000 2010 2020 7
Uso da Energia: Meio Ambiente EMISSÕES DE CO 2-1950-1999 (bilhões de toneladas) 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Países Brasil Australia México Canadá Ucrânia Japão China Rússia Un. Eur. EUA Emissão de CO 2 de Diversas Tecnologias Emissões Emissões de de CO CO 2 nos 2 nos estágios estágios de de produção produção de de Tecnologias Tecnologias energia energia (ton/gwh) (ton/gwh) Extração Extração Construção Construção Operação Operação Total Total Planta Planta convencional convencional de de queima queima de de carvão carvão 1 1 1 1 962 962 964 964 Planta Planta de de queima queima de de gás gás 0 0 0 0 484 484 484 484 Pequenas Pequenas hidrelétricas hidrelétricas - - 10 10 - - 10 10 Energia Energia eólica eólica - - 7 7 - - 7 7 Solar Solar fotovoltaico fotovoltaico - - 5 5 - - 5 5 Grandes Grandes hidrelétricas hidrelétricas - - 4 4 - - 4 4 Solar Solar térmico térmico - - 3 3 - - 3 3 Lenha Lenha (Extração (Extração programável) programável) -1.509-1.509 3 3 1.346 1.346-160 -160 Fonte: "Renewable Energy Resources: Opportunities and Constraints 1990-2020" - World Energy Council - 1993 Emissões de CO 2 evitadas com FV: 0,6 kg/kwh (conectado à rede) 1 kg/kwh (substituindo diesel) Fonte: EPIA 8
Uso da Energia: Custos de Externalidades* (centavos de dólar por kwh) Carvão: 1,94 a 14,60 Turbina a gás: 0,97 a 3,89 Nuclear: 0,19 a 0,58 Fazenda Eólica: 0,05 a 0,24 *Estimativa de custos para a sociedade e para o ambiente decorrentes de uso de combustíveis fósseis e nucleares, não incluindo lixo nuclear e custos de desativação. Estudo da UE, ExtermE - WSJ - 2002 Uso de Energia: Panorama Crescimento da demanda, em termos absolutos, por diferentes fontes de energia, excetuando-se a energia nuclear que permanece estável com tendência a decréscimo. Em termos relativos ao crescimento do Produto Interno Bruto mundial a demanda por energia tem diminuído, indicando um crescimento econômico menos intensivo em energia mas ainda assim não suficiente para reverter a tendência de crescimento absoluto de consumo. 9
Uso de Energia: Panorama As emissões de CO 2 na atmosfera acompanham tendência de crescimento da demanda por energia (entre 1970 e 1995 passou de cerca de 15.000 para cerca 22.000 milhões de toneladas). As energias renováveis tem tido um crescimento constante porém mantém-se com participação pequena na matriz energética mundial. Uso de Energia: Panorama Um quadro de crescimento da demanda de energia leva a algumas consequências, sendo as mais importantes: Esgotamento, a médio prazo, dos recursos energéticos não renováveis Impactos ambientais, tanto em termos de emissão de CO 2 com potencial de alteração do equilíbrio, em nível global, do balanço energético do sistema terra-sol - com consequentes mudanças climáticas - quanto em termos de resíduos sólidos de difícil absorção pelos mecanismos de regeneração da natureza, ambos com potencial de afetar seriamente as condições de vida no planeta. 10
Uso de Energia: Panorama A busca de soluções para a problemática energética passa atualmente por três caminhos: Busca de fontes renováveis de energia menos agressivas ao meio ambiente. Melhoria da eficiência energética dos diversos equipamentos transformadores de energia. Combate ao desperdício energético. Uso de Energia: Panorama Estes caminhos não são mutuamente excludentes mas sim intimamente inter-relacionados Todos envolvem um maior conhecimento, por parte do utilizador final, dos recursos energéticos e mudanças de comportamento da sociedade. No horizonte mais próximo os combustíveis fósseis e a energia nuclear continuarão a ter participação predominante na matriz energética mundial. 11
Uso de Energia: Panorama O Brasil é particularmente bem dotado de recursos energéticos renováveis. Além de atualmente ter cerca 85% de suas necessidades de energia elétrica supridas por hidroelétricas, tem grande potencial de utilização de energia solar (térmica e fotovoltaica), eólica e biomassa Não devemos esquecer das cerca de 15 milhões de pessoas sem acesso à energia elétrica no Brasil. Uso de Energia: Conclusão Do ponto de vista ambiental, a sustentabilidade do desenvolvimento depende, entre outras medidas, da contenção das emissões de gases poluentes, da conservação das condições agricultáveis do solo, da não contaminação das águas, da exploração racional dos recursos fósseis e da melhor utilização dos recursos renováveis Energia e Desenvolvimento Sustentável Instituto de Economia da UFRJ,ELETROBRÁS, MME - 1998 12
O Sol, Fonte Inesgotável FONTE: Revitaçõa sustentável de cidades Tropicais Cerca de 37% da demanda mundial de energia é para gerar eletricidade.. Para atender a esta demanda com FV, sendo conservador, apenas 160.000 km2 seriam necessários (de uma área total da terra de 132 milhões de km2) O Sol, Fonte Inesgotável A energia incidente na superfície terrestre é mais de 10000 vezes maior que o atual consumo global de energia primária. Todas as fontes renováveis de energia, exceto a geotérmica, derivam da energia solar Cerca de 37% da demanda mundial de energia é para gerar eletricidade.. Para atender a esta demanda com FV, sendo conservador, apenas 160.000 km2 seriam necessários (de uma área total da terra de 132 milhões de km2) 13
Balanço da Radiação Solar Fonte: Revista Ciência Hoje A Energia que vem do Sol Evolução dos Custos de Energias Renováveis (US$/MWh MWh) 3500 3000 2500 2000 1500 Fotovoltaica Eólica Geotérmica Termosolar - Gás Termosolar - Parabólicos Biomassa 1000 500 0 1980 1988 2000 2030 14
Maturidade e Custos das Tecnologias TECNOLOGIA POTENCI AL (GW) TAMANHO TÍPICO (KW) APLICAÇÃO MATURIDADE DA TECNOLOGIA VIABILIDADE TÉCNICA CUSTO INVESTIMENTO (US$/KW) CUSTO O&M (US$/MWh) CUSTO COMBUSTÍVEL (US$/MWh) CUSTO GERAÇÃO (US$/MWh) EFICIÊNCIA SOLAR FOTOVOLTAICA - HELIOTÉRMICA TORRE CENTRAL - 0.05 A 10.000 30.000 A 200.000 CILINDROS - 50.000 DISCOS - 20 a 50 EÓLICA 30 300 a 2000 BIOMASSA 27.7 PCH s 10 a 50.000 50 A 1.000 - INTERMITENTE - GRID E OFF-GRID - BASE - GRID - BASE - GRID - BASE -GRID E OFF-GRID -INTERMITENTE -GRID E OFF-GRID -BASE -GRID E OFF-GRID -VARIÁVEL -GRID E OFF-GRID Em comparação de custos deve-se levar em conta o da rede de distribuição DEMONSTRADA (GRID) COMERCIAL (OFF-GRID) PRÉ COMERCIAL COMERCIAL DEMONSTRADA COMERCIAL COMERCIAL COMERCIAL MÉDIA (GRID) ALTA (OFF- GRID) ALTA ALTA MÉDIA ALTA ALTA ALTA 4.000 a 9.000 1.000 a 4.800 2.600 a 5.000 800 a 5.100 700 a 1.200 500 a 2.500 1.000 a 3.000 4 a 20 4 a 23 4 a 23 15 a 23 4 a 12 6 a 12 6 a 15 0. 0. 0. 0. 0. 20 a 100 0. 250 a 500 100 a 250 130 a 250 100 a 250 35 a 120 38 a 78 35 a 102 10 a 18 15 a 30 15 a 30 15 a 30 25 a 45 25 a 35 60 a 85 Mercado Potencial (Mundial) TECNOLOGIA TAMANHO DO MERCADO (MW) NATUREZA HORIZONTE TEMPORAL FATORES RESTRITIVOS FATORES FACILITADORES SOLAR FOTOVOLTAICA HELIOTÉRMICA EÓLICA BIOMASSA PCH s 1995 375 2010 6.300 1995 300 2010 3.000 1997 6.800 2010 37.700 1999 13.000 2005 16.400 1998 17.500 2010 30.000 -EDIFÍCIOS -INDÚSTRIAS -PAÍSES EM DESENVOLVIMENTO -SISTEMAS ISOLADOS -GRANDES CONSUMIDORES (CONCESSIONÁRIAS, INDÚSTRIAS) -CONCESSIONÁRIAS -SISTEMAS ISOLADOS -PEQUENOS SISTEMAS ISOLADOS E CONCESSIONÁRIAS -PEQUENOS SISTEMAS ISOLADOS -CONCESSIONÁRIAS MÉDIO A LONGO PRAZO CURTO PRAZO MÉDIO A LONGO PRAZO CURTO PRAZO CURTO A LONGO PRAZO CURTO PRAZO ASPECTOS ECONÔMICOS E INSTITUCIONAIS APECTOS ECONÔMICOS E INSTITUCIONAIS ASPECTOS ECONÔMICOS E INSTITUCIONAIS -INTEGRAÇÃO NO SISTEMA -ASPECTOS INSTUCIONAIS -INSTITUCIONAIS -REGULATÓRIOS -PREÇOS DE ENERGIA X PREÇOS DOS SISTEMAS -NICHOS DE MERCADO -PREÇOS DE ENERGIA X PREÇOS DOS SISTEMAS -PROJETOS MODULARES -NICHOS DE MARCADO -PREÇOS DE ENERGIA X PREÇOS DOS SISTEMAS -PROJETOS MODULARES -REGULATÓRIOS -AMBIENTAIS -ECONÔMICOS DESENVOLVIMENTO DA TECNOLOGIA 15
Comparação do Potencial Técnico dos Sistemas de Energia Renovável TECNOLOGIA SOLAR FOTOVOLTAICA BREAK THROUGHS TECNOLOGIAS ESPERADOS ALTOS IMPACTO AMBIENTAL BAIXOS HELIOTÉRMICA MÉDIO BAIXOS EÓLICA BAIXOS BAIXOS BIOMASSA BAIXOS BAIXOS PCH s BAIXOS BAIXOS RECURSOS BÁSICOS (PRIMÁRIOS) DEPENDENTES DA SITUAÇÃO GEOGRÁFICA, ESTAÇÕES DO ANO E CICLO DIÁRIO DEPENDENTES DA SITUAÇÃO GEOGRÁFICA, ESTAÇÕES DO ANO E CICLO DIÁRIO DEPENDENTES DA LOCALIZAÇÃO E VARIAÇÕES AO LONGO DO ANO DEPENDENTES DA EXISTÊNCIA DE RECURSOS DEPENDENTES DA LOCALIZAÇÃO E DO USO DA ÁGUA Tecnologias de Conversão Direta da Radiação Solar Tecnologia Processo Estágio Atual Fotovoltaica Conversão direta de energia luminosa em eletricidade através de células fotovoltaicas Fotovoltaica com Utiliza, além das células, disposistivos óticos Concentração de concentração (espelhos, lentes etc.) Arquitetura Uso da luz e/ou do calor do Sol para Bio-climática climatização e iluminação de ambientes Térmica (baixa Aquecimento de água, ar, secagem de produtos temperatura) agrícolas, dessalinização por evaporação etc. Heliotérmica Aquecimento de fluidos de trabalho e/ou geração de eletricidade através de máquinas térmicas Termoquímica e Indução de reações químicas diretamente pela Fotoquímica luz ou calor do Sol (eletrólise, síntese de produtos químicos etc.) comercial demonstrado, poucas opções comerciais comercial comercial comercial /demonstração pesquisa FotoeletroquímicaIndução de reação química pela luz solar, pesquisa produzindo eletricidade (célula de Grätzel etc.) Fonte: World Energy Council 16
Aquecimento Solar Tecnologias de Conversão Direta da Radiação Solar - Heliotermia Discos Cilindros 17
Tecnologias de Conversão Direta da Radiação Solar - Heliotermia Torre Central Energia Solar Fotovoltaica HISTÓRICO 18
Tecnologia Fotovoltaica - Histórico 1839 - Becquerel descobre o efeito fotovoltaico num eletrólito 1876 - Adams descobre o efeito FV num semicondutor 1930 - Shottky estabelece a teoria do efeito fotovoltaico 1954 - Pearson, Fuller e Chapin - Primeira célula FV prática (mono-silício) 1958 - Primeiras células FV para alimentar um satélite (Vanguard I) Tecnologia Fotovoltaica - Histórico década de 60 - aplicações espaciais da tecnologia FV 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 década de 80 - centrais fotovoltaicas piloto de médio porte (dezenas a centenas de kwp) instaladas na Europa e EUA 19
Tecnologia Fotovoltaica - Histórico década de 90 - utilização de tecnologia FV para eletrificação rural na maioria dos países em desenvolvimento 1992 - início das atividades do CEPEL na área de energia fotovoltaica; convênio CEPEL/NREL (US DoE) para eletrificação rural em vários estados 1995 - início do trabalho conjunto do CEPEL com o MME/DNDE no PRODEEM 1996 - produção anual mundial de 80MWp de células fotovoltaicas Energia Solar Fotovoltaica APLICACÕES 20
Tecnologia Fotovoltaica - Aplicações Satélites de comunicação, sensoreamento, pesquisa etc Tecnologia Fotovoltaica - Aplicações Estações repetidoras de microondas, rádio VHF/UHF ou TV 21
Tecnologia Fotovoltaica - Aplicações Sistemas de Telemetria Monitoração Ambiental: estações de medições meteorológicas, pluviométricas, hidrológicas, anemométricas, monitoração de poluição, etc. Tecnologia Fotovoltaica - Aplicações Sistemas de proteção catódica contra corrosão de estruturas metálicas, oleodutos, gasodutos, etc. 22
Tecnologia Fotovoltaica - Aplicações Produtos de consumo: relógios, calculadoras, carregadores de pilhas NiCd, brinquedos, etc. Tecnologia Fotovoltaica - Aplicações Sinalização de aeroportos Propaganda comercial 23
Avião Solar Características dos Módulos (c-si) Células confeccionadas a partir de silício As células são encapsuladas nos módulos. Antes de serem encapsuladas, as células são conectadas em série ou paralelo É importante considerar a geometria das células, já que elas devem ocupar o máximo de área possível Célula de Silício Policristalino 24
Módulos de Silício Cristalino (c-si) Evolução das Células 25
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 Tecnologia Fotovoltaica Sistemas Autônomos Sem Armazenamento - alimentam cargas somente diurnas (ex: sistemas de bombeamento d'água para consumo humano) Com Armazenamento - atendem a cargas que necessitam de alimentação contínua (ex: escolas, postos de saúde, etc.), sendo o armazenamento de energia feito a partir de baterias 26
Sistema Fotovoltaico de Geração de Energia Elétrica Perfil das Aplicações de Sistemas Autônomos nos Países em Desenvolvimento Apresenta um enorme potencial para aplicações remotas Programas em diversos países para aplicações sociais e produtivas no meio rural 27
Exemplos de Projetos no Brasil 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 28
Estado da Bahia Escola da comunidade de Baixão do Archanjo Município de Barra Estado do Rio de Janeiro Igreja, escola e posto de saúde da comunidade de Água Fria Município de São Fidélis Sistema energético da comunidade de Água Fria Município de São Fidélis 29
Estado de Tocantins Crianças assistindo à TV pela primeira vez na comunidade de Boa Sorte Município de Dianópolis Sistema de bombeamento da comunidade de Boa Sorte Município de Dianópolis Estado do Mato Grosso Alunos na escola da comunidade de Córrego Grande Município de Santo Antônio de Leverger Sistema energético da escola e do posto de saúde da comunidade de Córrego Grande Município de Santo Antônio de Leverger 30
Projeto Ribeirinhas Vantagens do Uso de Sistemas Fotovoltaicos Autônomos Independência da localização e dispersão Dissociação de prioridades Ex.: Setor Elétrico - Projetos Sociais Possibilidade de Pré-eletrificação Adiamento de investimentos Atendimento de consumidores satélite Complemento à extensão de rede Custo decrescente enquanto a extensão de rede apresenta um custo marginal crescente Menor impacto ambiental Melhor solução para pequenos consumos 31
Tecnologia Fotovoltaica Sistemas Híbridos Sistema Híbrido de Campinas - AM Vila de Campinas; margem do Rio Solimões; ; 120km Manaus Convênio CEPEL/NREL/CEAM Fotovoltaico/Diesel 50kWp FV Em operação desde maio/97 32
Sistema Híbrido de Joanes Ilha de Marajó (PA), Município de Salvaterra; ; Fotovoltaico/Eólico Convênio CEPEL/NREL/CELPA 10kWp FV; 40kW eólico Operando desde maio/98 CASA SOLAR EFICIENTE 33
TRANSFERÊNCIA DE TECNOLOGIA PARA UM PÚBLICO MAIS AMPLO Área Externa Painéis fotovoltaicos e coletor solar fixado no telhado Iluminação Pública Painéis fotovoltaicos móveis Sistema de bombeamento 34
Sala de Controle Sala dos computadores e controle Diagnóstico elétrico da casa Esquema Elétrico e aquisição de dados. Monitoramento témico da Casa Solar Esquema Heliotérmico Monitoramento dos equipamentos conectados à casa Atividades Realizadas Constituição de base de dados Geração Fotovoltaica > painel fixo > painel móvel Radiação global Desempenho das baterias Simulação de cargas Avaliação bioclimática Avaliação sistema heliotérmico Programas de visitas monitoradas Estudantes do 2º grau Universitários Professores Profissionais Cerca de de 7000 visitantes em cinco anos de de operação 35
Atividades Realizadas Desenvolvimento de protótipos por parte de equipes de estudantes universitários no escopo do Programa Reenge II - Patrocinado pela FINEP Geladeira solar Iluminação por fibras óticas Carro solar autônomo Curso introdutório de energia solar, eólica e uso racional da energia Realização de três cursos para 45 professores com atendimento potencial indireto à 9000 alunos Penetração na mídia de massa Matérias em vários dos principais veículos de comunicação do país. É COMO GUARDAR O SOL DE DIA PARA ACENDER À NOITE DENTRO DE CASA 36
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) Sistema Fotovoltaico Residencial Conectado à Rede Elétrica 37
Tecnologia Fotovoltaica Sistemas Conectados à Rede Sistema fotovoltaico sobre o telhado de um condomínio residencial - Japão Tecnologia Fotovoltaica Sistemas Conectados à Rede Painel fotovoltaico de a-si a integrado ao revestimento da fachada de vidro em um prédio no Japão 38
Tecnologia Fotovoltaica Sistemas Conectados à Rede Central Fotovoltaica Neurather See (Alemanha) 360kWp Mercado Global Produção FV em 2001 (MW) Japão : 171,22 EUA: 100,3 Europa: : 86,38 Resto do Mundo: : 32,6 TOTAL: 390,5 Capacidade Total Instalada (fim de 2002): 2 GW Previsão 2020: 207 GW 39
Mercado Global em 2000 Empregos Entre 2000 e 2010 estimativa de 20 postos de trabalho em fabricação e 30 postos em instalação, venda,, e outros serviços para cada MW. (EPIA) 40
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A cadeia de produção fotovoltaica (situação do Brasil) Engenharia de Projetos Instalação, Exploração e Manutenção Concepção de sistemas e componentes Fabricação de módulos Fabricação de células Desafios Futuros Aprender a trabalhar com geração descentralizada Identificar nichos de aplicação de cada tecnologia Estimular a Pesquisa e Desenvolvimento de ER Promover a capacitação técnica de novos atores Desenvolver uma política industrial em ER Criar uma estratégia que permita o Desenvolvimento Sustentável 42
Energia Eólica:Aplicações Aplicações da Energia Eólica Catavento Bombeamento d água Residências Fazendas Aplicações Remotas 43
Aplicações da Energia Eólica Pequeno Porte ( 10 kw) Residências Fazendas Aplicações Remotas Intermediário (10-250 kw) Sistemas Híbridos Geração Distribuída Grande Porte (250 kw - 2+MW) Fazendas Eólicas Geração Distribuída Aerogeradores de grande porte Desenvolvimento de pesquisas em energia eólica de grande porte após a 2 a Guerra Mundial; Iniciativa de vários países como França, Dinamarca, Estados Unidos, Rússia, Alemanha e Inglaterra em pesquisas de grandes aerogeradores; Retomada de investimentos em energia eólica, após os choques do petróleo na década de 70, na diversificação da geração de energia. O Programa Federal de Energia Eólica (1971), dos EUA, promoveu o desenvolvimento eólico em várias regiões, além de pesquisas de novas concepções e materiais utilizados nos aerogeradores. 44
Aerogeradores de grande porte Turbina Eólica de Brush (1888-1908) Potência de 12 kw Rotor com 17 m de diâmetro Torre de 18m e 144 pás. Acionamento de lâmpadas incandescentes Aerogeradores de grande porte Turbina Eólica Balaclava (1931-1934) Potência de 100 kw Torre de 30m e 2 pás. Interligação com a rede Posicionamento via trilhos 45
Aerogeradores de grande porte Turbina Eólica Smith- Putnam (1941-1945) Potência de 1.25 MW Rotor com 53.3 m de diâmetro Torre de 33.3m e 2 pás. Interligação com a rede Aerogeradores de grande porte Turbina Eólica de Gedser Dinamarca - 1977 200kW Turbina MOD-5B Estados Unidos - 1987 3.5 MW Turbina Eixo Vertical Estados Unidos (1984-1987) 625 kw 46
Evolução comercial das turbinas eólicas Fonte: DEWI Energia Eólica e o Meio Ambiente Utilização do Solo para Atividades Agrícolas Emissão de Gases Emissão de Ruído Impacto Visual Impacto sobre a Fauna 47
Evolução do Custo da Energia Eólica Redução significativa dos custos da energia eólica: Redução dos custos das turbinas eólicas; Turbinas cada vez maiores, com torres cada vez mais altas; Melhoria da tecnologia e nos métodos de produção; Melhoria na eficiência e na disponibilidade; Queda nos custos de operação e manutenção. 1979 US$ 400,00/MWh 2003 US$ 35-120,00/MWh EVOLUÇÃO DO MERCADO MUNDIAL 48
Potência anual instalada, MW Installed Capacity per Year, MW 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 Instalação anual européia yearly installed capacity in Europe Potência Anual Instalada Europa, Mundo Instalação anual mundial yearly installed capacity world-wide Potência acumulada na Europa cumulated capacity in Europe Potência acumulada no mundo cumulated capacity world-wide 36000 31500 27000 22500 18000 13500 9000 Potência instalada acumulada, MW Accumulated Installed Capacity, MW 1000 4500 0 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 0 Fonte: DEWI Os 10 Países Líderes do Mundo em 2002 Holanda 3,0% Índia 3,0% Japão 1,8% Austrália& Nova Zelândia Zealand 1,6% Itália 1,5% Grécia 1,4% Resto do mundo 8,7% Alemanha 44,9% EUA 5,9% Dinamarca 7,3% Espanha 20,7% Potência eólica instalada em 2002 em porcento Fonte: DEWI 49
Instalação Total dos 10 Países Líderes do Mundo (fim de 2002) Grã-Bretanha 1,8% China 1,5% Grécia 1,4% Resto do mundo 8,5% Itália 2,5% Holanda 2,3% Alemanha 37,4% Índia 5,3% Dinamarca 9,0% Estados Unidos 14,6% Espanha 15,7% Total = 32.039 MW Source: BTM consult, DK, DEWI As 10 Companhias Líderes do Mundo em 2002 Ecotècnia (ES) 1,6% RePower (GE) 3,0% Nordex (GE) 6,8% Bonus (DK) 6,8% GE Wind Energy (US) 8,6% Others 5,0% Vestas (DK) 21,6% Enercon (GE) 17,9% NEG Micon (DK) 13,9% Gamesa (ES) + Made (ES) 14,8% Source: BTM consult, DK, DEWI 50
O Desenvolvimento do Mercado Alemão Década de 80 - Indústria eólica muito pequena 300 milhões de Marcos para P&D em novos geradores (1974 a 1988) Forte influência do acidente de Chernobil em 1986 1989 - Direcionamento intensivo das verbas para o desenvolvimento do mercado, devido à forte pressão ambiental Década de 90 - Desenv. industrial e programas subsidiados Programa de Demosntração de 250 MW (1990) com aerogeradores de 100 kw Lei de Alimentação de Eletricidade (1991) Lei das Energias Renováveis (2000) Energia Eólica na Alemanha - 1999 Posição Geral Somente em Posição Geral Somente em em 31/12/1999 1999 em 31/12/1999 1999 Número de Turbinas Eólicas Número de Turbinas Eólicas 7,879.00 7,879.00 1,676.00 1,676.00 Capacidade Instalada (MW) Capacidade Instalada (MW) 4,444.51 4,444.51 1,567.68 1,567.68 Média da Potência Instalada (kw/unid.) Média da Potência Instalada (kw/unid.) 564.10 564.10 935.40 935.40 Fonte: DEWI, 2000 Turbinas Instaladas Turbinas Instaladas ao longo dos anos ao longo dos anos 8.5 *10 6 MWh.ano 2% da Energia Consumida na Alemanha em 1999 Potência Instalada Potência Instalada ao longo dos anos ao longo dos anos 51
Participação da Energia Eólica Gerada por Ano no Consumo Elétrico na Alemanha (Jun. 2003) Estado Federal Consumo de Energia GWh Energia Eólica Gerada GWh Participação da Energia Eólica % Schleswig-Holstein 13 053 3 859 29.6 Mecklenburg- Vorpommern 6 039 1 348 22.3 Niedersachsen 47 528 7 129 15.0 Alemanha Total 491 243 24 830 5.05 Fonte: DEWI Previsão do Desenvolvimento da Energia Eólica 52
Previsão do desenvolvimento no mundo Potência instalada por ano, MW 16.000 14.000 12.000 10.000 2000 13% 8.000 37% 50% 6.000 4.000 Reihe3 Mundo e Europa Reihe2 Europa sem Alemanha Reihe1 Alemanha 2006 11% 43% 46% 2010 9% 28% 63% 2.000 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Fonte: DEWI Ano Hamburg Messe und Congress GmbH, 2002 Potência instalada, MW 140.000 120.000 100.000 80.000 60.000 40.000 20.000 0 Previsão do desenvolvimento no mundo 1990 1991 Fonte: DEWI 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 Reihe1 Mundo e Europa Reihe2 Europa sem Alemanha Reihe3 Alemanha 26% 2000 41% 2000 2001 Ano 33% 2002 2003 2004 32% 2005 2006 42% 26% 43% 2010 2006 2007 2008 2009 2010 18% 39% Hamburg Messe und Congress GmbH, 2002 53
A Energia Eólica no Brasil Estado Atual das Aplicações Eólicas no Brasil 0.03% da da potência instalada Usina da Taíba - 5 MW(10x 500kW) São Gonçalo de Amarante CE 54
Usinas Autorizadas pela ANEEL Total Total de de Projetos: 91 91usinas Potência Total: Total: 6.20 6.20GW COMPLEMENTARIDADE SAZONAL 55
Complementaridade Sazonal Região Nordeste Exemplos de de possíveis parques eólicos no no litoral litoral do do Ceará Ceará (3000MW) 1400 1200 1000 GWh PARACURU MUCURIPE COFECO BITUPITÁ ACARAU 800 600 400 200 0 JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ 4817 5252 5068 Vazão Vazão afluente no no reservatório de de Sobradinho, 1931/92 (média de de 2.7MW/m 3 3 /s) /s) Vazão (m3 /s) 3997 3487 2489 1946 1698 1401 1201 1062 1188 jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez CUSTOS E ESTIMATIVA DE MERCADO 56
Custos Altamente dependentes do regime de ventos Grandes empreendimentos: US$ 35 a 60/MWh Médios empreendimentos: US$ 45 a 80/MWh Pequenos empreendimentos: US$ 70 a 120/MWh Estimativa de Mercado (considerando-se se os fatores atuais) Otimista (com muitos fatores indutores) 1000 MW (até 2004) + 500 MW em 2005 20% ao ano de crescimento até 2022 65 GW Realista (+) (com poucos fatores indutores) 1000 MW (até 2004) + 500 MW em 2005 10% ao ano de crescimento até 2022 24GW Realista (-) (com muito poucos fatores indutores) 1000 MW (até 2004) + 500 MW em 2005 5% ao ano de crescimento até 2022 15GW 57
O POTENCIAL EÓLICO BRASILEIRO 58
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PROINFA - 1,1 GW ATÉ 2006 61
Energias Renováveis e a Proposta de Modelo Institucional do Setor Elétrico Estabelece em suas diretrizes para Energias Renováveis que nos processos de licitação para expansão do parque gerador uma parte deverá ser destinada às novas fontes renováveis de forma a atingir, ir, no menor prazo de tempo possível, participação destas fontes em 10% do consumo anual de energia elétrica. Deve-se considerar, na contratação destas fontes, que o impacto sobre as tarifas não exceda 0,5% e que os acréscimos acumulados não superem 5% quando comparados com o crescimento baseado exclusivamente em fontes convencionais. A partir de 2005 só poderão participar dos processos licitatórios empresas que comprovem índice de nacionalização de pelo menos 90% em equipamentos e serviços. O Futuro das Fontes Renováveis de Energia 62
Conclusões: últimas notícias Solar Fotovoltaica: dados de mercado (1,5 bi US$) e crescimento de 25% nos últimos anos Energia eólica:crescimento de 65% em 1999 (ritmo de crescimento da telefonia móvel); tem tido um crescimento sustentado da ordem de 30% a.a. US$ 3 bilhões - 86 mil empregos Conclusões: últimas notícias O carvão, e o petróleo não serão os reis da energia mundial para sempre. Não é mais uma tolice olhar o sol, o vento e para as ondas do mar The Economist A idade da pedra não acabou porque acabaram-se as pedras; não é necessário que o petróleo acabe para entrarmos em uma nova era de energia SHELL 63
Conclusões: últimas notícias Ás vezes ser moderno é olhar para trás Gilberto Gil Hamilton Moss Jorge Lima moss@cepel.br jlima@cepel.br (21) 2598-6387 (21) 2598-6133 Centro de Referência para Energia Solar e Eólica S. S. Brito http://www.cresesb.cepel.br/ CEPEL - Centro de Pesquisas de Energia Elétrica http://www.cepel.br/ 64