Universidade de São Paulo Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz Programa de Pós Graduação em Economia Aplicada Potencial e disponibilidade de biomassa de cana-de-açúcar na região Centro-Sul do Brasil: uma aplicação de modelos de localização ótima para fins energéticos http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11132/tde-03092015-092514/ Dissertação para obtenção do título de Mestre em Economia Aplicada Natália de Campos Trombeta José Vicente Caixeta Filho Julho 2015 Permitida a cópia total ou parcial desde que citada a fonte
AGENDA Contexto Objetivos Revisão de Literatura Material e Métodos Resultados e Conclusões Energia da biomassa Mercados Gerais Específicos Viabilidade Pesquisa Operacional Mapeamento Modelagem Mapas Indicadores Modelo Conclusões
Fonte: Neves (2014), Unica (2014) e Conab (2014). Contexto O setor em grandes Nºs - Setor Canavieiro Safra 2013/14 Brasil 653 milhões t moídas 370 usinas em atividade 8,9 milhões hectares cultivados PIB - US$ 43 bi US$ 108 bi movimentados 613 mil empregos formais 375 mil empregos informais 38 milhões t açúcar 1º do mundo 12 milhões m³ anidro 15 milhões m³ hidratado 2º do mundo 1720 MW médios gerados Energia da Biomassa de Cana
Contexto Energia da Biomassa de Cana 1 tonelada de cana Lei nº 11.241/2002 280 kg bagaço 280 kg palha 0,4 MWh/t (50% umidade) E/OU 150 L de etanol celulósico/t (50% umidade) 2 MERCADOS POTENCIAIS Fonte: CTC (2014).
Produção (milhões t) PIB (R$ bilhões de 2010) Demanda por Energia (TWh) Contexto Os mercados de biomassa: Energia ACR e ACL OFERTA DEMANDA 1200 1140 1000 34% 849 800 64% 600 518 400 319 238 145 319 200 238 145 0 2010 2020 2030 Cana-de-Açúcar Bagaço Palha Fonte: PNE 2030 (2007) e PDE 2022 (2011) 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 785 25% 626 20% 520 28% 6314 20% 4950 4129 2013 2017 2022 PIB Demanda por Energia Elétrica 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0
Contexto Os mercados de biomassa: Porque energia de biomassa de cana? Importação; 8,17; 6% Eólica; 3,78; 3% Outras; 7,72; 6% Proximidade da regiões demandantes Biomasssa de Cana; 9,72; 7% Petróleo; 7,6; 5% Gás; 14,30; 10% Hidroelétrica; 87,62; 63% Menor custo de investimento relativo Complementar a matriz hídrica, especialmente nos períodos de seca Matéria prima renovável e passível a armazenamento sazonalidade controlável Matriz Energética Brasileira: Potencial de Geração (GW) e Market Share (%) Diluição dos custos fixos da usina instalações equivalentes Menor impacto ambiental e balanço energético positivo Fonte: Aneel (2014)
Produção (milhões t) Demanda por Etanol (mil m³) Contexto Os mercados de biomassa Etanol Celulósico Tecnologia em transição (experimental - comercial ) OFERTA DEMANDA 1200 1140 1000 34% 849 800 64% 600 518 400 319 238 145 319 200 238 145 0 2010 2020 2030 Cana-de-Açúcar Bagaço Palha Fonte: PNE 2030 (2007) e PDE 2022 (2011) 50.000 45.000 40.000 35.000 30.000 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 0 24% 14.371 12% 11.606 23% 10.341 32.811 129% 26.574 11.588 2013 2017 2022 Anidro Hidratado
Contexto Síntese OFERTA DEMANDA SIM! PRECISAMOS de ENERGIA ELÉTRICA, PRECISAMOS de BIOCOMBUSTÍVEIS, PRECISAMOS de BIOMASSA DE CANA!
AGENDA Contexto Objetivos Revisão de Literatura Material e Métodos Resultados e Conclusões Energia da biomassa Mercados Gerais Específicos Viabilidade Pesquisa Operacional Mapeamento Modelagem Mapas Indicadores Modelo Conclusões
Objetivos Gerais e Específicos Qual a real disponibilidade e potencial da biomassa de cana? Qual o nível tecnológico para cogeração das unidades? Como funciona o mercado de energia e de biomassa regional? 1 Quais são as principais regiões geradoras? Onde estão as principais unidades produtivas e as linhas de transmissão? Para maximizar o lucro do setor, quais são os fluxos e melhor localização de unidades cogeradoras? 2
AGENDA Contexto Objetivos Revisão de Literatura Material e Métodos Resultados e Conclusões Energia da biomassa Gerais Viabilidade Mapeamento Mapas Mercados Específicos Pesquisa Operacional Modelagem Indicadores Modelo Conclusões
Revisão de Literatura Viabilidade uso de biomassa de cana-de-açúcar e Pesquisa Operacional Expectativas e Tendências aos Mercados de Energia e Etanol Viabilidade no uso de biomassa de cana-de-açúcar para cogeração de energia Pesquisa Operacional voltada a localização ótima, alocação e recolhimento de biomassa para fins energéticos
AGENDA Contexto Objetivos Revisão de Literatura Material e Métodos Resultados e Conclusões Energia da biomassa Mercados Gerais Específicos Viabilidade Pesquisa Operacional Mapeamento Modelagem Mapas Indicadores Modelo Conclusões
Material e Métodos Mapeamento: Levantamento de dados e Indicadores E2G Venda Biomassa de Cana Bagaço Palha no Campo Fardos Palha Solta SLS Outra Rota Matéria Prima Disponível Tecnologia Industrial Energia Elétrica Uso Venda Agronômicos Tecnológicos Mercado
Material e Métodos Mapeamento Levantamento de dados https://docs.google.com/forms/d/1a- TfRcfleXRlnrRaCAeKrmVe6KV528FmE9WNS2d6-_4/viewform
Material e Métodos Modelagem Unidades produtivas de cana de açúcar Raio de recolhimento de cana de açúcar pela unidade produtiva Localização de potenciais unidades de cogeração ou E2G Fluxos hipotéticos de biomassa entre unidades Fluxos hipotéticos de biomassa a potenciais unidades de cogeração ou E2G
Material e Métodos Modelagem Objetivo Receitas - Custos de Geração de Energia - Custos Logísticos da Biomassa
Material e Métodos Modelagem Restrições Cenário Oferta Demanda Capacidade
Material e Métodos Modelagem Cenários Analisados Cenário Descrição A Base 2013/14 B Preços Energia 2014/15 C Rankeamento Stand Alone D Inclusão E2G curto e médio prazo - CTBE
AGENDA Contexto Objetivos Revisão de Literatura Material e Métodos Resultados e Conclusões Energia da biomassa Gerais Viabilidade Mapeamento Mapas Mercados Específicos Pesquisa Operacional Modelagem Indicadores Modelo Conclusões
Resultados Mapas Temáticos: Disponibilidade Biomassa, safra 2013/14, Região Centro-Sul Fonte: Resultados da pesquisa e Unica (2014)
Resultados Mapas Temáticos: Usinas com potencial de exportação e linhas de transmissão, safra 2013/14, Região Centro-Sul. Fonte: Resultados da pesquisa, Unica (2014) e Aneel (2014)
Resultados Mapas Temáticos: Capacidade Instalada e Relação Consumo x Exportação de energia elétrica, safra 2013/14, Região Centro-Sul Fonte: Resultados da pesquisa, Unica (2014) e Aneel (2014)
Resultados Amostragem 26% 38% 41% 53%
Energia Potencial Média (GWh) Resultados Indicadores Agronômicos Médios - Brasil 102554; 10,37% 153831; 15,56% 732528; 74,07% Bagaço (t) Palha Solta (t) Palha Enfardada (t) 246 dias de safra 3 milhões t 36 mil ha 88% cana crua 8,1% Impureza Vegetal 1,3% Impureza Mineral 700 600 500 400 300 200 100 0 Geração de Energia Potencial Média: 450 GWh/safra Variável de acordo com o nível tecnológico e disponibilidade de utilização de palha
Resultados Indicadores Industriais Médios - Brasil 74; 34% 87; 39% Até 21 bar Entre 22 até 45 bar 222 caldeiras amostradas Produção de Vapor Média: 156 tv/h Entre 46 até 64 bar Pressão Média: 47 bar 12; 5% Acima de 65 bar Idade Média: 14 anos 48; 22% 223 turbogeradores amostrados Potência Nominal Média: 20 MW 38; 17% Contrapressão Simples Idade Média: 11 anos Consumo de Energia Médio: 22 KWh/t cana Excedente de Energia Médio: 34 KWh/t cana 32; 14% 153; 69% Contrapressão com Extração Condensação
Resultados Indicadores de Mercado Médios - Brasil Exportação Média: 140.879 MWh/safra Preço Médio Leilão: R$ 191,49/MWh Preço Médio Spot: R$ 230,64/MWh Preço Médio Bagaço: R$ 75,41/t
Resultados Modelagem Cenário A Autofornecimento Expansão 1 unidade na regional de Araraquara Mix biomassa: 91% Bagaço/98% Palha Carga/17% Fardos Energia: 40 mil GWh ou 4.500 MWmédio
Resultados Modelagem Cenário B Expansão Preços 2014/15 Expansão 66 unidades Mix biomassa: 91% Bagaço/ 98% Palha Carga/ 53% Fardos/ 55%Palha Solta Energia: 65 mil GWh ou 7.400 MWmédio
Resultados Modelagem Cenário C Stand Alone - preços 2014/15. 10 projetos stand alone Expansão 60 unidades Mix biomassa: 99% Bagaço/ 98% Palha Carga/ 98% Fardos/ 60%Palha Solta Energia Total Produzida: 67 mil GWh ou 7.700 MWmédio
Resultados Modelagem Cenário D E2G Médio Prazo 68 projetos E2G especialmente região tradicional Energia Total Produzida: 36 mil GWh ou 4100 MWmédio Etanol Celulósico Produzido: 9 milhões m³
Conclusões 1. As biomassas de cana-de-açúcar apresentam papel estratégico na segurança energética do país e seu potencial tem sido subutilizado, especialmente no que se diz respeito ao aproveitamento de palha; 2. Identificou-se gargalos setoriais e de investimento em tecnologia para o melhor aproveitamento de palha, expansão do parque cogerador e viabilidade econômica atual da produção de etanol celulósico; 3. Previsibilidade a partir de Leilões de energia regionalizados, periódicos e típicos as termelétricas a biomassa; Políticas Públicas para o etanol (considerando suas externalidades positivas); Linhas de Financiamento para estimular o recolhimento e processamento de palha, para ampliação e renovação do parque cogerador e para viabilizar a tecnologia de etanol de segunda geração.
Referências Bibliográficas Agência Nacional de Energia Elétrica. Banco de Informações de Geração (BIG) Matriz Energética. Disponível em: www.aneel.gov.br Centro de Tecnologia Canavieira. Comunicação verbal Desenvolvimento de Negócios. Piracicaba, 2014. Empresa de Pesquisa Energética. Plano Nacional de Energia 2030 (PNE 2030). Brasília: Ministério de Minas e Energia, 2006. Empresa de Pesquisa Energética. Plano Decenal de Energia 2022 (PDE 2022). Brasília: Ministério de Minas e Energia, 2013. NEVES, M.F. A Dimensão do Setor Sucroenergético: Mapeamento e Quantificação da Safra 2013/14. Ribeirão Preto: Markestrat, Fundace, FEA-RP/USP, 2014. União da Indústria de Cana-de-Açúcar. UnicaData: produção de etanol anidro, hidratado e moagem de cana-de-açúcar. Disponível em: www.unica.com.br
Obrigada! Dissertação disponível em: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11132/tde-03092015-092514/ Natália Trombeta Calori natalia.calori@ctc.com.br Permitida a cópia total ou parcial desde que citada a fonte