An. 5. Enc. Energ. Meio Rural 2004

 

Proposição para o interior Paulista do Planejamento Integrado de Recursos

 

 

Miguel Edgar Morales Udaeta; William Takanori Ino; José Aquiles Baeso Grimoni; Luiz Claudio 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

 

 

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RESUMO

O presente trabalho busca elaborar projeções baseadas no PIR (Planejamento Integrado de Recursos Energéticos) a fim de propor uma alternativa de desenvolvimento sustentável para uma região de São Paulo. De posse dos dados da região, obtidos nos últimos anos por diversas frentes de estudo do GEPEA-USP, foram criados cenários de desenvolvimento e consumo de energia. Nestes cenários, foram consideradas duas possibilidades para suprir a demanda desta região: energia de fontes limpas e/ou renováveis e energia de fontes que buscam custos mais baixos. Para simular o comportamento dos diversos fatores da oferta e da demanda no longo prazo, utilizou-se o LEAP (Long-range Energy Alternatives Planning System). Ambos os cenários apresentaram vantagens e desvantagens, porém o cenário de energia limpa pode muito bem suprir as necessidades da região pelos próximos vinte anos. Incertezas em períodos maiores tornam as previsões pouco confiáveis, pois tanto do lado da demanda como da oferta podem haver alterações que invalidariam o estudo. O ideal é que haja um acompanhamento do comportamento do setor de modo a fazer projeções mais curtas, de dez anos, por exemplo, para que sejam feitos os ajustes necessários no parque gerador e nas políticas de consumo. Previsões longas servem sim para mostrar os limites do sistema e da reserva de modo a prever situações de emergência como as ocorridas em 2001 com escassez de água e conseqüente racionamento de energia.

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ABSTRACT

The present work has in view the elaboration of projections based on IRP (Integrated Energy Resources Planning) in order to propose an alternative of sustainable development to one region of the State of Sao Paulo. Using the data of the region, gathered in the past years by several researches of the GEPEA-USP, scenarios of the development and consume of energy have been created. In these scenarios, two possibilities to supply the demand of the region were considered: energy of clean sources and/or renewable as well as energy of sources that have lower costs. In order to simulate the behavior of several factors of the offer and demand, the LEAP (Long-range Energy Alternatives Planning) has been used. Both scenarios have vantages and disadvantages, but the clean sources scenario certainly could supply the needs of the region for the next twenty years. Uncertainties in longer periods make the forecasts no much reliable, because changes in both, demand and offer, could invalidate the study. The best is an accompaniment of the sector's behavior in order to make shorter projections, ten years for example, to set the generator estate and policies of consumption. Long forecasts are good to show the limits of the system and the reserve to preview emergency situations as occurred in 2001 with shortness of water supply and consequently broke of energy catering.

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1. Introdução

O aumento da população global nos últimos séculos somado ao desenvolvimento tecnológico que traz comodidade e conforto faz com que a demanda por energia elétrica aumente cada vez mais rápido em vários países por todo o mundo. O resultado é que nem sempre a oferta está preparada para tais adventos e conseqüentemente não consegue suprir a demanda. Exemplos disto são as crises que presenciamos nos EUA e no Brasil. Em ambos o aumento da demanda foi bem mais rápido que a expansão dos parques geradores o que causou transtornos como blackouts e racionamentos. Certamente os motivos que causaram este descompasso não são da mesma natureza, porém para evitar conseqüências como estas é necessário fazer um planejamento e principalmente executá-lo evitando transtornos maiores à economia e à população.

Tendo em vista que o aumento da demanda por energia elétrica é certo nos próximos anos este trabalho tem por objetivo aplicar o PIR (Planejamento Integrado de Recursos) no Médio Paranapanema já que o planejamento da oferta é necessário e com isto poderemos nos atentar a outros fatores como o desenvolvimento sustentável da população local. Fatores estes geralmente ignorados em formas tradicionais de planejamento como os adotados pela política de expansão do nosso parque gerador nas ultimas décadas [14] e também nos planos do governo para os próximos anos como o Plano 2015 [6].

Cabe destacar que este trabalho introduz apenas de foram qualitativa os recursos do lado da demanda (GLD), por restrições quanto a qualidade de dados com relação a esses recursos. Porém, a filosofia do PIR é preservada, posto que o PIR visa garantir que o planejamento energético atenda os interesses da sociedade como um todo. Enquanto o planejamento tradicional para o setor energético se concentra principalmente na oferta e nos interesses financeiros, o PIR enfoca a disponibilidade da energia a partir da integração de recursos e com mínimo custo completo (econômico, ambiental, social e político). No PIR, formalmente são avaliados todos os recursos energéticos, do lado da oferta -GLO e do lado da demanda -GLD. Participam todos os interessados e envolvidos com o processo e, são feitas análises sistemáticas de todas as possíveis estratégias, visando atender às necessidades de fornecimento energético e considerando as perspectivas futuras. Por tanto o PIR vai além da abordagem tradicional de planejamento, na medida em que: avalia todas as opções tanto da oferta quanto da demanda de forma justa e consistente; minimiza os custos para todos os agentes e cria um plano flexível que considera as incertezas e permite ajustes que respondam a modificações de circunstâncias.

Uma das formas de suprir racionalmente a demanda, levando em conta a sustentabilidade, é aproveitando o potencial existente devido, principalmente, a desperdícios e perdas. Esta energia poderia ser aproveitada criando-se melhorias em equipamentos, programas de conservação e regras de tarifação, por exemplo. Infelizmente, a indefinição do novo modelo energético torna os estudos nesta área incertos e serão consideradas apenas como fatores qualitativos e não quantitativos neste trabalho.

A ferramenta que auxiliará no cálculo das necessidades de energia da região bem como das possibilidades de oferta será o LEAP (Long-range Energy Alternatives Planning System). Esta ferramenta foi desenvolvida pela Stockholm Enviroment Institute [20] nos Estados Unidos e é utilizado em todo o mundo por vários especialistas da área energética.

 

2. O Médio Paranapanema

A região do Médio Paranapanema está localizada na parte oeste do Estado de São Paulo que apesar de ser o mais desenvolvido do Brasil, possui o mesmo problema de má distribuição de renda e desenvolvimento apresentado pelo Brasil. Esta região é a terceira menos desenvolvida do Estado ficando a frente apenas da região do Vale do Ribeira e do Pontal do Paranapanema.

Um dos limitantes da região para seu desenvolvimento é a falta de energia elétrica. As características rurais da região (consumo baixo e pulverizado) impõem às concessionárias altos custos operacionais e desestimulam novos investimentos para expansão do sistema de distribuição elétrica na região.

De acordo com dados do SEADE [19], a região do Médio Paranapanema contava com 255.401 habitantes (89,5% urbano e 10,5% rural) em 2000. Sua economia é basicamente agrícola e tem significativa importância para o Estado de São Paulo principalmente devido a cultura de cana-de-açúcar.

Na Tabela 1 podemos ver o consumo de energia elétrica da região comparada ao do Estado de São Paulo.

 

 

A região do Médio Paranapanema com extensão de 6.237 km2 e localizada entre as bacias dos rios Paranapanema e do Peixe, é formada pela região de Governo de Assis mais alguns municípios associados ao CIVAP (Consórcio Intermunicipal do Vale do Paranapanema) [17]. Uma visão geográfica da Região pode ser vista na Figura 1.

 

 

Temos assim 18 municípios ao todo: Assis, Campos Novos Paulista, Cândido Mota, Cruzália, Echaporã, Florínia, Ibirarema, Iepê, Lutécia, Macaraí, Nantes, Oscar Bressane, Palmital, Paraguaçu Paulista, Pedrinhas Paulista, Platina, Quatá e Tarumã.

2.1 Potenciais Energéticos da Região

Por se tratar de uma região predominantemente agrícola, recursos naturais como luz solar e vento se encontram em abundância na região e podem ser utilizados de acordo com as necessidades caso haja investimento. No Brasil ambas as técnicas são pouco utilizadas devido seu alto custo, mas, especificamente para a geração eólica, os custos vem caindo a níveis factíveis e com isto podem se tornar uma alternativa energética para a região nos próximos anos. Além disto, a região conta com rede elétrica de transmissão de energia, o que torna a integração da região com o sistema uma alternativa.

Os rios Paranapanema, do Peixe e outros menores são as fontes de energia hidrelétrica mais importante da região. Na Tabela 2 podemos ver as suas vazões médias.

 

 

Vale lembrar que a região é uma das maiores produtoras de cana-de-açúcar do Estado e possui usinas de álcool. O bagaço resultante do processo pode ser usado como material combustível para a geração de energia elétrica por usinas térmicas se for dado o devido incentivo. Fato que não acontece hoje uma vez que o valor pago pela energia elétrica não viabiliza investimentos neste sentido.

Na Tabela 3 podemos ver os potenciais da região e o custo da energia, bem como sua condição ambiental, social e política de cada fonte de energia.

 

 

Além dos potenciais descritos acima que são os potenciais do lado da oferta, existem os potenciais do lado da demanda. No Brasil há um grande potencial neste sentido que pode ser explorado, uma vez que os nossos equipamentos elétricos de maneira geral são de baixo rendimento e, conseqüentemente, desperdiçam energia elétrica [9]. Além disso, a mudança da curva de consumo poderia diminuir as perdas no sistema de transmissão, fato que pode ser controlado com políticas de tarifas [1]. Entretanto, estas fontes de energia foram consideradas apenas qualitativamente neste estudo devido às incertezas do novo modelo energético que irá afetar principalmente as áreas de tarifação e regulação, além é claro das políticas de incentivo no setor elétrico.

Estudos preliminares desta natureza já vêm sendo realizados pelo próprio PEA [18] e poderão servir de referência em projeções mais detalhadas no futuro. Neste trabalho, porém, consideraremos do lado da demanda apenas as vantagens de realocação de recursos como a utilização do gás natural e energia solar para aquecimento evitando assim o consumo de energia elétrica para estes fins e que a inserção de equipamentos de melhor eficiência irão fazer com que o consumo cresça de maneira linear e não exponencial como seria de se esperar se levado em conta o crescimento populacional médio nos últimos dez anos de 1,3% ao ano [19].

 

3. Utilização do LEAP

O LEAP é uma ferramenta de modelagem energética baseada em cenários. Os cenários levam em conta como a energia é utilizada, convertida e produzida dentro de uma região ou economia podendo ter enfoque nas alternativas da população, desenvolvimento econômico, preços, etc. Com esta flexibilidade de dados, pode ser feita uma analise rica em detalhes técnicos e dos usos finais de acordo com a necessidade do estudo [13].

Basicamente o LEAP tem quatro módulos: variáveis condicionantes, demanda, transformação e recursos. As variáveis englobam a população e aspectos como renda para que ser possa calcular uma taxa ou uma parcela como, por exemplo, o consumo por habitante. A demanda contém todos os setores da região que utilizam qualquer forma de energia como uso final isto é, depois de usada ela não pode mais ser aproveitada para outro processo. Na transformação é possível calcular além da geração de energia elétrica as transformações nas áreas de refino de petróleo e outras formas de energia. Finalmente nos recursos se encontram as reservas de energia da região que serão utilizadas, porém se em algum momento a reserva acabar, o programa busca automaticamente a importação do combustível para suprir a demanda.

 

4. Metodologia

Para a aplicação do Planejamento Integrado de Recursos é necessário que haja uma região de estudo com um cenário traçado, isto é, um local com características demográficas e evolução da demanda e, por outro lado, as fontes que irão suprir as necessidades desta região. Além disto, o fator que irá determinar a composição dos recursos são os parâmetros de desenvolvimento como fatores sociais, ambientais e econômicos [14].

Com base nos estudos realizados pelo PEA nos últimos anos, será traçada a evolução da região até 2030, períodos maiores não apresentariam dados confiáveis devido a natureza incerta da economia e política do país.

Para suprir a demanda da região iremos adotar duas possibilidades: um parque gerador buscando sempre o melhor custo e outro buscando melhores condições ambientais e sociais.

Como temos por objetivo o desenvolvimento da região, utilizaremos os recursos desta preferencialmente assim que haja possibilidade. Deste modo serão obtidos os ganhos indiretos como a geração de empregos e a retenção de capital na região.

Com os dados à mão será utilizado o LEAP para a simulação e análise do comportamento da demanda e da oferta da região nos cenários propostos além de verificar a quantidade de poluentes resultantes do processo.

 

5. Panorama da Região

Para a elaboração dos cenários serão adotadas as seguintes suposições:

5.1 Continuidade da Evolução da Curva de Carga

O consumo de energia elétrica na região na ultima década tem a característica de crescimento aproximadamente linear, entretanto o número de consumidores cresceu de forma exponencial a taxa média de 1,3%, de acordo com dados do SEADE. Para o período em estudo será suposto a continuidade do crescimento linear da curva de consumo, tendo em vista que melhorias das tecnologias dos equipamentos que irão entrar em cena e os programas de incentivo a economia de energia irão assegurar uma diminuição do consumo per capta de energia elétrica (Figura 2).

 

 

5.2 Característica da Origem da Energia Elétrica Consumida

Hoje a energia elétrica consumida na região é praticamente toda importa de outras regiões pela rede de transmissão, sendo assim o capital pago pela energia elétrica passa da concessionária local, a Empresa de Eletricidade Vale Paranapanema, para algum fornecedor de outra região.

Conseqüentemente o capital gasto não traz grandes vantagens à região, pois gera poucos empregos não estimulando a economia regional. Portanto, a geração local será considerada como preferencial, pois poderá mudar este quadro gerando empregos uma vez que a população está se tornando mais urbana (Figura 3) e com isto o desemprego de modo geral tende a aumentar com o passar dos anos.

 

 

5.3 Possibilidade de Uso do Gás Natural na Região

Dependendo do plano de ação adotado, poderá surgir um mercado para o gás natural no local possibilitando que este venha a substituir o uso de eletricidade em algumas aplicações como o aquecimento de água. Sabemos que em uma residência, o uso do chuveiro representa aproximadamente 30% do consumo de energia elétrica, e como o consumo residencial no Médio Paranapanema é de aproximadamente 50% (Figura 4), a parcela economizada com esta substituição não é desprezível.

 

 

Entretanto, para que haja um mercado local, seria necessário a implantação de uma usina termoelétrica a gás na região para justificar a construção de um gasoduto até o MPP, o que torna a possibilidade desta substituição a curto prazo improvável. Porém, dependendo do modelo do parque gerador a ser implantado poderá existir este mercado a médio prazo e será levado em consideração em um dos cenários tratados neste trabalho.

 

6. Os Cenários

6.1 Energia Limpa

Para que tenhamos energia limpa temos que dar enfoque nas fontes de energia renováveis da região como energia solar, eólica e hidrelétrica. Além destas fontes temos o uso de resíduos que tem o retorno ambiental por diminuir a poluição urbana e a biomassa que pode ser usada uma vez que a região é produtora de cana-de-açúcar e álcool e com isto há o bagaço que pode ser utilizado.

Neste cenário serão adotados os seguintes parâmetros:

• Inclusão de geração por célula fotovoltaica na região em 2007 atingindo o valor máximo de aproveitamento em 2030 (aproximação linear)
• Inclusão de energia eólica em 2010 atingindo o potencial máximo em 2012 (inclusão de cinco GWh/ano a cada ano)
• Inclusão de PCHs em 2010 atingindo o valor máximo do potencial em 2018 (inclusão de 10 GWh/ano a cada quatro anos)
• Inclusão da utilização dos resíduos a partir de 2010 (inclusão de 1/3 do potencial a cada dois anos)
• Utilização do potencial da biomassa a partir de 2010 (2 módulos de 50MW, um em 2010 e outro em 1013)

Neste cenário foi desconsiderado o uso do gás em todas as aplicações, inclusive na geração por célula combustível, pois a geração termelétrica é necessária para tornar viáveis os investimentos na construção de infra-estrutura para o gás encanado. E como a demanda na região pode ser suprida com os recursos naturais da região ela não seria implantada até o ano estudado.

6.2 Baixo Custo da Energia Elétrica

Para baixo custo temos a possibilidade do gás natural, da eólica, das PCHs, dos resíduos e da biomassa. O uso do gás além de possibilitar a geração de eletricidade possibilitará que outros setores como o industrial e o residencial a substituir o uso de eletricidade pelo gás, melhorando o ganho de energia global uma vez que ele será utilizado no consumidor final.

Assim temos:

• Inclusão de energia eólica em 2010 atingindo o potencial máximo em 2012 (inclusão de cinco GWh/ano a cada ano)
• Inclusão de PCHs em 2010 atingindo o valor máximo do potencial em 2018 (inclusão de 10 GWh/ano a cada quatro anos)
• Inclusão da utilização dos resíduos a partir de 2010 (inclusão de 1/3 do potencial a cada dois anos)
• Utilização do potencial da biomassa a partir de 2010 (um módulo de 50MW)
• Utilização de gás natural em uma térmica de 100MW a ser instalada em 2015

 

7. Análise dos Resultados

7.1 Cenário Energia Limpa

Veremos que apesar de direcionar o uso para fontes energéticas renováveis, há o surgimento de emissões de poluentes a partir do momento em que começa a queima de algum tipo de combustível. O poluente principal é o CO₂ devido a implantação de usinas para a queima de resíduos e do bagaço da cana. Este poluente não é grave se considerarmos que a cana-de-açúcar é um recurso renovável e o carbono resultante da queima poderá retorna à cana em alguns anos.

Outro fato é que com a geração pelo bagaço temos o retorno social na forma de geração de empregos na área rural e talvez até na urbana devido a coleta e tratamento do bagaço.

Como consideramos que a geração local somente iria entrar em operação em 2007, até este ano todo o consumo de energia provem da rede elétrica, o que não é grave uma vez que a região consome pouco frente ao Estado de São Paulo e existe interligação com o sistema.

De 2013 à 2024 há um período onde não há importação de energia para o Médio Paranapanema. Porém a partir de 2025 começa a haver nova importação de energia indicando a necessidade de novas usinas geradoras. Como os recursos naturais estão no seu limite e não há a possibilidade de maior exploração, resta então a opção do gás natural que poderá surgir como uma alternativa até para as células combustíveis que poderão ter o preço mais competitivo neste momento.

7.2 Cenário Baixo Custo da Energia Elétrica

Se verificarmos os preços por MWh na tabela da carteira de recursos, veremos que a opção de energia solar pode ser facilmente descartada. Mesmo durante o período em estudo a possibilidade de redução de preço de painéis fotovoltaicos é muito baixa.

Restam então as alternativas tradicionais de geração como PCHs e termoelétricas a gás. Com a chagada do gás na região, estimando que ele possa ser fornecido em 2015, abrem-se outras opções também para o consumo residencial e industrial. Sabe-se que o gasto com aquecimento a base de gás é mais barato que com eletricidade e por isto se estimou a inserção de seu consumo no setor residencial. Na indústria o gás também pode ser consumido em processos de aquecimento.

Com a possibilidade de exploração do gás a potência instalada na região também pode ser maior uma vez que há combustível disponível. Veremos também que neste cenário temos uma reserva energética bem mais confortável.

A desvantagem é o gasto com combustível que está sujeito a variações do dólar devido a sua cotação com base no mercado internacional e a emissão de CO₂ que, diferente da geração com biomassa como combustível, não é recapturada.

 

8. Conclusões

Se compararmos os dois cenários, veremos que ambos apresentam vantagens e desvantagens, porém o cenário de energia limpa pode muito bem suprir as necessidades da região pelos próximos vinte anos colaborando principalmente no controle de emissão de poluentes.

As incertezas em períodos maiores tornam as previsões pouco confiáveis, pois tanto do lado da demanda como da oferta podem haver alterações que invalidariam o estudo. A situação ideal é que haja um acompanhamento do comportamento do setor de modo a fazer projeções mais curtas, de dez anos, por exemplo, para poder fazer os ajustes necessários no parque gerador e nas políticas de consumo.

Previsões mais longas servem sim para mostrar o limite do sistema e da reserva de modo a prever situações de emergência como as ocorridas no ano passado com escassez de água e conseqüente racionamento de energia.

Para tanto o LEAP se comportou de maneira muito satisfatória apresentando dados concisos para a análise tanto da oferta como da demanda. Vale lembrar que o LEAP também possibilita o cálculo da demanda de outros combustíveis já que ele é uma ferramenta para planejamento energético não ficando limitado apenas à energia elétrica.

 

9. Bibliografia

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[2] BOARATI, J.H.; SHAYANI, R., 1998, "Hidrelétricas e Termelétricas a Gás Natural Estudo Comparativo Utilizando Custos Completos", Projeto de formatura, EPUSP.

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[13] LIMA, F.T.B.; LIMA, L.O. 2001, "Prospectiva Energética para o Desenvolvimento de São Paulo: Cenários 2020 e 2050", Projeto de formatura, EPUSP

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

[15] SOUZA, M.V.; IZZO, R., 1997, "Estudos (avaliativos) da biomassa para geração de energia elétrica (EE) no Médio Paranapanema (MPP)", Projeto de formatura, EPUSP.

[16] SQUAIELLA, D.J.F.; HAGE, F.S., 1999, "Possibilidade de Inserção da Energia Solar Fotovoltaica na Região do Médio Paranapanema", Projeto de formatura, EPUSP

[17] CIVAP - Consórcio Intermunicipal do Vale do Paranapanema - www.civap.com.br

[18] GEPEA - Grupo de Estudos do PEA - www.pea.usp.br/gepea. Página do PIR no PEA - www.pea.usp.br/gepea/pir , em Janeiro de 2003.

[19] SEADE - Fundação Sistema Estadual de Análise de Dados - www.seade.gov.br

[20] SEI - Stockholm Environment Institute - LEAP - www.seib.org/leap/