5, v.1Álcool combustível derivado da cana-de-açúcar e o desenvolvimento sustentávelAnálise comparativa da utilização da biomassa com tecnologias convencionais de geração aplicando a eficiência ecológica author indexsubject indexsearch form
Home Pagealphabetic event listing  





An. 5. Enc. Energ. Meio Rural 2004

 

Analiação de planta térmica com biomassa (briquete de casca de arroz) - caso real "Fazenda Experimental do Centro Universitário Luterano de Palmas"

 

 

Rogério Olavo MarçonI; DR. Joel Carlos Zukowski JuniorII; Italo Ricardo Lopes CavalcanteIII

IDoutorando Planejamento Energético - CEULP/ULBRA-Palmas-TO
IICEULP/ULBRA-Palmas-TO
IIIAcadêmico de Eng. Agrícola - CEULP/ULBRA-Palmas-TO

 

 


RESUMO

O panorama estabelecido no cenário atual sinaliza que as fontes de energia renováveis devem assumir papel crescente na matriz energética mundial, forçada pela perspectiva de redução das reservas de combustíveis fósseis e, cada vez mais, por questões ambientais. Entre as inúmeras fontes renováveis de energia, a biomassa mostra-se como uma alternativa bastante promissora, entre a energia eólica e solar.
Neste contexto a utilização de fontes alternativas de energia, em particular a biomassa (resíduos de cana de açúcar e de madeira, além da casca de arroz), aparecem como uma oportunidade de particular importância para colaborar na oferta de energia do sistema interligado do Brasil, na forma de geração descentralizada e próxima aos pontos de consumo, através de equipamentos e combustível nacionais (exemplo resíduos de processo); vantagens estas que, aliadas aos benefícios ambientais amplamente conhecidos, fazem com que a biomassa seja uma opção estratégica para o país, que só depende de políticas adequadas para a sua viabilização.
Por outro lado, ainda existem áreas no Brasil, especificamente na região Norte, que não pertencem ao Sistema Interligado, com geração exclusivamente baseada em óleo diesel, o que corresponde a um gargalo importante na nossa matriz energética. O Brasil, além de importador de petróleo bruto para refinar, é obrigado a importar óleo diesel puro para garantir a oferta deste combustível. Nos últimos dez anos a importação de óleo diesel puro aumentou aproximadamente dez vezes,segundo dados da ANP (www.anp.gov.br).
Além desta questão da importação do diesel e das emissões poluentes decorrentes do seu uso, tais como: óxidos de enxofre, material particulado e gases de efeito estufa, entre outros, a geração nos Sistemas Isolados com motores diesel (em grande parte antigos e ineficientes) é baseada nos subsídios da Conta Consumo de Combustível (CCC), que paga um adicional de US$ 100 por MWh gerado neste sistema alternativo.
As opções convencionais para substituição destes motores a diesel dependem de investimentos elevados em sistemas de transporte e distribuição do gás natural um substituto de menor impacto ao óleo, e ainda os impactos ambientais causados pela construção de gasodutos através da floresta Amazônica.
Neste contexto, a utilização de biomassa produzida localmente (ou geradas, como resíduos) nas comunidades para produção de energia aparece como uma possibilidade viável e sustentável para este modelo. Óleos vegetais em motores diesel adaptados e resíduos agrícolas como combustível em sistemas de geração de pequeno porte apresentam-se como alternativas tecnológicas possíveis e, agora, viáveis economicamente, em função da utilização da CCC para energias renováveis - o que passou a ser possível pela recente regulamentação da ANEEL.
Vale ressaltar que os distintos cenários apresentados nas macrorregiões do país influenciam diretamente nos parâmetros de utilização da biomassa como energético. De maneira geral, a biomassa assim empregada enquadra-se perfeitamente no conceito do desenvolvimento sustentável, pois permite a criação de empregos na região, dinamiza as atividades econômicas, reduz os custos relativos à distribuição e transmissão da energia gerada e, quando utilizada de forma sustentável, apresenta nulas as emissões de carbono, não agredindo, desta forma, o meio ambiente.
Entretanto, sabe-se que a viabilidade econômica de um projeto de geração depende, em primeiro lugar das características da própria unidade, da tarifa de energia elétrica e do custo do combustível para o consumidor. Especificamente, a viabilidade de cada instalação é determinada no projeto conceitual onde se realiza o estudo de fluxo de caixa e do custo da energia por modalidade de combustível.
A avaliação econômica de um projeto consiste em ponderar os fatores que envolvem a tomada de decisão, com maior probabilidade de sucesso no desenvolvimento de um projeto de investimento.
Após a decisão de execução de um projeto, definidas suas características, seu local de implementação, os equipamentos, a mão-de-obra e materiais necessários, é preciso calcular todos os custos envolvidos e qual será o investimento necessário.
O sucesso de qualquer projeto passa por uma analise o mais exata possível de todo o investimento necessário à implementação, desde investimento em terrenos, edificações, equipamento, gastos com pessoal na produção e manutenção, à gestão do projeto, etc., bem como a determinação da sua rentabilidade ou o seu "lucro". Após estes cálculos, será necessário verificar se existem alternativas de investimento que se tornem mais vantajosas em termos de investimento e seu retorno, por isso é necessário fazer a comparação de alternativas.


ABSTRACT

The panorama established in the current scenery signals that the sources of energy renewed they should assume growing paper in the world energy head office, forced by the perspective of reduction of the reservations of fossil fuels and, more and more, for environmental subjects. Among the countless sources you renewed of energy, the biomass is shown as an alternative one quite promising, among the energy of the win and solar.
In this context the use of alternative sources of energy, in particular the biomass (residues of cane of sugar and of wood, besides the peel of rice), they appear as an opportunity of private importance to collaborate in the offer of energy of the interlinked system of Brazil, in the form of decentralized generation and close to the consumption points, through equipments and national fuel (example process residues); advantages these that, formed an alliance thoroughly with the environmental benefits known, they do with that the biomass is a strategic option for the country, that only depends on politics adapted for its situation.
On the other hand, areas still exist in Brazil, specifically in the North area, that they don't belong to the Interlinked System, with generation exclusively based on oil diesel, what corresponds to an important the bottom net in our energy head office. Brazil, besides importer of gross petroleum to refine, it is forced to import oil pure diesel to guarantee the offer of this fuel. In the last ten years the import of oil pure diesel increased ten times data of ANP approximately (www.anp.gov.br).
Besides this subject of the import of the diesel and of the emissions current west of its use, such as: oxides of sulfur, material powder and gases of effect stove, among other, the generation in the Isolated Systems with motors diesel (largely old and inefficient) it is based on the subsidies of the Bill Consumption of Fuel (CCC), that pays an additional of US$ 100 for MWh generated in this alternative system.
The conventional options for substitution of these motors to diesel depend on investments elevated in transport systems and distribution of the natural gas a substitute of smaller impact to the oil, and still the environmental impacts caused by the gas pipe line construction through the Amazon forest.
In this context, the biomass use produced locally (or generated, as residues) in the communities for production of energy appears as a viable and maintainable possibility for this model. Vegetable oils in adapted motors diesel and agricultural residues as fuel in systems of generation of small load come as possible technological alternatives and, now, viable economically, in function of the use of CCC for energy renewed - what became possible for the recent regulation of ANEEL.
It is worth to stand out that the different sceneries presented in the regions of the country influence directly in the parameters of use of the biomass as energy. In a general way, the biomass like this maid perfectly in the concept of the maintainable development, because it allows the creation of employments in the area, economic activities, it reduces the relative costs to the distribution and transmission of the generated energy and, when used in a maintainable way, it presents null the emissions of carbon, not attacking, in this way, the environment.
However, it is known that the economic viability of a generation project depends, in first place of the characteristics of the own unit, of the tariff of electric energy and of the cost of the fuel for the consumer. Specifically, the viability of each installation is determined in the conceptual project where he/she takes place the cash flow study and of the cost of the energy for modality of fuel.
The economic evaluation of a project consists of pondering the factors that involve the taking of decision, with larger success probability in the development of an investment project.
After the decision of execution of a project, defined its characteristics, its implementation place, the equipments, the labor and necessary materials, it is necessary to calculate all the involved costs and which will be the necessary investment.
The success of any project goes by one it analyzes the most exact possible of the whole necessary investment to the implementation, from investment in lands, constructions, equipment, expenses with personnel in the production and maintenance, to the administration of the project, etc., as well as the determination of its profitability or its " profit ". After these calculations, it will be necessary to verify investment alternatives that become more advantageous in investment terms and its return exist, that it is necessary to do the comparison of alternatives.


 

 

1 Desenvolvimento

Um investimento em equipamentos produtivos, por exemplo, pressupõe a inserção no processo produtivo da empresa, de novas tecnologias, que permitam a obtenção de uma melhor "performance" tanto dos produtos como do processo de fabricação. Para tal exige que se façam estudos rigorosos no sentido de otimizar os esforços de investimentos, por fase, de modo a permitirem tomadas de decisão acertadas para o futuro da empresa (Bom et al 1992).

O ciclo de desenvolvimento de um projeto de investimento é composto por três grandes fases: fase de pré-investimento, fase de investimento e a fase de exploração.

Cada uma destas três fases principais podem subdividir-se em várias etapas, algumas delas constituindo importantes atividades empresariais.

1ª Fase - Pré - Investimento

Identificação e seleção de idéias ou esquemas com interesse - estudos de oportunidades.

Preparação do anteprojeto com estudos de mercado, estudos técnicos e uma primeira aproximação dos custos de funcionamento e investimento, e acima de tudo realização de estudo do contexto aos níveis jurídicos, econômicos, financeiro, político e humano - estudos de pré-viabilidade.

Formulação do projeto para decisão final com avaliações econômica, financeira e analise de risco. Deve ainda nesta fase constituir-se variantes alternativas para o projeto, preparando-se um relatório bem fundamentado para tomada de decisão - estudos de viabilidade.

Avaliação e decisão de investir

2ª Fase - Investimento

Preparação do projeto para execução, com estudos de engenharia, consulta de fornecedores, formação profissional, aquisição dos equipamentos e elaboração do plano de realização do projeto - execução física do projeto.

3ª Fase - Implementação/Exploração

Fase de controle de implementação do projeto.

Fase de pleno funcionamento.

Convém salientar que são desenvolvidas diversas atividades em paralelo no decorrer de cada uma das fases.

A partir do momento em que as etapas iniciais de estudo de pré-investimento tenham fornecido indicações suficientemente seguras, quanto a viabilidade do projeto, passam-se-á à promoção do investimento e planificação da execução, embora o esforço dos promotores se reserve para etapa de avaliação final e para fase de investimento.

Fatores econômicos

Os Sistemas de Geração devem ser submetidos a uma detalhada análise técnica -econômica para verificação de sua viabilidade. O levantamento das cargas elétricas e térmicas deve ser o mais fiel possível. Em sistemas existentes, o melhor procedimento é a verificação das contas de energia por um período mínimo de 12 meses, avaliando-se então a participação de cada tipo de energético empregado, seu pique de demanda e sua curva horária, semanal e mensal de consumo.

Em sistemas novos, em fase de projeto, o mesmo tipo de informação é necessária, porém deve ser avaliada sempre que possível com auxilio de programas de computador para simulação energética.

A simulação deverá analisar de forma dinâmica, fatores como formas de tarifação de energia elétrica, sazonalidade das cargas elétricas e térmicas, e o desempenho dos equipamentos que compõe cada alternativa (inclusive em carga parcial).

Os fatores de custo inicial a serem considerados incluem:

Custo do capital;

Custo inicial do Sistema de Geração, incluindo os elementos auxiliares, tais como caldeiras, trocadores de calor, unidades de absorção, bombas, controladores, etc;

Dedução do valor do custo inicial dos elementos substituídos pelo Sistema de Geração (caldeiras convencionas, chillers elétricos, geradores de emergência, nobreaks, etc.);

Redução de custos de componentes correlatos tais como os derivados da redução de tamanho da subestação elétrica, cabos, chaves, etc.

Os elementos básicos de custo operacional são:

Análise dos custos de energia (elétrica e térmica) no sistema convencional e no de cogeração;

Valor de manutenção e operação (pessoal, materiais etc.) para as duas alternativas. Não deve ser esquecido que a análise de energia deve incluir todos os produtos gerados pelo Sistema de Cogeração (vapor, água quente, água gelada, frio, etc.), não se limitando a energia elétrica.

Os elementos de análise financeira incluem o capital próprio investido, a taxa de juros, incentivos (depreciação acelerada, impostos, etc).

A composição econômica de todos os elementos acima, tais como custo inicial, operacional, manutenção e custos financeiros por um determinado prazo (em geral de vinte anos), deve ser então comparada nas duas alternativas, e os números em geral procurados como indicadores são o IRR (Internal Revenue Rate) e o prazo de amortização. Taxas de juros atrativas com prazos de amortização e carência adequados estão disponíveis hoje em dia para os projetos de co-geração.

Iniciando o estudo de viabilidade econômica mostramos os principais aspectos técnicos referentes a esse empreendimento destacando suas vantagens e desvantagens frente a outros tipos de sistemas de conversão de energia, seus custos e suas peculiaridades sempre nos focando com relação às particularidades do estudo de caso que estaremos abordando mais a frente.

Centrais Termelétricas

As Centrais Termelétricas podem ser classificadas atendendo os seguintes critérios:

Produto Principal;

Tipo de Combustível;

Tipo de máquina térmica;

Tipo de Caldeira;

Potência;

Viabilidade Econômica

A analise econômica consiste em fazer estimativas de todo o gasto envolvido com investimento inicial, operação e manutenção, custos de combustível e receitas geradas durante um determinado período de tempo, para assim montar-se o fluxo de caixa relativo a esses investimentos, custos e receitas e determinar quais serão os indicadores econômicos com o que se espera obter com outras alternativas de investimento deste capital, pode-se neste estudo concluir sobre a viabilidade ou não do empreendimento.

Investimento Inicial

O gasto de investimento, tipicamente uma função da tecnologia adotada e do nível de desempenho da planta, é a soma do custo dos diversos equipamentos componentes da planta, mais os custos de implantação, que por sua vez devem incluir transporte, seguros, taxas, instrumentação e controle, obras civis, montagem, etc..

Para o caso da Termelétrica da Fazenda Experimental do CEULP/ULBRA, que está sendo analisado, temos uma planta composta por 01 Turbina a Vapor [35KW] e 01 gerador [30KW], tendo um custo com equipamentos de R$ 91.700,00, fazendo com que o custo total do investimento inicial seja R$. 111.000,00.

Custos anuais com Operação e Manutenção

Os custos anuais com operação e Manutenção da planta podem ser estimados em função do investimento inicial. Adota-se esse valor como sendo 7[%] do custo total do investimento. 5[%]de Manutenção r 2 [%] de Operação.

Assim, estes custos totalizaram R$. 7.770,00.

Custo do Combustível

O combustível utilizado na planta é a biomassa residual (Palha e Casca de Arroz), e os custos com esse combustível devem ser analisados criteriosamente pois este representa cerca de 70[%] dos gastos anuais totais da planta.

Sabendo-se que a planta consome 80 kg/h, e o custo do briquete é de R$ 0,085 por hora, e considerando que a planta irá opera durante 8000 horas em potência máxima.

Considerando as questões explicitadas acima o custo anual estimando para o Briquete de casca de arroz foi de R$ 54.399,46.

Venda de Energia Elétrica

No caso estudado toda energia gerada, 30 [KW.h], será vendida a empresas permissionárias de distribuição pelo Valor Normativo gerando todas as receitas do empreendimento em questão.

Existem outras opções tais como acordos bilaterais, no entanto para o âmbito desse estudo de caso adotou-se a venda de toda energia gerada pelo valor normativo, portanto sendo este o valor padrão.

A Lei 9.648 de 27 de maio de 1998 apresenta, dentre outros itens, a nova forma de relacionamento entre concessionários e autorizados de geração e permissionários de distribuição onde e a compra e venda de energia passam a ser de livre negociação, observadas as condições de transição no período - 1998-2005.

Dentro da legislação retro-citada existem algumas particularidades tais como a revisão dos valores de repasse no caso de mudança relevantes na cadeia de produção de energia elétrica no Brasil, que é de extrema importância considerando que o horizonte de planejamento da central em questão é de 20 anos.

Na atualização dos valores normativos a ANEEL analisou diferentes projetos de geração hidro e termelétricos adotando parâmetros econômico - financeiros coerentes com as atuais estruturas de financiamento e prazos praticados pelos empreendedores em instalações de energia elétrica.

A tabela 4 apresenta os valores normativos reposicionados para janeiro de 2001.

 

 

Baseado no que foi explicado acima chegou-se a um valor anual de receita gerada de US$ . Foi considerado para esse cálculo que a usina irá operar [h] por ano e que o valor normativo se permanecerá constante durante esses 20 anos.

Financiamentos

Como se trata de um empreendimento onde os custos de investimentos são altos, torna-se necessário conseguir junto a entidades autorizadas, financiamentos que tornem mais atrativos empreendimentos dessa natureza.

Tendo em vista isso analisa-se um caso onde tem-se um financiamento do BNDES da linha do programa de Apoio Financeiro a Investimentos Prioritários no Setor Elétrico.

Esse programa tem por objetivo contribuir efetivamente para o estímulo a implantação, em curtíssimo prazo, dos projetos de expansão da capacidade instalada do sistema elétrico brasileiro, apoiando investimentos de geração através de usinas hidrelétricas, usinas termelétricas, Cogeração e transmissão.

A taxa de juros aplicada para esses tipos de financiamentos é a TJLP (Taxa de Juros a Longo Prazo - para gastos locais) + cestas de moedas (para materiais e equipamentos importados) + spread de risco.

Para estas condições chegou-se a um valor médio de taxa de juros para o financiamento em torno de 15%, que será usado par os devidos fins no estudo de caso.

Os prazos para pagamento da dívida serão determinados em função da capacidade de pagamento do empreendimento da empresa ou grupo econômico, contemplando um período de carência que pode ser até 06 meses e um período de amortização que poderá ser de até 12 anos após a conclusão do projeto.

O nível de participação nos financiamentos para termelétricas é de no máximo 80 [%].

Ao se analisar uma proposta de investimento, deve ser considerado o foto de se estar perdendo a oportunidade de auferir retornos pela aplicação do mesmo capital em outros projetos. A nova proposta para ser atrativa deve render, no mínimo, o custo de capital da empresa.

Para o caso, adotou-se uma TMA de 18%que é um valor comumente utilizado para esse tipo de empreendimento.

Taxa Interna de Retorno

Por definição, a taxa interna de retorno de um fluxo de caixa é a taxa para a qual o valor presente liquido é nulo.

No caso estudado o fluxo de caixa é sempre negativo, não sendo possível igualar o valor presente liquido a zero.

Valor Presente Liquido

Representa o resultado de todos os valores do fluxo de caixa calculados para a data zero, levando em consideração a taxa de juros do período.

Encontrou-se o valor de R$ - 314.255,84 para a condição analisada.

Analise de Sensibilidade

Na analise de sensibilidade é estudado o efeito que a variação de um determinado dado de entrada pode ocasionar nos resultados. Quanto uma pequena variação num parâmetro altera drasticamente a rentabilidade do projeto, diz-se que o projeto é muito sensível a este parâmetro e poderá ser interessante concentrar esforços para obter dados menos incertos.

Para analise em questão vario-se o preço do briquete, o valor normativo da energia elétrica e o investimento por kW instalado, os resultados foram comparados e apresentados em forma de gráficos.

 

2 Conclusões

Conclui-se que:

 

BIBLIOGRAFIA

[1] CASTRO, R.C.M.A.; CARVALHO JR, A.V.; AZEVEDO, J.B.L.; RIBEIRO, J.E.; ABREU, R.C. 1989. Perspectivas de Utilização de Biomassa para Geração de Energía Elétrica em diversas Regiões Brasileiras, X SNPTEE - Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energía Elétrica, Curitiba.

[2] ELETROBRÁS. 1985. Manual de Pequenas Centrais Termoelétricas (versão preliminar), 2 vol., ELETROBRÁS, Rio de Janeiro.

[3] ELETROBRÁS. PLANO 2015. 1993. Projeto 4 - Oferta de Energía Elétrica: Tecnologías, Custos e Disponibilidade/Sub-projeto 4 - Biomassa Florestal. ELETROBRÁS, Rio de Janeiro.

[4] HALL, D.O. 1991. Biomass Energy, Energy Policy, October, Butterworth-Heinemann Ltd., London.

[5] MADEF Instalação Frigorífica à Absorção. 1990. [Manual técnico apresentado pela empresa MADEF S.A. (Canoas/RS)].

[6] Martins, G., Almén, C. G. Unidade de Absorção de Porte Doméstico. In: Estudos Técnicos e Economia de Energia em Refrigeração - Aplicações da Amônia. Manaus: EDUA, 1998.Cap. 10, p.343-378.

[7] MPS. 1993. Modern Power Systems, International firms participate in Biomass Project, Modern Power Systems, December.

[8] Mühle, I.N., Produção de Frio por Aquecimento Direto ou Indireto Usando Qualquer Tipo de Combustível. Revista Abrava, p.77-84, 1985

[9] ZANINI S.A. 1986. Equipamentos Pesados, Pequenas Centrais Termelétricas, catálogo técnico, Sertãozinho.

[10] Zukowski Jr., Joel Carlos Estudo de sensibilidade em um sistema de refrigeração por absorção água-amônia, Campinas: Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas, 1999. 237 p. Tese (Doutorado)