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Como citar este trabajoAn. 3. Enc. Energ. Meio Rural 2003
Tarifas exergéticas horo-sazonais
José Márcio Costa; Delly Oliveira Filho
Departamento de Engenharia Agrícola, Universidade Federal de Viçosa, Prof. Departamento de Engenharia Agrícola, 36751.000 Viçosa, MG tel.: (31) 899-1897 fax: (31) 899-2735
RESUMO
O paradigma econômico que imperou até as crises do petróleo que ocorreram na década de 70 foi o do desenvolvimento com crescimento econômico. Aspectos ambientais tinham importância secundária, e sua avaliação não era integrada nas etapas desse desenvolvimento. Cada vez mais, percebe-se maior mobilização da sociedade organizada para minimizar impactos ambientais. O planejamento integrado, que engloba ações desde os recursos naturais até o uso final dado à energia pela sociedade a um baixo custo e com menor impacto ambiental, é uma forma de racionalizar o uso desses recursos. As tarifas horo-sazonais vigentes são baseadas nas leis de mercado e dos custos fixos e variáveis. Com relação às tarifas exergéticas, avalia-se a qualidade da energia com base no primeiro e no segundo princípio da termodinâmica, pois diferentes usos finais da energia geram níveis distintos de degradação ambiental. Neste trabalho, é introduzida a tarifação exergética horo-sazonal – tarifa XHS, que contempla tanto as leis de oferta e procura de energia quanto a redução do nível de degradação ambiental. Simulou-se, na presente pesquisa, o impacto de se taxar a energia elétrica pelo seu uso final, via kW e kWh consumidos e demandados, nos grandes setores da economia mineira. O impacto da adoção de tarifas XHS foi maior no setor residencial, devido ao (i) baixo fator de carga e elevado consumo no horário de ponta, e à (ii) baixa eficiência exergética.
Palavras-chave: Tarifas, exergia e energia elétrica
ABSTRACT
The economic paradigm that reigned until the petroleum crises, that happened in the seventies, was the development with economic growth. Environmental aspects had secondary importance, and its evaluation was not integrated in the development stages. Nowadays, it is noticed larger mobilization of the organized society in order to minimize environmental impacts. The integrated resources planning, that includes actions from the natural resources to the final end use given to the energy by the society at a bass cost and with smaller environmental impact, it is a form of rationalizing the use of those resources. The effective time-of-use tariffs are only set in the market laws, in reason of fixed costs and you varied. With relationship to the tariffs exergetic, the quality of the energy is evaluated based on the First and Second Principle of Thermodynamics, because different final uses of the energy generate levels different from environmental degradation. In this work the clearance time-of-use exergetic is introduced - it tariffs XHS, that contemplates the offer laws and search of energy so much as the reduction of the level of environmental degradation. It was simulated, in to present he/she researches, the impact of rating the electric energy for its final use, through kW and consumed kWh and demanded, in the great sections of the mining economy. The impact of the adoption of tariffs XHS was larger in the residential section due to the: (i) low load factor and high consumption in the schedule of point and to the (ii) low efficiency exergetic.
INTRODUÇÃO
O conhecimento dos padrões de consumo de energia elétrica no País é de fundamental importância para a elaboração de programas de conservação de energia e o planejamento estratégico. A segmentação do consumo de energia por setores e por uso final permite melhores projeções acerca do consumo futuro.
A base do modelo hoje utilizado pelas concessionárias, para cobrança de tarifas, é essencialmente a projeção de fatores como "preços" de energia e "renda", bem como suas relações com a demanda de energia elétrica pelo comportamento do consumidor, a legislação e os novos usos de energia. Países mais industrializados têm incorporado a esse modelo novos parâmetros para explicar a evolução do consumo de energia. Os fatores considerados são o nível da atividade (o serviço de energia) e a intensidade de energia (o uso da energia por unidade de serviço). O nível da atividade depende da população, da renda e da produção econômica, já a intensidade de energia é dependente da eficiência energética nos aspectos operacionais e tecnológicos.
Em contextos de crise é que a busca de soluções e um novo enfoque surgem com mais intensidade para suprir as necessidades de energia da população de modo mais barato e com menor impacto ambiental. As crises do petróleo, em 1973 e 1979, fizeram surgir o Planejamento Integrado dos Recursos (PIR), que é o desenvolvimento combinado da oferta de eletricidade e opções de Gerenciamento do Lado da Demanda (GLD), para fornecer serviços de energia a custo mínimo, incluindo custos sociais e ambientais [5].
Com as diversas formas de pressão da sociedade, por movimentos e órgãos não- governamentais, as avaliações ambientais e de conservação de energia estão progressivamente sendo incluídas no processo de planejamento de energia. Evoluindo, assim, em direção a fatores tecnológicos com eficiência energética, gestão de carga no lado da demanda, fontes de geração descentralizadas, produtores independentes, custos ambientais e sociais nas avaliações de seleção das alternativas potências de energia.
Programas de incentivo ao uso de energia solar, substituição de lâmpadas incandescentes por fluorescentes, uso de motores de alto rendimento etc. são iniciativas que procuram ofertar energia (kWh) para o sistema com menor custo. O kWh economizado nessas opções tem custo inferior ou kWh gerado [11].
As concessionárias alegam que as barreiras legais, financeiras, tecnológicas não estimulam a política de mudanças eficientes. Ao contrário, há o encorajamento, por parte das concessionárias, para a compra do kWh excedente, gerando receita extra, e não a implementação de medidas de conservação de energia por parte do consumidor. No entanto, com a abertura do mercado de energia elétrica a produtores independentes, percebe-se um avanço por parte da concessionárias em investir parte de sua renda em programas de conservação e introdução de alternativas eficientes. Devido à concorrência, ainda pequena, mas crescente, a importância da disponibilidade de energia na hora e no tempo requerido pelos consumidores torna-se prioridade.
EXERGIA
A palavra exergia foi introduzida pelo cientista Z. Rant, em 1956, em uma publicação que surgiu de seu trabalho com energia consumida em processos industriais [1]. A avaliação exergética baseia-se na primeira e na segunda lei da termodinâmica, que valorizam o conceito de qualidade do uso da energia, diferentemente dos critérios tradicionais de medir a eficiência, que se baseiam somente na primeira lei da termodinâmica [7]. A primeira lei da termodinâmica diz que a energia se conserva, mas nada diz a respeito da qualidade dessa energia.
O setor de energia elétrica tem ignorado a avaliação exergética no planejamento de sistemas. Acredita-se que isso ocorre devido à falta de familiaridade com o segundo princípio da termodinâmica e às implicações decorrentes para uma avaliação precisa do sistema elétrico [9]. Ressalta-se que há variáveis e alguns fatores que não se encontram totalmente disponíveis no mercado e precisam ser estudados. São eles: fatores tecnológicos de conversão da energia, informações sobre o uso final da energia, razões políticas, nível de conscientização das diversas esferas de decisão da sociedade, tecnologia disponível, equipamentos eficientes, hábitos de consumo etc.
Centrado no ponto de vista do segundo princípio da termodinâmica que considera a qualidade da energia consumida e não somente as quantidades envolvidas em processos e fontes, é que se realiza a análise exergética.
A análise exergética pode contribuir para a melhoria da utilização dos recursos naturais, pois, ao quantificar a degradação do uso da energia, permite parametrizar a qualidade do uso da energia [10]. Menor degradação de energia significa, diretamente, menor impacto ambiental e, conseqüentemente, maior disponibilidade de recursos do lado da oferta. Essa análise poderá criar sistema de incentivos financeiros às externalidades, o que evitaria a expansão da oferta e encorajaria as concessionárias, a sociedade e os consumidores a usar alternativas eficientes num programa de conservação de energia.
EXTERNALIDADES
As externalidades ambientais (ar, água, terra etc.) são expressas por meio de procedimentos qualitativos ou por custos evitados com recursos naturais, quando se tem um menor impacto de degradação, de forma desnecessária, ao meio ambiente. Assim, o ar que se respira é um exemplo. Quanto menor o nível de poluição, menor será o trabalho necessário para produzi-lo com as características aceitáveis à vida, já que é elemento indispensável à sobrevivência humana. Em países europeus tecnologicamente industrializados, as externalidades (referente ao ar) são contabilizadas na forma de impostos sobre emissões decorrentes do uso de combustíveis fósseis.
TARIFAS PARA O USO DA ÁGUA
Em 1997, foi criada a Lei das Águas, como meta da agenda do governo para disciplinar o uso da água. Em 1999, O Ministério do Meio Ambiente apresentou dois projetos para a proposta de criação da Agência Nacional de Águas (ANA) e de regulamentação do Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos [6]. Nesses projetos, os grandes consumidores de água, como usinas hidrelétricas, empresas de saneamento e de irrigação, terão que pagar pela utilização dos recursos hídricos. A cobrança será feita para que as empresas utilizem de forma mais racional e eficaz os recursos. As tarifas seriam variáveis e progressivas, de acordo com cada consumidor. Quem racionalizar o uso da água e adotar medidas para o tratamento das bacias pagará menos. Quem poluir mais terá que pagar mais, até que fique tão caro que a empresa seja obrigada a tratar seus poluentes antes de jogá-los nos rios.
LEI ROBIN HOOD
Outro exemplo de experiência positiva, visando à educação no trato com o meio ambiente, é a "Lei Robin Hood" (Lei 12.040/95), do Estado de Minas Gerais [4]. Essa favorece os municípios ecologicamente corretos com maior arrecadação na quota-parte do ICMS. Em troca, esses municípios teriam que investir em educação, saúde, agricultura, patrimônio cultural e preservação do meio ambiente. Os critérios para preservação do meio ambiente, com menor impacto nos recursos naturais, caracterizam-se pela proteção legal das reservas ambientais e pelo tratamento de lixo e esgotos sanitários. Assim, o incentivo às externalidades pode contribuir para melhorar a eficiência da utilização dos recursos naturais com menor impacto ambiental
OBJETIVO
O objetivo deste trabalho é apresentar metodologia de tarifação para o uso final dado à energia elétrica em alguns setores da economia mineira. Essa é baseada nas leis de mercado e no segundo princípio da termodinâmica, que qualifica a energia.
MATERIAL E MÉTODOS
A sazonalidade das afluências naturais do sistema elétrico brasileiro, em sua totalidade de origem hidráulica, e a curva de carga nacional, com grandes oscilações no período do dia, trouxeram ao consumidor a tarifa horo-sazonal. A aplicação dessa tarifa com diferentes taxas, tanto horárias quanto sazonais, de energia forçou o deslocamento de parte da carga, em horários de pico, para horários em que o sistema elétrico estivesse ocioso. Contendo, assim, o crescimento da curva de carga e retardando futuros investimentos na geração para atender horários, do dia e do ano, de maior demanda.
A tarifa horo-sazonal (THS) contempla a cobrança de taxas para o consumo e a demanda, mas não contempla em si nenhuma estratégia de tarifação para formação e educação do consumidor quanto aos aspectos sociais e ambientais [3]. Portanto, a THS é uma tarifa punitiva de interesse apenas comercial.
A proposta da tarifa exergética horo-sazonal (XHS) proporciona a uniformização da curva de carga, o aumento do fator de carga e um novo conceito sobre taxação com aproveitamento da energia disponível em seu uso final. Portanto, um direcionamento da energia na fonte para seu melhor uso final, e não simplesmente deslocando o uso da energia para horários e épocas do ano de maior disponibilidade de recursos energéticos.
Com base na mesma estrutura da tarifa horo-sazonal, a tarifa exergética horo-sazonal é composta, além do preço relativo à demanda de potência (kW) e ao consumo de energia (kWh), do preço relativo ao fator "uso final" dado à energia. Conseqüentemente, a XHS induz a adequação do recurso energético tecnologicamente disponível para atender a mesma necessidade do consumidor, sem novos investimentos para aumentar a disponibilidade do energético tradicionalmente usado. O que força um deslocamento de hábitos do consumidor para o recurso energético mais atrativo, para atender o seu uso final, e gerando racionalização do uso dos recursos energéticos. Como exemplo, cita-se o uso de aquecedores solares ou a gás para liberar a energia elétrica consumida pelos chuveiros.
O fator uso final é representado pela forma que se emprega a energia, tração, calor, iluminação e outras, conforme dados disponíveis [12]. Basicamente, esses parâmetros são os empregados na comparação dos rendimentos energético e exergético.
A proposta da tarifa XHS é baseada na tarifação diferenciada do uso da energia elétrica para dois usos finais: (a) produção de calor; e (b) outros usos.
A tarifa XHS é implementada de acordo com os seguintes segmentos de cobrança: demanda e consumo nos horários de ponta e fora de ponta, períodos secos e úmidos do ano e uso final dado à energia, "calor x outros usos".
O faturamento total (Ft) é apresentado pela equação 1,
em que
DfatP = Demanda faturada no horário de ponta, kW;
TdP = Tarifa de demanda de ponta, R$.kW-1;
DfatFP = Demanda faturada no horário fora de ponta, kW;
TdFP = Tarifa de demanda fora de ponta, R$.kW-1;
CP = Consumo medido no horário de ponta, durante o período de faturamento, kWh;
TcP = Tarifa de consumo no horário de ponta, R$.kWh-1;
CFP = Consumo medido no horário fora de ponta, durante o período de faturamento, kWh;
TcFP = Tarifa de consumo no horário fora de ponta, R$.kWh-1; e
x = Índice de uso final, por setor, conforme demanda e consumo na ponta ou fora de ponta.
O consumidor terá enquadramento tarifário de acordo com a tarifa horo-sazonal. O índice de uso final permitirá aumentar ou diminuir o valor da tarifa conforme a utilização da energia. Esse poderá variar conforme a demanda e o consumo em cada uso final.
A leitura da energia elétrica consumida será feita por meio de dois medidores, os mesmos usados na tarifa THS: um para as cargas de uso final "calor", e outro para o restante das cargas. Assim, devem estar as cargas relativas a calor e a outros usos em circuitos elétricos independentes no quadro de distribuição.
De posse das leituras, o faturamento total corresponderá à soma dessas, relativas a cada segmento, conforme THS, mais a informação do índice uso final relativo ao calor. O índice uso final para "outros usos", em princípio, por falta de dados para adequação, será calculado pela percentagem nacional de uso final para cada setor, percentagem do total demandado com iluminação, tração etc.
A eficiência exergética por uso final é calculada para cada setor de acordo com a percentagem de: (i) calor, onde o rendimento é estabelecido pelo ciclo de Carnot a baixa e a alta temperatura; (ii) tração, pelo do número de motores, pela eficiência dos motores de alto rendimento ou 'standard' e pela faixa de potência; (iii) iluminação, tipo e percentagem de lâmpadas de maior penetração; e (iv) energia consumida e demandada em cada setor.
No cálculo do índice de uso final (x ), considerou-se que:
- seu valor é inversamente proporcional ao rendimento exergético estimado; e
- cada setor teria seu índice de uso final calculado de acordo com uso final que destina à energia requerida.
A eficiência exergética média dos setores é calculada segundo à equação 2 [13],
em que
ei = Eficiência exergética do setor i;
euj = Eficiência exergética do uso final para cada setor considerado; e
Cj = consumo energético em uso final.
A tarifa exergética (Ti) para cada setor foi proposta conforme a equação 3
em que
xi = Índice exergético de uso final do setor i; e
Tm = Tarifa média de todos os setores econômicos em vigor.
O índice exergético de uso final (x ) por setor é quantificado conforme a equação 4 [13],
em que
xi = Índice exergético de uso final do setor i;
ei = Eficiência exergética do setor i;
Cj = Consumo do setor j expresso como fração do consumo total; e
ej = Eficiência exergética do setor econômico j.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Na análise da eficiência exergética dos diferentes setores da economia, foram utilizados os limites superiores e inferiores de rendimento conforme o segundo princípio da termodinâmica [8]. Esses representam as cargas com seus principais usos finais, conforme a Tabela 1. O conhecimento desses limites mostra a influência do segundo princípio da termodinâmica no planejamento integrado dos recursos energéticos.
No cálculo da eficiência exergética média, utilizaram-se como base, dados relativos aos tipos de usos finais: tração, iluminação e calor.
Consideram-se, no cálculo da eficiência média por uso final: para tração, a percentagem de motores específicos por faixa (kW) e a eficiência exergética como limite superior (S) para motores de alto rendimento e limite inferior (I) para motores standard; para iluminação, o tipo de lâmpada mais utilizada, incandescente, fluorescente, vapor de sódio etc. e a eficiência exergética dessas; para cargas de calor, a eficiência exergética com base em Carnot, para baixas e altas temperaturas.
O consumo energético estimado dos setores analisados são representados na Tabela 2 [3, 12]
Por poder ser tarifada, a eficiência exergética foi calculada com base em apenas dois usos finais "calor x outros usos". Esses são potencialmente mensuráveis por medidores de energia elétrica e possuem recursos energéticos disponíveis no mercado para adoção. Calor e outros usos finais são os dados considerados nas Tabelas 3, 4, 5 e 6, para consumo e demanda, para os horários de ponta e fora de ponta dos setores.
No cálculo do índice de uso final, utilizaram-se os valores de R$ 96,80, para a tarifa média de consumo, e de R$11,22, para a tarifa média de demanda, para todos os setores econômicos em vigor [2]. Esses valores foram baseados na tarifa média de energia para o Sudeste, na grande percentagem de participação da indústria no quadro energético mineiro.
A eficiência exergética média e os índices de uso final para a tarifa XHS são apresentados nas Tabelas 5 e 6, juntamente com os valores de tarifas a serem cobrados. Esses estão distribuídos pelo horário do dia, ponta e fora de ponta. Na sazonalidade anual, será usada a mesma relação da THS.
No horário Fora de Ponta o maior índice uso final (x ) para consumo foi o do setor comercial, devido à baixa eficiência luminosa das lâmpadas ainda utilizadas (fator tecnológico). No horário de Ponta, o setor residencial teve o maior índice uso final, devido à grande demanda com chuveiros elétricos, na forma de calor. Calor a baixa temperatura gera pequeno rendimento exergético.
CONCLUSÕES
Demonstrou-se, aqui, claramente, uma das formas de taxar a energia por uso final e, conseqüentemente, taxar o recurso natural utilizado. O início da adoção de uma política nacional de racionalização de recursos naturais, com fixação das tarifas a serem cobradas dos usuários, pode ser viabilizada por essa metodologia; e não simplesmente pela análise econômica de projetos emergentes, em que a tarifa é o rateamento de despesas com os consumidores, sem, dessa forma, educá-los para o uso mais adequado da energia disponível à sua necessidade.
A aplicação da tarifa exergética é uma metodologia viável para qualificar o uso da energia para os diversos setores econômicos mineiros. Setores com equipamentos com pequena eficiência, pelo segundo princípio da termodinâmica, pagam valores superiores, o contrário também se percebe. Equipamentos com grande eficiência, pelo segundo princípio da termodinâmica, o que significa menor impacto ambiental ou melhor fator tecnológico de conversão de energia, pagam valores menores.
A simulação do impacto para taxar a energia elétrica pelo seu uso final, via kW e kWh consumidos e demandados, nos grandes setores da economia mineira, resultou: tarifa maior para o setor residencial no horário de ponta. Isso devido ao: (i) baixo fator de carga e elevado consumo no horário de ponta: e à (ii) baixa eficiência exergética pelo aquecimento de água por chuveiros elétricos. Tarifa maior para o setor comercial no horário fora de ponta, devido à (i) baixa eficiência exergética da iluminação nesses setores.
As conseqüências da cobrança de tarifas exergéticas serão observadas na racionalização do uso de recursos naturais, e a sua evolução deverá ser contínua.
AGRADECIMENTOS
A CEMIG, pelos dados fornecidos a esta pesquisa; e ao CNPq, pelo apoio financeiro ao desenvolvimento deste trabalho.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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[13] TANABE, C.S. Viabilidade da análise exergética na elaboração de tarifas de energia elétrica. Viçosa. Universidade Federal de Viçosa. 1998. 72p. Tese (Mestrado).
