An. 5. Enc. Energ. Meio Rural 2004

 

O cenário dos recuros energéticos distribuídos no estado de São Paulo

 

 

Geraldo Francisco Burani; Miguel Edgar Morales Udaeta; Ricardo Junqueira Fujii; 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, travessa 3, 158; CEP: 05508-900; São Paulo - SP - Brasil eMail: udaeta@pea.usp.br

 

 

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RESUMO

Este trabalho visa analisar a viabilidade do uso de aproveitamentos energéticos distribuídos no estado de São Paulo, oferecendo mais um elemento de decisão para a expansão energética. Para isso, através dos fundamentos do planejamento integrado de recursos energéticos, realizou-se a análise de custos completos para os recursos energéticos em cada uma das regiões administrativas do estado, o que permite um foco mais detalhado na geração elétrica principalmente. As análises foram realizadas com as fontes vistas como mais promissoras, incluindo biomassa, solar, eólica, hídrica e gás natural; o resultado mostra que quando considerados os vários aspectos envolvidos na geração distribuída as fontes renováveis apresentam-se competitivas frente a formas mais tradicionais de geração.

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ABSTRACT

This paper aims to assess the viability of the use of distributed resources for power production inside the state of São Paulo, taking into account its different forms, advantages and drawbacks. To accomplish the assessment and using de integrated energy resources planning, the full cost accounting for energy resources was applied to each administrative region of the state, which allowed a greater focus without jeopardizing the final results. The analysis were performed considering the usage of the most prospective energy sources such as wind, solar, natural gas, hydro and biomass generation; the results show that when the different aspects of each type of distributed generation are taken into account the renewable forms of energy generation are likely to be more competitive, when compared to traditional forms of generation.

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1. INTRODUÇÃO

A crescente demanda energética do Estado de São Paulo, unida a limitações da geração centralizada de energia elétrica, torna concebível a busca de meios que proporcionem um aproveitamento energético mais eficiente em nível local, de maneira a diversificar a produção de eletricidade.

O conceito de Recursos Distribuídos de Energia foi, certamente, muito importante para a criação da indústria elétrica em tempos onde a transmissão era pouco confiável e de custo elevado. Posteriormente, ele caiu em desuso com a viabilização da transmissão de energia elétrica a longas distâncias. Recentemente, no entanto, com a crise energética enfrentada pelo Brasil, com as ameaças de racionamentos e com a nova consciência sócio-ambiental, o conceito de recursos distribuídos volta a apresentar vantagens interessantes.

A Energia Distribuída possui, historicamente, um mercado em potencial; dessa forma, o trabalho proposto visa identificar as condições necessárias para a utilização eficiente da energia, considerando-se suas diversas peculiaridades, além das necessidades e obstáculos impostos pelos próprios usuários, contabilizando as diversas variáveis envolvidas através da ACC (Análise dos Custos Completos).

 

2. GERAÇÃO DISTRIBUÍDA

Recursos Distribuídos (RD) ou Geração Distribuída (GD) são os termos que se referem, de modo geral, à geração elétrica junto ou próxima do(s) consumidor(es), seja em sistemas isolados ou integrados à rede, com potências normalmente iguais ou inferiores a 30 MW. A GD inclui, dentre outros: cogeração, geradores de emergência, geradores para operação no horário de ponta, painéis fotovoltáicos, Pequenas Centrais Hidrelétricas - PCH's, geradores eólicos e microturbinas.

O uso de GD apresenta vantagens sobre a geração central, como a economia em investimentos em transmissão e redução de perdas nestes sistemas, melhorando a estabilidade do serviço de energia elétrica. Também permite a implantação de unidades geradoras mais adaptadas às necessidades locais, minimizando o impacto ambiental e a mobilização de capital.

A geração elétrica perto do consumidor chegou a ser a regra na primeira metade do século, quando a energia industrial era praticamente toda gerada localmente. A partir da década de 40, no entanto, a geração em centrais de grande porte ficou mais barata, reduzindo o interesse pelos RD e, como conseqüência, o desenvolvimento tecnológico para incentivar esse tipo de geração também parou. As crises do petróleo introduziram fatores perturbadores que mudaram irreversivelmente este panorama, revelando a importância, por exemplo, da economia de escopo obtida na cogeração. A partir da década de 90, a reforma do setor elétrico brasileiro permitiu a competição no serviço de energia, criando a concorrência e estimulando todos os agentes de mercado com custos competitivos.

No Estado de São Paulo, a utilização de recursos distribuídos ocorre atualmente em plantas industriais e comunidades sem interligação com a rede elétrica. Apesar disso, existe espaço para a expansão do uso de RD, dado que existe um mercado latente para essa espécie de energia. Entre os fatores que colaboram para isso estão:

Demanda por Energia Térmica: a geração distribuída na forma de cogeração é mais vantajosa para consumidores com demanda por energia elétrica e térmica, pois o calor não pode ser transportado por longas distâncias sem perda de eficiência na geração.

Mudança nas tarifas de energia: antigamente, as tarifas eram definidas pela média dos custos de produção e transmissão, de forma que certos consumidores "subsidiavam" outros. Com o desmembramento das companhias de energia em geração, transmissão e distribuição, isso diminuirá progressivamente, fazendo com que a tarifa para certos consumidores seja menos atrativa do que o uso de recursos distribuídos.

Economia na Distribuição e Transmissão: os custos referentes à transmissão e distribuição dependem fortemente do fator de carga. De acordo com Pfeifenberger et all (1998), os custos de T&D aumentam em quase 100% quando o fator de carga em um alimentador varia de 80% (tipicamente consumidores industriais) para 40% (consumidores residenciais). Assim, pode ser interessante para a concessionária valer-se de recursos distribuídos para minimizar seus gastos em T&D: caso as tarifas estabelecidas para a transmissão sejam proibitivas na ponta, a distribuidora poderia, por exemplo, contratar energia proveniente de um gerador distribuído. De qualquer forma, essa é uma área em mutação, ainda sem um panorama muito definido no atual contexto.

 

3. REGIÃO DE ESTUDO

O estado de São Paulo está localizado na região sudeste brasileira Fig. (1), perfazendo uma área de 248.808,8km². Contava em 2000 com uma população de 36.276.632 habitantes, dos quais 93% localizados na zona urbana, indicando um elevado índice de urbanização. Seu Produto Interno Bruto é de R$336 bilhões, correspondentes a um terço do PIB nacional, lhe conferindo grande importância econômica.

No estado encontra-se uma indústria fortemente desenvolvida e diversificada, onde a demanda energética variada permite vislumbrar um grande potencial para geração distribuída, principalmente quando se considera que a geração hídrica, a forma de aproveitamento energético para eletricidade mais empregada, já teve seu potencial quase todo utilizado. Também se deve lembrar que a tradição do estado no uso da biomassa como fonte energética abre grandes oportunidades para a geração elétrica a partir de fontes renováveis. Os potenciais estimados para GD a partir das fontes estudadas estão na Tab (1). Para tanto, baseou-se em dados governamentais e em Coelho (1999) e em Amarante (2001), no caso da Biomassa e Eólica respectivamente.

 

 

Por outro lado, existem diversas regiões com baixo Índice de Desenvolvimento Humano (IDH), onde a falta de infra-estrutura (incluindo energia elétrica) colabora para a perpetuação do baixo IDH dessas populações. Ações mitigantes no tocante ao fornecimento de energia poderiam ser realizadas utilizando-se os recursos localizados na região, implicando em relações custo/benefício bastante atraentes.

 

4. FONTES ENERGÉTICAS

Entre as diversas fontes de energia disponíveis no estado, algumas se destacam pela sua versatilidade, grau de maturação, custo e grande possibilidade de emprego. Em vista disso elas foram selecionadas para um estudo mais minucioso, incluindo sua análise de custos completos para as diversas regiões de São Paulo.

4.1. Solar

O emprego de sistemas fotovoltaicos em regiões isoladas aparentemente é, no curto e médio prazo, a opção de geração solar que apresenta mais vantagens: em locais isolados e de difícil acesso, onde praticamente não existem outras fontes de energia, e a assistência técnica para manutenção dos equipamentos, reparos ou substituição é quase sempre inviável, uma boa alternativa é o uso de sistemas fotovoltaicos, os quais já possuem diversas configurações, de acordo com os diversos níveis culturais das populações envolvidas. Sistemas híbridos, constituídos por geração fotovoltaica e eólica, são cada vez mais considerados para aplicações desse tipo.

Apesar de toda a evolução recente da geração fotovoltaica, ainda existem obstáculos a serem superados, como seu alto custo e baixa eficiência. Tais fatores impedem que os sistemas fotovoltaicos sejam utilizados de forma competitiva.

4.2. Eólica

A energia eólica apresenta vantagens como reduzido impacto ambiental na implantação e operação, baixo custo de manutenção e versatilidade, dado que pode-se conceber configurações para uma residência assim como um sistema de elevada potência para ligação à rede elétrica. Várias configurações são consideradas para a aplicação de geração eólica, desde pequenos aerogeradores entre 25W e 150W (usando turbinas com diâmetro de rotor de 1 a 3 m), até sistemas de grande dimensão (com turbinas de até 1,5MW) ligados à rede. Dado o alto custo do kW instalado e seu baixo fator de capacidade, a geração eólica ainda não apresenta competividade frente a tecnologias como termo e hidrogeração; por outro lado, o baixo valor atualmente pago por concessionárias pelo excedente gerado inibe o uso de fontes eólicas em grande escala, principalmente no estado.

A geração a partir do vento se mostra interessante em pequenas escalas, em regiões ou pontos isolados, onde a implantação de sistemas de transmissão é inviável.

De qualquer forma, deve-se lembrar que a ocorrência de ventos com velocidade suficiente para geração é muito limitada dentro do estado, ocorrendo apenas em certos focos e na estreita faixa litorânea.

4.3. Gás Natural

A composição do Gás Natural, basicamente hidrocarbonetos leves (especialmente metano), confere a ele características técnicas bastante interessantes. A eficiência energética e o alto poder calorífico por unidade de volume faz com que o gás natural seja um energético de destaque no setor industrial. Eficiente em termos ambientais, a queima mais limpa reduz a emissão de poluentes atmosféricos, fazendo deste uma boa alternativa para a redução de impactos ambientais.

Segundo o balanço energético da Secretaria de Energia de São Paulo, o consumo do gás natural tem aumentado sensivelmente em todos os setores (industrial, comercial e residencial) nos últimos cinco anos. As perspectivas para geração distribuída com o gás natural são promissoras no setor industrial, especialmente nas indústrias já consagradas pela cogeração tais como: papel e celulose, sucroalcooleiro, alimentar e têxtil.

No setor residencial o gás natural tem sido usado majoritariamente como fonte de calor, sem geração de eletricidade associada. De qualquer forma, a viabilidade da geração distribuída de energia elétrica com gás natural é limitada nesse setor.

No setor comercial, em particular em estabelecimentos onde há grande consumo energético localizado tais como shopping centers, hospitais e hotéis de grande porte a opção pela cogeração à gás pode ser, dependendo do caso, bastante atrativa em termos econômicos. Representa, portanto, um nicho de mercado potencial para a cogeração comercial.

4.4. Recursos Hídricos

A Constituição do Brasil classifica os recursos hídricos como propriedade da União, o que inclui o uso para usinas hidrelétricas em localizações específicas. Esse potencial pode ser explorado mediante concessão ou autorização federal. Para aproveitamentos de potenciais hidrelétricos superiores a 30 MW, a concessão é realizada mediante licitação pública. Os aproveitamentos com potência entre 1 e 30 MW são normalmente classificados como pequenas centrais hidrelétricas - PCHs e a sua exploração depende apenas de autorização da Aneel. Assim, a utilização de geração hídrica em pequena escala (PCH´s e picogeração) apresenta grandes atrativos, como facilidade de implantação, baixos custos e grande disponibilidade desses recursos no estado.

4.5. Biomassa

Parte significativa da geração distribuída no estado é proveniente de sistemas que usam, como fonte primária, a biomassa. O setor sucroalcooleiro, o maior usuário da biomassa para fins energéticos, já possui cerca de 770MW instalados no Estado de São Paulo - Coelho (1999). De qualquer forma, ainda existe um grande potencial para expansão da geração distribuída a partir da biomassa, resultado principalmente do baixo custo da biomassa (geralmente um subproduto proveniente de outros processos) e da existência da tecnologia necessária para atender a exigências diversas, ambientais inclusive.

A geração a partir da biomassa é atrativa porque, além de ser, freqüentemente, financeiramente viável, é capaz de atribuir uma finalidade nobre (produção de energia) a subprodutos produzidos em inúmeros processos industriais, notadamente em setores como:

-sucroalcooleiro;

-alimentos e bebidas;

-papel e celulose;

-têxtil;

-químico;

-petroquímico.

Diversas configurações para geração podem ser usadas, desde caldeiras a baixa pressão, de baixa eficiência e baixo custo, até sistemas a ciclo combinado alimentados por gaseificadores de biomassa. Todavia, nem sempre é interessante investir no aumento da eficiência da cogeração, pois o custo desse aprimoramento é maior que os gastos oriundos da compra de energia de concessionárias. O setor sucroalcooleiro, especificamente, já é auto-suficiente em energia, e a receita proveniente da venda para concessionárias é irrisória. Essa situação, contudo, não deve prevalecer após a consolidação das mudanças no setor elétrico brasileiro.

É importante lembrar que, embora não tão desenvolvidos, existem sistemas de geração a partir do lixo, o que permite minimizar problemas com aterros sanitários, principalmente nas grandes metrópoles.

 

5. AVALIAÇÃO DE CUSTOS COMPLETOS

A avaliação de Custos Completos (ACC) foi um método desenvolvido inicialmente para contabilizar os custos provenientes de impactos ambientais causados por um empreendimento, permitindo uma análise mais abrangente da viabilidade do projeto em questão. Posteriormente, extendeu-se a avaliação para contabilizar todos os custos inerentes ao empreendimento, como fatores sociais e políticos - Carvalho (2000). A seguir, uma classificação genérica dos diversos custos considerados pela ACC:

- custos internos: são aqueles custos explicitamente avaliados numa transação de mercado. Eles são os recursos pagos diretamente pela empresa para atingir um objetivo específico como, no caso de uma geradora, a aquisição de combustíveis, custos operacionais, manutenção e atividades administrativas.

- custos externos: são custos não diretamente sofridos pelos usuários do recurso mas impostos a outros pelas conseqüências da degradação ambiental, interferência na economia da região, etc. Também pode-se considerar os custos externos como o valor monetário de uma externalidade.

- externalidades: em relação aos recursos energéticos, entende-se como externalidades ou impactos externos os impactos negativos derivados de uma tecnologia de geração de energia cujos custos não são incorporados ao preço da eletricidade e, conseqüentemente, não são repassados aos consumidores, sendo arcados por uma terceira parte ou pela sociedade como um todo.

Neste trabalho foram considerados diversos fatores, internos e externos, agrupados em técnico-econômicos, sócio-culturais e ambientais. A cada grupo foi atribuído o mesmo peso relativo, permitindo que a análise final apontasse qual tipo de geração distribuída é mais atraente para dada região. Dentro de cada grupo, por outro lado, foram atribuídos pesos diferentes para cada fator, proporcionalmente à sua importância relativa. Os fatores considerados foram:

Fatores Ambientais:

1. Emissão de Poluentes

2. Natureza do combustível

3. Influência na fauna e flora

4. Alterações na água da região

Fatores Sócio-culturais:

1. Desenvolvimento Local

2. Resistência à forma de uso do recurso

3. Potencial de emprego na região

Fatores técnico-econômicos:

1. Tempo de Construção (6 meses a 3 anos)

2. Disponibilidade do energético na região (baixa, média ou alta)

3. Custo total do empreendimento (de US$500 a US$10.000 /kW instalado)

4. Custo da energia gerada (de US$ 10 a US$ 200/MWh)

5. Prazo de retorno do investimento (entre 5 e 20 anos)

6. Domínio da tecnologia necessária

7. Fator de Capacidade (entre 5% e 95%)

8. Obrigações contratuais com o combustível

9. Período de construção efetivo

10. Programas de incentivo governamental

11. Permite a venda de excedentes

A análise foi realizada considerando-se os fatores de forma qualitativa, de maneira que a avaliação final apresenta uma pontuação relativa entre os recursos considerados; além disso, consideraram-se as características gerais de cada região administrativa do estado de São Paulo. Assim sendo, uma elevada pontuação não significa necessariamente que o recurso seja vantajoso para um consumidor específico; ela indica o potencial relativo para utilização do recurso na região em questão. A seguir encontram-se os resultados da ACC para uma das diversas regiões administrativas do estado, Sorocaba - Fig. (2).

 

 

Características Gerais: a Região Administrativa de Sorocaba possui um bom nível de desenvolvimento, tanto social quanto econômico. Ela se encontra no centro-sul do estado, perfazendo uma área de 41.077 km². Possui uma população aproximadamente 2,3 milhões de habitantes, sendo 82% deles localizados em áreas urbanas e 18% em rurais.

O consumo de energia elétrica de seu parque industrial é alto, situando-se na casa de 600MWh/unidade industrial.ano, o que a coloca como a terceira maior consumidora do estado por unidade industrial. Isso indica grandes possibilidades de implantação de recursos distribuídos em indústrias, principalmente no que tange o uso de biomassa ou gás natural em processos de cogeração.

Ela possui certo potencial de geração eólica, dado que a velocidade média do vento na região situa-se na faixa de 6m/s, apresentando locais com velocidades mais altas (para implantação de geradores eólicos a velocidade média do vento deve ser superior a 7m/s aproximadamente).

A utilização de biomassa na geração, por outro lado, não encontra grande potencial de utilização, dado o baixo número de unidades industriais conjugadas à produção local de biomassa (resíduos como, por exemplo, o bagaço de cana).

A região é cortada pelo gasoduto vindo da Bolívia, o que permite o uso do gás natural para geração termelétrica, com destaque para a cogeração em indústrias e instalações comerciais de grande porte, especialmente se considerarmos que a região possui bom grau de desenvolvimento nestes setores, criando a demanda necessária.

A pontuação resultante da ACC para a região encontra-se na Tab. (2)

 

 

O estágio de maturidade da geração hídrica, biomassa e a gás natural reflete-se na sua pontuação técnico-econômica. Por outro lado, o impacto ambiental afeta negativamente o uso de biomassa e gás natural, grandes emissores de poluentes (embora pese a favor da biomassa seu balanço zero de C). Na avaliação final, percebe-se que as externalidades afetam de forma significativa as vantagens econômicas do gás natural. De qualquer forma, deve-se estudar cuidadosamente a viabilidade de cada recurso em cada situação; as características da região, com grande potencial de expansão tecnológica e econômica, tornam o uso de recursos distribuídos atrativo em parcela significativa da região.

Os resultados médios obtidos através da ACC para as diversas regiões se encontram na Tab. (3).

 

 

6. CONCLUSÕES

Os resultados, no contexto do uso da filosofia do PIR, principalmente na aplicação da análise de custos completos para os recursos energéticos nas regiões do estado, mostram que a geração distribuída das fontes renováveis apresentam-se competivas frente a formas mais tradicionais de geração, principalmente no Estado de São Paulo.

O Estado apresenta grande potencial para geração distribuída, pois existe uma grande demanda por energia conjugada à um grande potencial energético. O parque industrial paulista, cada vez mais sofisticado, tem necessidades energéticas peculiares que podem ser supridas, freqüentemente a custos competitivos, pela geração distribuída, com destaque para o gás natural e biomassa.

Por outro lado, existem regiões subdesenvolvidas, onde a microgeração pode promover uma melhora social em diversas comunidades. Deve-se dar extrema atenção a tal fato, especialmente quando considera-se que investimentos em regiões rurais tendem a ser menos custosos que em grandes centros urbanos. Isso permite promover o desenvolvimento em áreas isoladas, inibindo o êxodo rural e a imigração de populações para metrópoles, as quais não têm capacidade de absorver, de forma adequada, tal contingente. Isso torna válida a criação de mecanismos, sejam governamentais ou não, de fomento à geração para localidades com déficit energético extremo, pois a implantação da geração elétrica costuma ser economicamente desinteressante, principalmente à iniciativa privada.

 

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Amarante, O. A. C.."Atlas do Potencial Eólico Brasileiro". Ministério das Minas e Energia, Brasília, Brasil, 45 p., 2001.

[2] Carvalho, E. C.. "A análise do ciclo de vida e os custos completos no planejamento energético.". Dissertação (Mestrado) - EPUSP, São Paulo, Brasil, 228 p., 2000.

[3] Coelho, S. T.. "Mecanismos para Implementação de Eletricidade a partir de Biomassa. Um Modelo para o Estado de São Paulo.". Tese (Doutorado) - PIPGE - IEE - USP, São Paulo, Brasil, 194 p., 1999.

[4] Fujii, R. J., Franco, D. G.. "Recursos Distribuídos de Energia para o Estado de São Paulo". Relatório Final do Projeto de Formatura. PEA - EPUSP, Sao Paulo, Brasil, 2002.

[5] Pfeifenberger, J.. "What's in the card for Distributed Resources?", The Energy Journal. Special Issue: Distributed Resources: Toward a New Paradigm of the Electricity Business, pp. 1-16, 1998.

[6] Secretaria de Energia. "Balanço Energético do Estado de São Paulo", Secretaria de Energia do Estado de São Paulo, São Paulo, Brasil, 2001.

[7] Udaeta, M. E. M.. "Planejamento Integrado de Recursos Energéticos - PIR - para o Setor Elétrico (pensando o desenvolvimento sustentável).", Tese (Doutorado) - EPUSP, São Paulo, Brasil, 345 p., 1997.