Fontes Alternativas de Energia e Mecanismo de Desenvolvimento Limpo Prof. Dr. Ricardo Alan V. Ramos Semana do Meio Ambiente 2005 UNESP - Ilha Solteira 31/05/05
Matriz Energética Brasileira Energia Renovável vel
Energia Solar Quase todas as fontes de energia hidráulica, biomassa, eólica, combustíveis fósseis e energia dos oceanos são formas indiretas de energia solar. Além disso, a radiação solar pode ser utilizada diretamente como fonte de energia térmica, para aquecimento de fluidos e ambientes e para geração de potência mecânica ou elétrica. Pode ainda ser convertida diretamente em energia elétrica, através de efeitos sobre determinados materiais, entre os quais se destacam o termoelétrico e o fotovoltaico. Entre os vários processos de aproveitamento da energia solar, os mais usados atualmente são o aquecimento de água e a geração fotovoltaica de energia elétrica.
Potencial de Aproveitamento de Radiação Solar
Coletores Solar e Painéis is Fotovoltáicos
Impactos Sócio-ambientais Energia Solar Uma das restrições técnicas à difusão de projetos de aproveitamento de energia solar é a baixa eficiência dos sistemas de conversão de energia, o que torna necessário o uso de grandes áreas para a captação de energia em quantidade suficiente para que o empreendimento se torne economicamente viável. Comparando-se, contudo, a outros recursos, como a energia hidráulica, por exemplo, observa-se que a limitação de espaço não é tão restritiva ao aproveitamento da energia solar.
Energia Hidráulica Características energéticas: disponibilidade de recursos, facilidade de aproveitamento e, principalmente, seu caráter renovável. A energia hidráulica é proveniente da irradiação solar e da energia potencial gravitacional, através da evaporação, condensação e precipitação da água sobre a superfície terrestre. A participação da energia hidráulica na matriz energética nacional é da ordem de 42%, gerando cerca de 90% de toda a eletricidade produzida no país. Apesar da tendência de aumento de outras fontes, devido a restrições socioeconômicas e ambientais de projetos hidrelétricos e os avanços tecnológicos no aproveitamento de fontes não-convencionais, tudo indica que a energia hidráulica continuará sendo, por muitos anos, a principal fonte geradora de energia elétrica do Brasil.
Energia Hidráulica O potencial hidrelétrico brasileiro é estimado em cerca de 260 GW.
Potencial Hidrelétrico Instalado
Potencial Hidrelétrico a ser Instalado
PCHs Existentes
Potencial de Aproveitamento de PCHs
Evolução das PCHs no Brasil
Tecnologias de Aproveitamento Energia Hidráulica Pequenos aproveitamentos diretos da energia hidráulica para bombeamento de água, moagem de grãos e outras atividades similares; Aproveitamento da energia hidráulica através do uso de turbinas hidráulicas, devidamente acopladas a um gerador de corrente elétrica. Com eficiência que pode chegar a 90%, as turbinas hidráulicas são atualmente as formas mais eficientes de conversão de energia primária em energia secundária.
Aspectos SócioS cio-ambientais Energia Hidráulica O aproveitamento de potenciais hidráulicos para a geração de energia elétrica exigiu a formação de grandes reservatórios e, conseqüentemente, a inundação de grandes áreas. Na maioria dos casos, tratava-se de áreas produtivas e (ou) de grande diversidade biológica, exigindo a realocação de grandes contingentes de pessoas e animais silvestres. A formação de reservatórios de acumulação de água e regularização de vazões provoca alterações no regime das águas e a formação de microclimas, favorecendo certas espécies (não necessariamente as mais importantes) e prejudicando, ou até mesmo extinguindo, outras.
Biomassa Do ponto de vista energético, biomassa é toda matéria orgânica (de origem animal ou vegetal) que pode ser utilizada na produção de energia. Assim como a energia hidráulica e outras fontes renováveis, a biomassa é uma forma indireta de energia solar. A energia solar é convertida em energia química, através da fotossíntese, base dos processos biológicos de todos os seres vivos. Uma das principais vantagens da biomassa é que, embora de eficiência reduzida, seu aproveitamento pode ser feito diretamente, através da combustão em fornos, caldeiras, etc. Para aumentar a eficiência do processo e reduzir impactos sócio-ambientais, tem-se desenvolvido e aperfeiçoado tecnologias de conversão eficiente, como a gaseificação e a pirólise.
Potencial de UTE a Biomassa Instalado
Potencial de Aproveitamento da Biomassa
Potencial de Aproveitamento da Biomassa
Potencial do Setor Sucroalcooleiro
Evolução do Setor Sucroalcooleiro no Brasil
Tecnologias de Aproveitamento Biomassa O aproveitamento da biomassa pode ser feito através da combustão direta (com ou sem processos físicos de secagem, classificação, compressão, corte/quebra etc.), processos termoquímicos (gaseificação, pirólise, liquefação e transesterificação) ou processos biológicos (digestão anaeróbia e fermentação).
Tecnologias de Aproveitamento Biomassa
Energia Eólica Seu aproveitamento ocorre através da conversão da energia cinética de translação em energia cinética de rotação, com o emprego de turbinas eólicas (aerogeradores) para a geração de energia elétrica, ou através de cataventos e moinhos para trabalhos mecânicos, como bombeamento de água. Geração de eletricidade: as primeiras tentativas surgiram no final do Século XIX, mas somente um século depois, com a crise do petróleo, é que houve interesse e investimentos suficientes para viabilizar o desenvolvimento e aplicação de equipamentos em escala comercial. Recentes desenvolvimentos tecnológicos têm reduzido custos e melhorado o desempenho e a confiabilidade dos equipamentos.
Potencial de Aproveitamento EólicoE
Potencial Eólico E Instalado
Aerogeradores
Evolução do Tamanho e da Potência Aerogeradores
Fazendas EólicasE
Aspectos SócioS cio-ambientais Energia Eólica Entre os principais impactos sócio-ambientais de usinas eólicas destacam-se os sonoros e os visuais. Os impactos sonoros são devidos ao ruído dos rotores e variam de acordo com as especificações dos equipamentos Os impactos visuais são decorrentes do agrupamento de torres e aerogeradores, principalmente no caso de centrais eólicas com um número considerável de turbinas, também conhecidas como fazendas eólicas. Outro impacto negativo de centrais eólicas é a possibilidade de interferências eletromagnéticas, que podem causar perturbações nos sistemas de comunicação e transmissão de dados.
Petróleo e Derivados A geração de energia elétrica a partir de derivados de petróleo ocorre por meio da queima desses combustíveis em caldeiras, turbinas e motores de combustão interna. O caso das caldeiras e turbinas é similar ao dos demais processos térmicos de geração e mais usado no atendimento de cargas de ponta e/ou aproveitamento de resíduos do refino de petróleo. Os grupos geradores Diesel são mais adequados ao suprimento de comunidades e de sistemas isolados da rede elétrica convencional.
Petróleo e Derivados Com exceção de alguns poucos países da OCDE (Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico), o uso de petróleo para geração de eletricidade tem sido decrescente desde os anos 1970. O obsoletismo das plantas de geração, os requerimentos de proteção ambiental e o aumento da competitividade de fontes alternativas são os principais responsáveis por isso. Contudo, o petróleo continua sendo muito importante na geração de energia elétrica nesses países, principalmente no suprimento de cargas de pico e no atendimento a sistemas isolados.
Potencial Instalado UTE Derivados de Petróleo
Impactos Sócio-ambientais Petróleo e Derivados Os principais impactos da geração de energia elétrica a partir de derivados de petróleo decorrem da emissão de poluentes na atmosfera, principalmente os chamados gases de efeito estufa (GEE). Os mais problemáticos são o dióxido de carbono (CO 2 ), o metano (CH 4 ) e o óxido nitroso N 2 O.
Gás s Natural O gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos gasosos, decorrentes da decomposição de matéria orgânica fossilizada ao longo de milhões de anos. É composto principalmente por metano, com proporções variadas de etano, propano, butano, hidrocarbonetos mais pesados e também CO 2, N 2, H 2 S, água, ácido clorídrico, metanol e outras impurezas. Outras características intrínsecas importantes são os baixos índices de emissão de poluentes, em comparação a outros combustíveis fósseis, rápida dispersão em caso de vazamentos, os baixos índices de odor e de contaminantes.
Geração Termelétrica a Gás G s Natural A geração de energia elétrica a partir de gás natural é feita pela queima do gás combustível em turbinas a gás, cujo desenvolvimento é relativamente recente (após a Segunda Guerra Mundial). Junto ao setor elétrico, o uso mais generalizado dessa tecnologia tem ocorrido somente nos últimos 15 ou 20 anos. Restrições de oferta de gás natural, o baixo rendimento térmico das turbinas e os custos de capital relativamente altos foram, durante muitos anos, as principais razões para o baixo grau de difusão dessa tecnologia no âmbito do setor elétrico.
Potencial Instalado UTE Gás G s Natural
Gasodutos Brasileiros
Linhas de Transmissão Brasileiras
Impactos Sócio-ambientais Gás s Natural Apesar das vantagens relativas do gás natural, quando comparado ao petróleo e ao carvão mineral, seu aproveitamento energético também gera impactos indesejáveis ao meio ambiente, principalmente na geração de energia elétrica. Um dos maiores problemas é a necessidade de um sistema de resfriamento, cujo fluido refrigerante é normalmente a água. Embora existam tecnologias de redução da quantidade de água necessária e mitigação de impactos, isso tem sido uma fonte de problemas ambientais, principalmente em relação aos recursos hídricos, em função do volume de água captada, das perdas por evaporação e do despejo de efluentes.
Fontes Alternativas de Energia Quadro Comparativo
Balanço o de Energia Elétrica (Projeção) Balanço de energia
Evolução da Oferta de Energia no Brasil
Valores Médios M por Fonte de Energia (R$/MWh MWh)
Programa de Fontes Alternativas de Energia Elétrica (PROINFA) Criado em 26/04/02 (Lei N o 10.438) e revisado em 11/11/03 (Lei N o 10.762); Coordenado pelo MME e financiado pelo BNDES; Importante instrumento para a diversificação da matriz energética nacional, garantindo maior confiabilidade e segurança ao abastecimento; Contratação de 3.300 MW de energia no SIN produzidos por Fontes Eólica, Biomassa e Pequenas Centrais Hidrelétricas; Contratos com duração de 20 anos com garantia de uma receita mínima de 70% da energia contratada durante o período de financiamento e proteção integral quanto aos riscos de exposição do mercado de curto prazo.
PROINFA Mapa de Fontes
PROINFA Benefícios Social: Geração de 150 mil postos de trabalho diretos e indiretos durante a construção e a operação, sem considerar os de efeito-renda; Tecnológico: Investimentos de R$ 4 bilhões na indústria nacional de equipamentos e materiais; Estratégico: Complementaridade energética sazonal entre os regimes hidrológico/eólico(ne) e hidrológico/biomassa (SE/S); Econômico: Investimento privado da ordem de R$ 8,6 bilhões; Meio Ambiente: A emissão evitada de 2,5 MtCO2/ano criará um ambiente potencial de negócios de Certificação de Redução de Emissão de Carbono, nos termos do Protocolo de Kyoto.
Aquecimento Global e Conseqüências As ações decorrentes das atividades econômicas e industriais têm provocado alterações na biosfera, resultando na quase duplicação da concentração de Gases de Efeito Estufa (GEE) na atmosfera. Temperatura média superficial da terra aumentará entre 1,4 e 5,8oC Aumento global de chuvas; Nível do mar subirá entre 9 e 88 cm; Aumentará a incidência de eventos climáticos extremos (inundações, secas, ondas de calor, ciclones tropicais etc.)
Mudança da Temperatura Global nos Últimos Anos
Gases de Efeito Estufa (GEE) Dióxido de carbono (CO 2 ): Queima de combustíveis fósseis; Desmatamento; Queimadas. Metano (CH 4 ): Cultivo de arroz; Criação de gado; Decomposição anaeróbica de biomassa; Liberações de gás natural na cadeia produtiva de petróleo. Óxido nitroso (N 2 O): Produção de ácido nítrico e de fertilizantes; Combustão; Conversão da terra para a agricultura. Perfluorcarbonos (PCFs) e Hidrofluorcarbonos (HFCs): Produção de solventes; Refrigerantes; Aerossóis; Fabricação de espumas. Hexafluoreto de enxofre (SF6)
Contribuição das Fontes Emissoras de CO 2 Fonte Emissora Contribuição (%) Petróleo 58 Queima de madeira 16 Coque 12 Carvão 10 Gás Natural 4
Convenção Quadro sobre Mudanças Climáticas - CQMC Aprovada na Conferência das Nações Unidas sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento, ocorrida no Rio de Janeiro em 1992 (ECO-92). Propõe compromissos entre países signatários para implementar ações concretas sobre redução dos níveis de Gases de Efeito Estufa na atmosfera. Entrou em vigor em 21 de março de 1994
Comissão Interministerial de Mudança Global do Clima Decreto nº 07, de julho de 1999 Presidente: MCT Vice-Presidente: MMA Resolução nº 01, de dezembro de 2003.
Conferências das Partes (COPs) COP 3 Quioto/1997 (Protocolo de Kyoto) COP 6 Haia/2000 COP 6 BIS Bonn/2001 (Acordo de Bonn) COP 7 Marrakesh/2001 (Acordo de Marrakesh) COP 8 Nova Delhi/2002 (Declaração de Delhi)
Protocolo de Kyoto Redução das emissões de GEE em 5,2% abaixo dos níveis de 1990. 55 países que representem pelo menos 55% das emissões de gases efeito estufa. No Brasil foi ratificado no dia 19/06/02 e sancionado pelo presidente no dia 23/07/03. 01/11/2004: 124 ratificaram (62%).
Anexo I Países industrializados que devem retornar suas emissões de gás de efeito estufa aos níveis 1990, no período de 2008-2012. Incluem os 24 membros originais do OECD (Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico), a União Européia e 14 países com economias em transição
Maiores Emissores de CO 2 do Mundo Ranking Países Quantidade (mil toneladas) 1 Estados Unidos 1.489.648 2 China 913.768 3 Rússia 390.616 4 Japão 316.164 5 Índia 279.899 6 Alemanha 227.364 7 Reino Unido 142.096 8 Canadá 133.890 9 Coréia do Sul 116.701 10 Itália (incluindo San Marino) 111.323 11 Ucrânia 100.427 12 México 99.964 13 Polônia 95.413 14 França (incluindo Mônaco) 92.878 15 África do Sul 86.532 16 Austrália 86.336 17 Brasil 78.666 18 Irã 78.585 19 Arábia Saudita 72.616 20 Coréia do Norte 68.794
Mecanismos de Flexibilização Mecanismo de Desenvolvimento Limpo MDL (Clean Development Mechanism) Comércio de Emissões (Emissions Trade) Implementação Conjunta (Joint Implementation)
Mecanismo de Desenvolvimento Limpo - MDL Objetivos: Reduzir emissões de GEE e promover o desenvolvimento sustentável em países em desenvolvimento. Princípio: Permitir a países desenvolvidos investir em projetos de redução de emissão em países em desenvolvimento e utilizar os créditos para auxiliar no cumprimento de suas obrigações Certificado de Redução de Emissões CRE
Áreas com Potencial para Implantação de Projetos de MDL Fontes renováveis de energia; Eficiência / Conservação de energia; Reflorestamento e estabelecimento de novas florestas.
Indicadores de Sustentabilidade para Projetos de MDL
Primeiros Passos para Implantação de um Projeto de MDL Buscar empresa idônea que faça estudo preliminar do projeto Elaborar Documento de Concepção do Projeto (PDD) Buscar financiamento / compradores
Potencialidades do Mercado Usinas de Açúcar e Álcool 320 usinas no Brasil 33 usinas na Região Oeste Paulista Aproximadamente 50 têm co-geração de energia a partir do bagaço da cana
Gases causadores do efeito estufa no setor sucroalcooleiro Atividades na Produção de Cana, Açúcar e Álcool kg CO 2 / ton Cana Atividade 1: Produção, Colheita e Transporte da Cana Fixação (fotossíntese) de carbono da atmosfera + 694,7 Liberação de CO 2 pelo uso de combustíveis (diesel) na lavoura 4,7 Liberação de CO 2 na queima do canavial (80% das pontas e folhas) 198,0 Liberação de outros gases de efeito estufa na queima do canavial (principalmente metano) 5,0 Liberação de N 2 O do solo pelo uso de adubação nitrogenada 3,2 Liberação de CO 2 na produção dos insumos da lavoura (mudas, herbicidas, pesticidas, etc.) 6,7 Liberação de CO 2 na fabricação dos equipamentos agrícolas que serão usados na lavoura 2,4 Oxidação dos resíduos não totalmente queimados no campo 49,5 Atividade 2: Produção de Açúcar e Álcool Liberação de CO 2 na fermentação alcoólica 38,1 Liberação de CO 2 na fabricação dos insumos da indústria(cal,, etc.) 0,5 Liberação de CO 2 na produção dos equipamentos e prédios, instalações industriais 2,8 Liberação de CO 2 na queima de todo o bagaço, substituindo óleo combustível, na produção de açúcar e álcool 231,6 Emissão evitada de CO 2, pelo uso de bagaço na produção de açúcar (somente), em vez de óleo combustível ou carvão + 104,0 Atividade 3: Uso do Açúcar e do Álcool Em princípio, em médio prazo praticamente todo o carbono no açúcar é oxidado (metabolizado, etc.) e volta à atmosfera 97,0 Liberação de CO 2 na queima do etanol, em motores automotivos 79,1 Liberação de CO 2, pelo uso de etanol em motores automotivos, em vez de gasolina + 126,7 Total das Emissões Evitadas + 206,8
Referências www.mct.gov.br www.aneel.gov.br www.eletrobras.gov.br www.mme.gov.br www.mma.gov.br www.unfccc.int www.globalchange.org www.petrobras.com.br www.redegasenergia.com.br
Obrigado pela Atenção! Núcleo de Planejamento Energético, Geração e Cogeração de Energia Departamento de Engenharia Mecânica UNESP / Ilha Solteira nuplen@dem.feis.unesp.br www.dem.feis.unesp.br/nuplen Fone: (18) 3743-1054 Fax: (18) 3742-2992