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How to cite this paperAn. 5. Enc. Energ. Meio Rural 2004
Estudos iniciais de planejamento integrado de recursos para a RDSM
André Luiz Veiga Gimenes; Miguel Edgar Morales Udaeta; Geraldo Francisco Burani; Luiz Cláudio Ribeiro Galvão
GEPEA-USP. Grupo de Energia do Departamento de Engenharia de Energia e Automação Elétricas da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Av. Prof. Luciano Gualberto, trav. 3, 158; CEP: 05508-900; São Paulo-SP, Brasil. eMail: udaeta@pea.usp.br
RESUMO
Este trabalho avalia as estratégias energéticas para a Reserva de Desenvolvimento Sustentável Mamirauá (RDSM), através de uma análise prévia de planejamento integrado de recursos PIR. Para tanto foram executadas as seguintes etapas: levantamento das possibilidades para geração de eletricidade na RDSM, caracterização geral dos usos de energia elétrica nas comunidades para um dimensionamento das necessidades totais de energias, classificação das opções encontradas e determinação das tecnologias que mais se adaptam à região. A proposta prévia de PIR à RDSM visa testar sua validade em um caso real, em um contexto onde o planejamento tradicional tem sido pouco eficaz, confirmando a necessidades de planejamento em regiões isoladas e desprovidas de infra-estrutura e energia elétrica.
ABSTRACT
This paper has the objective of analyze some technologies to supply energy for stay-alone systems in the framework of IRP (Integrated Resources Planing). Will be analyzed technologies which use renewable fonts (hydraulic, wind, biomass) and non-renewable fonts (diesel, nature gas, GLP) and to define the betters options to be applied in a region like the Sustainable Development Reserve Mamirauá (RDSM) will be used the Full Cost Account analyze (ACC). The electricity always offer a better life quality because this promote a better water quality for human consume, a better condition for the schools and hospitals, better condition of conservation of food for consume and for sale.
1. INTRODUÇÃO
A RDSM (Reserva de Desenvolvimento Sustentável Mamirauá) está situada no estado do a Amazonas próxima à cidade de Tefé. As principais atividades realizadas nesta região são a pesca, a agricultura e a extração de bens da floresta. Esta área ainda está isolada da rede de energia elétrica e, portanto, tenta-se encontrar a melhor opção em pico-geração para esta região, suprindo pelo menos pequenas cargas, como iluminação, refrigeradores comunitários e bombas para o suprimento de água. A implementação e a manutenção destes tipos de tecnologias não são baratas, porém, são mais viáveis do que a ampliação do sistema elétrico até esta região apenas para suprir cargas tão pequenas.
Atualmente, existem várias tecnologias na área de pico-geração, a partir de inúmeras fontes energéticas. Entre as fontes renováveis pode-se citar a solar, a eólica e a hidráulica. Entre as não renováveis pode-se citar o gás natural, o óleo diesel e a gasolina.
Para dar maior solidez aos estudos em questão, foi realizado um levantamento em campo na região em estudo, para uma coleta de dados mais detalhada e consistente. Cabe destacar que como amostra foram escolhidas 4 comunidades representativas da RDSM: Jarauá, Vila Alencar, Canária e Puna. Para a coleta de dados foram aplicados dois questionários junto à comunidade, um questionário comunitário e outro individual, com uma média de dez questionários por comunidade.
2. O PLANEJAMENTO INTEGRADO DE RECURSOS (PIR)
As estratégias para produção e uso de energia têm um papel preponderante na busca de desenvolvimento sustentado pela humanidade. É necessário que metodologias e técnicas de planejamento do setor elétrico sejam aperfeiçoadas para incorporar aspectos não usuais, enfatizar alternativas não tradicionais. Preocupações neste sentido, buscando o uso racional e eficiente de recursos, considerando as diversas opções, do lado do suprimento e do uso final, têm sido, nestes últimos anos, enfocadas pelo Planejamento Integrado de Recursos - PIR.
A realização deste projeto bem como os objetivos a serem alcançados estão inseridos no contexto do PIR - na região da Reserva Mamirauá. O PIR consiste na seleção da expansão da oferta de energia elétrica através de processos que avaliem todo um conjunto de alternativas, como o aumento da capacidade instalada, a conservação e a eficiência energética, a autoprodução e as fontes renováveis, visando uma energia de melhor qualidade ao menor custo possível. Deste modo, diferencia-se do planejamento tradicional na classe, na abrangência e no critério de seleção dos recursos considerados, nos proprietários e nos organismos envolvidos nos planos dos recursos.
3. A RESERVA DE DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL MAMIRAUÁ
A Reserva de Desenvolvimento Sustentável Mamirauá (RDSM) está situada na confluência dos rios Solimões e Japurá, proximidades de Tefé, no Estado do Amazonas (ver Fig. 1). Esta é a maior reserva existente dedicada exclusivamente a proteger a várzea amazônica e espécies ameaçadas de extinção, que ainda existem em níveis satisfatórios. O alagamento sazonal do Rio Solimões causa, anualmente, uma elevação do nível d'água de 10 a 12 metros da estação seca para a cheia.
A reserva, criada em 2003 pelo governo do Amazonas, é constituída por uma área de aproximadamente 1.124.000 ha nas florestas inundadas da Amazônia central. Sua manutenção provêm do Governo e doadores internacionais. Para evitar a exploração predatória dos recursos naturais, a extração de bens da floresta e rios é baseada no sistema de manejo, onde órgãos protetores acompanham a retirada dos recursos.
3.1 ASPECTOS SOCIAIS
Estudos feitos pelo Instituto de Desenvolvimento Sustentável Mamirauá (IDSM), indicam maiores taxas de crescimento nas comunidades das áreas de terra firme, na área de entorno, e em comunidades onde são desenvolvidos programas de alternativas econômicas.
No ano de 2001, a população total de moradores da área focal da reserva era de 1.585 habitantes distribuídos em 21 assentamentos e a população de moradores de 42 comunidades localizadas na área de entorno, de 4.401 pessoas, totalizando 6.306 pessoas para 63 assentamentos. As comunidades possuem, em média, 9 domicílios com 6 pessoas cada. A reserva pertence aos municípios de Alvarães, Uarini e Maraã, porém, o principal centro urbano é Tefé.
3.2 MIGRAÇÕES E MORADIAS
As dificuldades de sobrevivência humana na várzea amazônica, refletem-se no comportamento migratório de indivíduos entre comunidades e em direção aos centros urbanos mais próximos, em anos de enchentes anormais. Em 1991, constatou-se que mais de 50% dos chefes de família residia há menos de dez anos na comunidade e 44% demonstraram interesse em migrar da várzea para os centros mais próximos, como Tefé.
As habitações são construídas sobre pilastras de madeira, de forma a enfrentar os períodos de cheia. Os investimentos sociais têm contribuído significativamente na melhoria das moradias, como a substituição das coberturas de palha por coberturas mais resistentes. Em geral, as casas são iluminadas por lamparinas a querosene, havendo geradores em algumas comunidades. Quase todas as escolas das comunidades já funcionam com o sistema de iluminação a base de energia fotovoltaica. Em oito comunidades da reserva já foram implantados sistemas de bombeamento, tratamento e distribuição de água com uso de energia fotovoltaica.
3.3 SAÚDE E ESCOLARIDADE
O acesso da população aos serviços públicos de saúde, de uma forma geral, implica no seu deslocamento aos centros urbanos. Na maioria dos casos, a busca ao atendimento médico só é feita com o agravamento da doença. Nos primeiros levantamentos, em 1993, foram registrados dados de altos índices de parasitismo, baixa cobertura vacinal e altos índices de mortalidade infantil. As ações desenvolvidas pelo IDSM priorizaram o atendimento à redução desses índices.
Em 2001, estavam em funcionamento 20 escolas nas 23 comunidades da área focal, sendo 19 delas de primeiro grau. Em 1996, do total da população maior de 15 anos, 38 % era analfabeta, caindo para 31%, em 2001. Atualmente, existem escolas em quase todas as comunidades da área da reserva. A partir de 1998, foram feitos vários investimentos na formação desses professores, dentro do programa nacional de erradicar o ensino leigo. Todas as escolas da reserva estão integradas ao programa de educação ambiental do IDSM que desenvolve atividades de conscientização ambiental.
3.4 MEIO-AMBIENTE
A visita à RDSM mostrou que a área encontra-se em excelente estado de preservação apesar da presença antrópica. Assim, para efeito de estudo, a região será considerada como livre de poluentes em concentrações significativas. Para o cultivo, estimou-se uma área de 1,5 ha por família, perfazendo-se um total de 400 ha desmatados para produção de farinha. A tabela 1 apresenta os dados sociais da RDSM.
3.5 PRODUÇÃO ECONÔMICA
A produção econômica é caracterizada pela combinação de uma produção doméstica para consumo direto e uma produção para venda (peixe, farinha, e madeira principalmente). A sazonalidade da produção se reflete na renda mensal. Esta produção tem se diversificado em produtos e formas de organização e comercialização, a partir da introdução dos programas de alternativas econômicas do IDSM, como medidas compensatórias às restrições ao uso dos recursos naturais. A tabela 2 mostra produtos vendidos e evolução dos ganhos familiares.
Através dos dois questionários, chega-se a um valor médio de renda de R$ 5000,00 anuais por residência e uma despesa com energia de aproximadamente R$ 650,00 anuais.
4. CARACTERIZAÇÃO ENERGÉTICA DA RDSM
A grande maioria da população utiliza, para cozinhar, GLP e lenha. A energia elétrica utilizada pelos comunitários provém, basicamente, de geradores Diesel. Outra fonte energética utilizada é a energia solar através de painéis fotovoltaicos, para iluminação das escolas e bombeamento de água. Possibilidades energéticas não utilizadas seriam a utilização de gás natural provindo da cidade de Coari, a aproximadamente 60 km de Tefé, e a utilização de óleos vegetais (em estudo) para geração de eletricidade, provenientes de plantações específicas para este fim.
Há, porém, diversos problemas no suprimento de energia, em relação à disponibilidade de Diesel (função do montante de recursos arrecadados com as taxas cobradas dos comunitários, limitada a uma média de R$10,00/mês/domicílio) e à variação da tensão de fornecimento, reduzindo drasticamente a vida útil dos aparelhos elétricos. No lado da geração, porém, as comunidades possuem um sistema de distribuição bem montado com a utilização de postes de iluminação, com cabos de alumínio, permitindo o acesso de todos os comunitários a esta rede local.
A partir dos questionários aplicados, a potência média instalada é de aproximadamente 450 W por residência, segundo um regime de utilização de 4h diárias e 28 dias por mês. Assim, o consumo médio mensal por residência, extremamente baixo, é de apenas 50 kWh. Há também uma grande dispersão na capacidade de geração de energia per capita nas quatro comunidades, de 66,7 kVA/hab a 107,6 kVA/hab. A seguir, as tabelas 3 e 4, mostram os dados compostos para a população.
5. AVALIAÇÃO DOS RECURSOS ENERGÉTICOS LEVANTADOS
A opção de melhor classificação foi o aquecedor solar da Soletrol, que obteve o melhor desempenho em 3 das 4 dimensões. No aspecto social, porém, não gera nenhum emprego por dispensar manutenção. Como pontos positivos podem ser citados: utilização de fonte energética abundante e não poluente, custo unitário competitivo, e fabricação nacional.
As opções que ocupam da segunda a sétima posição (Turbinas: Gerar 1000, Air Wind 403, Air-X Wind-Rural, Whisper H40, H80 e 175) obtiveram a mesma pontuação em todas as dimensões, perdendo na dimensão técnico-econômica por causa do custo/dificuldade de manutenção superior e instalação a uma distância da carga superior. Pontos positivos desta tecnologia: utilização de uma fonte energética abundante, custo unitário competitivo. Na figura 2, temos a classificação final das tecnologias estudadas.
6. INTRODUÇÃO AO PIR PARA A RDSM
Os usos finais atuais de energia elétrica são bastante restritos, sendo o principal uso a iluminação com lâmpadas incandescentes. Assim, como exemplo de recurso do lado da demanda, será considerada a substituição de lâmpadas incandescentes de 60 W por fluorescentes tubulares de 20 W, representando uma redução de 67% no consumo mais significativo das residências.
Em relação à oferta, para efeito de simplificação, considerou-se a utilização de 5 fontes primárias de energia e 9 tecnologias de aproveitamento (caracterizados nas quatro dimensões e em evolução de energia gerada): Biomassa (para queima direta e Biodiesel), Diesel, Solar fotovoltaico, Eólico, Gás natural, Microturbina, Motor a combustão interna, Célula a Combustível.
6.1 DE CRITÉRIOS DE ANÁLISE
Para o primeiro período (2005-2009) foi estimado um crescimento populacional vigente de 5% aa. A meta principal deverá ser o fornecimento de energia de forma ininterrupta, agregando uma renda de 1600 a 3200 R$/ano às famílias que se dedicam à pesca e armazenarão peixes em freezers. As 24 h de atendimento serão atingidas ao final do período, quando se espera que 50% das famílias que se dedicam ao fabrico de mandioca adquiram motores e 25% das que se dedicam à pesca adquiram freezers. Para os demais usos finais será utilizada uma taxa de crescimento de 10% aa.
No período seguinte (2010 a 2014), a disponibilidade de energia como elemento agregador de valor à atividade produtiva já estará consolidado, com um crescimento populacional de 3% aa. O percentual de famílias que se dedicam á pesca passará a 30%, e 50% delas possuirão freezers para armazenamento. O percentual de famílias com motores elétricos para o fabrico de mandioca saltará para 75%. Os demais usos finais mantêm a taxa de 10% anuais, até atingirem 100%. O percentual de famílias com acesso a outros usos finais aumentará em 10% aa.
No último período (2015 a 2019), haverá uma consolidação do plano de energização local, com 80% das casas possuindo freezers, no caso da pesca, e 50% nas dedicadas à farinha. O crescimento populacional vigente seria de 2% aa. O percentual de domicílios que trabalham com a farinha passaria para 70% e o percentual de famílias dedicadas à pesca passaria de para 50%.
6.2 INTEGRAÇÃO DE RECURSOS NO PLANO PREFERENCIAL
Os recursos considerados são distribuídos temporalmente, conforme a classificação obtida na Avaliação dos Recursos Energéticos, considerando suas possibilidades e limitações em função de características locais. Iterações são realizadas para conferir maior grau de refinamento e são estabelecidas de acordo com a abrangência e precisão necessárias ao processo de planejamento.
A análise da última iteração (2015-2019) leva em consideração um aumento da participação das energias solar e eólica, suprindo a iluminação residencial em 50% do total. O montante anual de subsídio gasto seria de US$ 68.727,00, para um total de US$ 753.908,00, no período 2005-2019, valor bastante baixo, considerando-se metas de aumento de energia per capita para 183 kWh/mês/domicílio, ou 419%. Os montantes totais para o período encontram-se na Tabela 5.
6.3 ANÁLISE SOCIOECONÔMICA
Em termos de custos com energia, no período de 2015 a 2019, os gastos com combustível consumiriam ainda aproximados 8,9% da renda familiar, projetada para 1898 US$ anuais, indicando o aumento de viabilidade das células a combustível a GN, dados os avanços tecnológicos e o excelente desempenho ambiental desta tecnologia. Neste período, o montante total anual de subsídios ao biodiesel seria de US$ 163/domicílio/ano, perfazendo um total de US$ 68.725,00/ano. O percentual de subsídio para energia, com a entrada da célula combustível diminuiria a 67%. Esta etapa do plano garante um fornecimento de energia elétrica de 183 kWh/mês/domicílio.
7. PLANO INTEGRADO DE RECURSOS PREFERENCIAL
O plano preferencial para o período é a composição entre os montantes de capacidade a ser instalada em cada momento e a energia gerada segundo cada recurso escolhido. Nas Figuras 3 e 4, têm-se a apresentação dos resultados, de forma decrescente e cumulativa.
7.1 ANÁLISE ENERGÉTICA PRELIMINAR PARA A RDSM
Para projetar as necessidades energéticas para os próximos 10 anos são utilizados os dados iniciais levantados com os questionários aplicados nas comunidades, a partir dos quais é possível fazer considerações consistentes com a real necessidade de melhoria das condições de vida da população, sem ignorar as diretrizes de Desenvolvimento Sustentado aplicadas neste tipo de região.
De acordo com a referência [1] é possível encontrar um valor médio da potência instalada de aproximadamente 450W/casa. Considerando a média de seis habitantes por residência chega-se ao valor per capita de 75W/habitante. Assumindo um uso elétrico média de 4 horas diárias, seria atingida uma energia per capita média de 9kWh/mês.
Supõe-se que em aproximadamente 5 anos as comunidades alcançarão um nível de expansão energética capaz de suprir as futuras cargas fundamentais para o desenvolvimento da região. Nos 5 anos subseqüentes, a expansão alcançará uma demanda energética per capita de 18 kWh/mês. Em relação ao período de funcionamento do gerador, estabeleceu-se uma meta razoável de pelo menos 12 horas diárias, em 10 anos, com exceção da câmara frigorífica, alimentada 24 horas por dia.
Essas hipóteses são baseadas na probabilidade de que fontes de recursos financeiros aumentarão com o passar do tempo, com o aprimoramento da exploração da madeira e da produção da farinha, além da lucratividade com o uso da câmara frigorífica para o armazenamento do peixe.
O valor médio de crescimento populacional anual seria de 10%, representando um aumento populacional de aproximadamente 260% em um período de 10 anos. Assumindo esse valor como a previsão futura do número de comunitários, aumento de 2,6 vezes a população atual, considerando um aumento de período de fornecimento elétrico de 4 para 12 horas diárias e tendo como meta triplicar o consumo energético per capita atual (aumentar o consumo uma vez para suprir as cargas fundamentais e outra uma vez para dobrar o consumo atual da população), a potência de geração instalada, deverá ser aumentada em 2,6 vezes para conseguir atingir a cota de energética per capita de 18 kWh/mês. Após o planejamento, em 10 anos deverá ser investido capital no setor energético da RDSM para aumentar em 2,6 vezes o parque de geradores, que trabalharão por um período 3 vezes superior atual, de 4 horas diárias.
Diante dos resultados colhidos, fica clara a necessidade de subsídios para o desenvolvimento e a implantação de um plano energético adequado, dificultado por fatores o número limitado de horas de funcionamento dos geradores comunitários, dada a falta de condições financeiras para a aquisição do diesel, custos iniciais muito elevados de SFVs, incerteza em relação a condições adequadas para geradores eólicos, e falta de pesquisas específicas para a aplicabilidade de microturbinas (apesar do baixo custo de operação).
Tecnologias favoráveis seriam aquecedores de água, por possuir um grande potencial de economia de energia proveniente do aquecimento de água, e biodigestores, dada a ampla existência de material orgânico. Tecnologias baseadas em gás natural como fonte energética constituiriam uma boa opção por utilizarem um combustível menos poluente que o diesel e possibilitarem aplicações, na substituição do GLP, vendido a um preço relativamente elevado. A implantação de um Gasoduto Virtual torna-se possível com a construção do gasoduto ligando Manaus a Coari.
8. CONCLUSÃO
As necessidades energéticas em comunidades isoladas e em condições precárias de vida exige um processo de planejamento que considere a qualidade de vida como parte necessária das soluções. Isso implica na introdução das dimensões econômica, social, ambiental e política, tal como é proposto neste trabalho através dos fundamentos do PIR e a Integração de Recursos orientada ao desenvolvimento sustentável.
O trabalho permite consolidar a necessidade instrumentos que incluam a inserção de uma ampla informação e de qualidade da localidade a ser abastecida e da inserção da participação da sociedade representativa nos envolvidos e interessados (por ex., através de questionários). Verifica-se também que a escolha das alternativas energéticas precisam da avaliação dos custos completos que incluem os impactos positivos e negativos decorrentes do plano proposto em todo momento.
Pode-se concluir de forma consistente que o modelo de integração de recursos usado neste trabalho pode também ser aplicado ao planejamento de sistemas consolidados, integrados e/ou interconectados, pois incorpora elementos do planejamento energético tradicional, num conceito modular que é inerente ao PIR, possibilitando a redução dos riscos inerentes, ou pelo menos deixá-los explícitos para a tomada de decisão. Inerentemente ao método proposto que visualiza um escopo maior de análise para o tratamento dos mercados consolidados, conclui-se que permite sob um mesmo arcabouço metodológico, o tratamento de comunidades isoladas e desassistidas, não se limitando a uma abordagem de ampliação da oferta.
9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] NISHIMARU, R. S. "Opções Energéticas de Pico-Geração na Reserva de Desenvolvimento Sustentável de Mamirauá (RDSM)". São Paulo, 2003. 176p. Projeto de Formatura. Departamento de Energia e Automação da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.
[2] GIMENES, A.L.V. "Modelo de Integração de Recursos como Instrumento para um Planejamento Energético Sustentável". São Paulo, 2004. 202p. Tese de Doutorado. Departamento de Energia e Automação da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.
[3] GIMENES, A.L. V.; NISHIMARU, R. S.; GALVÃO, L. C. R.; UDAETA, M. E. M.; PAZZINI, L. H. A.; "Relatório de Visita Técnica á Reserva de Desenvolvimento Sustentável Mamirauá". São Paulo, 2003, Relatório Interno GEPEA - Grupo de Energia do Departamento de Energia e Automação da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.
[4] www.mamiraua.org.br , website do Instituto de Desenvolvimento Sustentável Mamirauá.