Alternativas Energticas - Uma Visao Cemig

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    29-Oct-2015

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  • Alternativas Energticas:

    Uma Viso Cemig

  • COMPANHIA ENERGTICA DE MINAS GERAIS - CEMIG

    ALTERNATIVAS ENERGTICAS:

    UMA VISO CEMIG

    BELO HORIZONTE

    CEMIG

    2012

  • ISBN: 978-85-87-929-51-8 Copyright: Companhia Energtica de Minas Gerais Cemig Presidncia: Djalma Bastos de Morais Vice Presidente: Arlindo Porto Neto Superintendncia de Tecnologia e Alternativas Energticas: Alexandre Francisco M. Bueno Gerncia de Alternativas Energticas: Marco Aurlio Dumont Porto Coordenao Geral: Cludio Homero Ferreira da Silva (Cemig) Equipe Tcnica: Especialista em Alternativas Energticas: Cludio Homero Ferreira da Silva Especialista em Biomassa e Hidrognio: Alase Jnia Vieira Madureira Especialista em Energia Elica e Solar: Bruno Marciano Lopes Especialista em Balano e Planejamento Energtico: Jlio Csar Ezequiel da Costa Especialista em Veculo Eltrico: Elson Lima Bortolini da Silva Especialista em Gerao Distribuda: Vanessa Aparecida Dias Coelho Estagirios: Adriana Arajo Dutra Rodrigues Carolina Fialho Prates Filipe Barone Amaral Projeto e Edio Grfica: Cludio Homero Ferreira da Silva Ilustraes: Equipe Tcnica Capa: Luiz Renato Gomes Marco Aurlio Dumont Porto Reviso de texto: Alexandre Francisco Maia Bueno Ophicina de Arte & Prosa (Raquel Kopit Cunha) Edio e Produo: Gerncia de Alternativas Energticas

    Companhia Energtica de Minas Gerais. Alternativas Energticas: uma viso Cemig. Belo

    Horizonte: Cemig, 2012.

    357 : ilust.

    1. Fonte alternativa de energia. 2. Energia. 3. Energia Solar

    I. Companhia Energtica de Minas Gerais. II. Ttulo CDU: 620.92/.98 620.91 621.47

    Disponvel tambm em:

    < http://cemig20/Inovacao/AlternativasEnergeticas>

  • MENSAGEM DA SUPERINTENDNCIA

    Este livro, que prefiro chamar neste momento de compilao de

    conhecimento, surgiu de diversas conversas com amigos e colegas que nos

    perguntavam sobre a disponibilidade de tecnologia e recursos para a explorao de

    fontes alternativas de energia. Na condio de Superintendente de Alternativas

    Energticas, seria uma obrigao ter de pronto as respostas para tais questes.

    Comeamos com uma discusso conceitual sobre Alternativas Energticas e

    Energia Alternativa. Decidimos que Energia Alternativa seria apenas aquelas

    alternativas baseadas em Energia Renovvel e derivadas do ambiente natural. No

    queramos este tipo de restrio, pois entendemos que cabe uma avaliao de todas as

    opes oferecidas pelas fontes primrias. Queremos considerar, entre as Alternativas,

    os combustveis fsseis em geral e a energia nuclear.

    Tambm discutimos a Energia Renovvel no Brasil e no mundo. Na Europa, o

    termo renovvel aplica-se quase exclusivamente energia elica, solar e de

    pequenas centrais hidroeltricas PCH. Este conceito de tal forma claro e

    estabelecido, que se utiliza renovvel como sinnimo de varivel (ou energia com

    variabilidade) que, na verdade, caracterstica de fontes elicas e solares apenas

    uma metonmia!

    No Brasil, se falarmos de energia eltrica, quase tudo renovvel no

    momento da elaborao deste trabalho 92% da energia eltrica consumida

    renovvel (85% hidrulica e 7% de biomassa), caracterizando o pas que mais uso faz

    de energia renovvel no mundo. A presena da energia elica se mostra crescente, e

    a energia solar possui um grande potencial, que ainda muito pouco significativa em

    nossa matriz energtica.

    Toda essa reflexo se transformou em uma oportunidade de se estabelecer um

    conceito prprio para Alternativas Energticas, aderente aos propsitos da Empresa e

    da Superintendncia. Como premissa, definimos que Alternativas energticas so todas

    as fontes energticas primrias, tecnologias de transformao e converso,

    objetivando a produo e uso final de eletricidade, calor ou movimento, alm das

    tecnologias associadas de armazenamento, automao e controle e eficincia

    energtica. Neste conceito, carvo e energia nuclear so, sim, alternativas produo

    de energia a partir, por exemplo, de hidroeltricas ou biomassa.

    Para estar presente nesta compilao, no consideramos a origem da energia

    (renovvel ou no) nem sua caracterstica de sustentabilidade (poluente, de risco, etc).

    Basta que esteja associado a uma fonte de energia. Procuramos, naturalmente,

  • classific-las em renovveis ou no, e ainda em sustentveis ou no. Neste conceito,

    por exemplo, a energia nuclear sustentvel no produz emisses e no contribui

    para o efeito estufa mas no renovvel, pois o urnio, fonte primria desse tipo

    de energia, esgotvel.

    Tambm nos permitimos, em alguns momentos, escrever energias, no plural,

    outra metonmia. Assim, cada energia seria, na verdade, a representao de sua

    fonte primria. S trabalhamos as fontes primrias, no abordando, neste trabalho, os

    vetores energticos, isto , elementos ou molculas capazes de armazenar,

    transportar e fornecer energia sem, contudo, ser fonte de energia. O hidrognio um

    bom exemplo. No fonte primria, mas vetor energtico.

    Este o resultado de um trabalho de uma grande equipe, com uma

    coordenao nica e um estmulo permanente. Terminamos por produzir um

    infogrfico de fontes e uso de energia, que est tambm na nossa pgina da intranet.

    Este infogrfico muito interessante do ponto de vista do Planejamento Estratgico da

    Empresa, pois mostra claramente a origem e a caracterstica do energtico, a cadeia

    de transformao associada e nos permite ver, com clareza absoluta, onde a empresa

    quer atuar e onde no quer. Assim, o carvo mineral, por exemplo, no considerada

    alternativa vivel para o crescimento da empresa, pois viola a premissa de liderana

    mundial em sustentabilidade, presente na viso da empresa. Mas deve ficar claro que

    o carvo no uma alternativa energtica vivel apenas enquanto as tecnologias de

    captura de carbono estiverem indisponveis em escala comercial.

    A preparao deste livro foi trabalhosa, mas muito prazerosa. Lembro que

    muito do que vai aqui pode ser encontrado tambm em pesquisas na internet no h

    ineditismo mas ressalto o mrito do trabalho em compilar, de forma estrutural e com

    foco empresarial e estratgico, as principais informaes de interesse sobre energia.

    Espero que a leitura seja agradvel para aqueles que querem compreender um

    pouco mais do assunto, sobretudo das tecnologias de explorao e transformao.

    Superintendente de Tecnologia e Alternativas Energticas

  • SUMRIO

    SUMRIO EXECUTIVO .......................................................................................................................... 13

    PARTE 1 FONTES DE ENERGIA......................................................................................................... 15

    1 ALTERNATIVAS ENERGTICAS ................................................................................................. 16

    2 PETRLEO ....................................................................................................................................... 20

    2.1 Situao no Brasil ............................................................................................................................ 21

    2.2 Mercado ........................................................................................................................................... 22

    2.3 Produo de energia ......................................................................................................................... 24

    2.3.1 Produo de energia eltrica ......................................................................................................... 25

    2.3.2 Custos ............................................................................................................................................ 26

    2.4 Impactos ambientais ......................................................................................................................... 27

    2.5 Riscos ............................................................................................................................................... 28

    2.6 Pesquisa e tendncia futura .............................................................................................................. 28

    2.7 Consideraes finais ........................................................................................................................ 29

    2.8 Referncias ....................................................................................................................................... 30

    3 CARVO MINERAL ....................................................................................................................... 32

    3.1 Situao no Brasil ............................................................................................................................ 33

    3.2 Mercado ........................................................................................................................................... 33

    3.3 Produo de energia eltrica ............................................................................................................ 35

    3.3.1 Custos ............................................................................................................................................ 36

    3.4 Impactos ambientais ......................................................................................................................... 37

    3.5 Riscos ............................................................................................................................................... 37

    3.6 Pesquisa e tendncias futuras ........................................................................................................... 38

    3.7 Consideraes finais ........................................................................................................................ 38

    3.8 Referncias ....................................................................................................................................... 39

    4 GS NATURAL ............................................................................................................................... 40

    4.1 Situao no Brasil ............................................................................................................................ 41

    4.2 Produo de energia ......................................................................................................................... 41

    4.3 Custos ............................................................................................................................................... 43

    4.4 Consideraes tcnicas sobre o gs de sntese ................................................................................. 43

    4.4.1 Custos ............................................................................................................................................ 44

    4.5 Impactos ambientais ......................................................................................................................... 45

    4.6 Riscos ............................................................................................................................................... 46

    4.7 Pesquisa e tendncia futura .............................................................................................................. 46

    4.8 Consideraes finais ........................................................................................................................ 47

    4.9 Referncias ....................................................................................................................................... 47

    5 ENERGIA NUCLEAR ...................................................................................................................... 49

  • 5.1 Situao no Brasil ............................................................................................................................ 50

    5.2 Mercado ........................................................................................................................................... 51

    5.3 Produo de energia ......................................................................................................................... 52

    5.4 Impactos ambientais ......................................................................................................................... 53

    5.5 Riscos ............................................................................................................................................... 54

    5.6 Pesquisa e tendncia futura .............................................................................................................. 55

    5.7 Consideraes finais ........................................................................................................................ 56

    5.8 Referncias ....................................................................................................................................... 56

    6 ENERGIA GEOTRMICA ............................................................................................................... 58

    6.1 Situao no Brasil ............................................................................................................................ 60

    6.2 Mercado ........................................................................................................................................... 61

    6.3. Explorao e perfurao de poos ................................................................................................... 61

    6.4 Produo de energia ......................................................................................................................... 63

    6.5 Bombas de calor geotrmico ............................................................................................................ 63

    6.6 Impactos e riscos .............................................................................................................................. 64

    6.7 Pesquisa e tendncia futura .............................................................................................................. 64

    6.8 Consideraes finais ........................................................................................................................ 65

    6.9 Referncias ....................................................................................................................................... 65

    7 ENERGIA DOS OCEANOS ............................................................................................................. 67

    7.1 Mercado ........................................................................................................................................... 70

    7.2. Energia mar-motriz ....................................................................................................................... 70

    7.3 Energia das correntes martimas ...................................................................................................... 71

    7.4 Energia das ondas ............................................................................................................................. 73

    7.5 Energia trmica ocenica ................................................................................................................. 75

    7.6 Energia osmtica .............................................................................................................................. 76

    7.7 Custos ............................................................................................................................................... 77

    7.8 Impactos e riscos .............................................................................................................................. 78

    7.9 Pesquisa e tendncia futura .............................................................................................................. 78

    7.10 Consideraes finais ...................................................................................................................... 79

    7.11. Referncias .................................................................................................................................... 79

    8 ENERGIA ELICA .......................................................................................................................... 82

    8.1 Situao no Brasil ............................................................................................................................ 84

    8.2 Produo de energia ......................................................................................................................... 85

    8.3 Custos ............................................................................................................................................... 88

    8.4 Impactos ambientais e sociais .......................................................................................................... 89

    8.5 Legislao e incentivos governamentais .......................................................................................... 90

    8.6 Perspectivas e tendncia futura ........................................................................................................ 91

    8.7 Consideraes finais ........................................................................................................................ 95

  • 8.8 Referncias ....................................................................................................................................... 95

    9 ENERGIA SOLAR ............................................................................................................................ 97

    9.1 Situao no Brasil ............................................................................................................................ 98

    9.1.1 Energia solar trmica: aquecimento solar e concentrao ............................................................. 99

    9.1.2 Energia Solar Fotovoltaica .......................................................................................................... 100

    9.2 Aquecimento solar ......................................................................................................................... 101

    9.3 Produo de energia ....................................................................................................................... 102

    9.3.1 Solar termeltrica ........................................................................................................................ 102

    9.3.2 Solar fotovoltica ........................................................................................................................ 109

    9.4 Custos ............................................................................................................................................. 117

    9.4.1 Coletores solares residenciais ..................................................................................................... 117

    9.4.2 Solar Termeltrica ....................................................................................................................... 117

    9.4.3 Solar Fotovoltica ....................................................................................................................... 119

    9.5 Impactos ambientais ....................................................................................................................... 123

    9.6 Pesquisa e tendncia futura ............................................................................................................ 125

    9.7 Consideraes finais ...................................................................................................................... 136

    9.8 Referncias ..................................................................................................................................... 137

    10 ENERGIA DA BIOMASSA ....................................................................................................... 138

    10.1 Etanol ........................................................................................................................................... 138

    10.2 Biodiesel ...................................................................................................................................... 140

    10.3 Biobutanol .................................................................................................................................... 143

    10.4 Mercado ....................................................................................................................................... 144

    10.4.1 Etanol ........................................................................................................................................ 144

    10.4.2 Biodiesel ................................................................................................................................... 147

    10.4.3 Biobutanol ................................................................................................................................. 148

    10.5 Aspectos tcnicos relacionados produo de energticos ............................................................ 149

    10.5.1. Etanol ....................................................................................................................................... 149

    10.5.2. Biodiesel .................................................................................................................................. 151

    10.5.3 Biobutanol ................................................................................................................................. 152

    10.6 Impactos ambientais e riscos ........................................................................................................ 152

    10.7 Pesquisa e perspectiva futura ....................................................................................................... 153

    10.8 Consideraes finais .................................................................................................................... 153

    10.9 Referncias ................................................................................................................................... 154

    PARTE 2 TECNOLOGIAS EMERGENTES E CONCEITUAIS PARA O SETOR ELTRICO ....... 159

    11 DIGESTO ANAERBIA ........................................................................................................ 160

    11.1. Situao no Brasil ....................................................................................................................... 160

    11.2 Consideraes tcnicas sobre a biodigesto ................................................................................. 161

    11.3 Custos ........................................................................................................................................... 164

  • 11.4 Impactos ambientais e riscos ........................................................................................................ 165

    11.5 Pesquisa e perspectiva futura ....................................................................................................... 165

    11.6 Referncias ................................................................................................................................... 165

    12 GASEIFICAO ........................................................................................................................ 167

    12.1 Situao no Brasil ........................................................................................................................ 168

    12.2 Mercado ....................................................................................................................................... 169

    12.3 Consideraes tcnicas sobre a produo de energia ................................................................... 169

    12.4 Produo de energia eltrica ........................................................................................................ 171

    12.5 Liquefao .................................................................................................................................... 174

    12.6 Custos ........................................................................................................................................... 174

    12.7 Impactos ambientais e riscos ........................................................................................................ 175

    12.8 Pesquisa e perspectiva futura ....................................................................................................... 176

    12.9 Referncias ................................................................................................................................... 176

    13 PIRLISE E QUEIMA DIRETA ............................................................................................... 179

    13.1 Situao no Brasil ........................................................................................................................ 180

    13.2 Mercado ....................................................................................................................................... 181

    13.3 Consideraes tcnicas sobre o processo de pirlise ................................................................... 182

    13.4 Pirlise rpida .............................................................................................................................. 182

    13.5 Impactos ambientais e riscos ........................................................................................................ 185

    13.6 Pesquisa e perspectivas futuras .................................................................................................... 185

    13.7 Referncias ................................................................................................................................... 186

    14 HIDROGNIO E SUAS TECNOLOGIAS ................................................................................ 188

    14.1 Mercado ....................................................................................................................................... 190

    14.2 Consideraes tcnicas sobre produo de energia usando hidrognio ....................................... 193

    14.3 Impactos e riscos .......................................................................................................................... 195

    14.4 Pesquisa e perspectiva futura ....................................................................................................... 196

    14.5 Consideraes finais .................................................................................................................... 196

    14.6 Referncias ................................................................................................................................... 196

    15 GERAO DISTRIBUDA ....................................................................................................... 198

    15.1 Tecnologias de Gerao Distribuda ............................................................................................ 199

    15.1.1 Pequenas centrais Hidreltricas (PCH) ..................................................................................... 200

    15.1.2 Microturbinas ............................................................................................................................ 200

    15.1.3 Motores Stirling ........................................................................................................................ 201

    15.2 Tecnologias de armazenamento de energia eltrica ..................................................................... 203

    15.2.1 Baterias qumicas ...................................................................................................................... 203

    15.2.2 Super capacitores ...................................................................................................................... 203

    15.2.3 Volantes de inrcia .................................................................................................................... 204

    15.3 Impactos da Gerao Distribuda no Sistema Eltrico ................................................................. 204

  • 15.4 Principais aplicaes e desafios para a GD .................................................................................. 205

    15.5 Situao mundial .......................................................................................................................... 206

    15.6 Situao no Brasil ........................................................................................................................ 207

    15.7 Potenciais de recursos para GD em Minas Gerais........................................................................ 208

    15.8 Cogerao e trigerao ................................................................................................................. 208

    15.9 Impactos Ambientais .................................................................................................................... 210

    15.10 Legislao e marcos regulatrios brasileiros 14

    .......................................................................... 210

    15.11 Principais custos ......................................................................................................................... 212

    15.12 Referncias ................................................................................................................................. 212

    16 SMART GRID ............................................................................................................................ 214

    16.1 Smart grid e a questo ambiental ................................................................................................. 215

    16.2 Integrao de Veculos Eltricos rede ....................................................................................... 216

    16.3 Smart grid no mundo .................................................................................................................... 216

    16.4 Referncias ................................................................................................................................... 218

    17 VECULO ELTRICO ............................................................................................................... 220

    17.1 Tipos de Veculos Eltricos ......................................................................................................... 220

    17.1.1 Veculos Eltricos a Bateria ...................................................................................................... 220

    17.1.2 Veculos Eltricos Hbridos ...................................................................................................... 221

    17.1.3 Veculos Eltricos com Clulas a Combustvel......................................................................... 222

    17.1.4 Veculos Eltricos Interligados Rede Eltrica ........................................................................ 222

    17.1.5 Veculos Eltricos Solares ......................................................................................................... 222

    17.1.6 Veculos eltricos que utilizam supercapacitores ou volantes de inrcia. ................................. 223

    17.2 Baterias ........................................................................................................................................ 223

    17.3 Principais tipos de Baterias .......................................................................................................... 224

    17.3.1 Baterias chumbo-cido .............................................................................................................. 224

    17.3.2 Baterias Nquel-Cdmio (NiCad): ............................................................................................. 225

    17.3.3 Baterias Nquel Metal Hidreto (NiMH): ................................................................................... 225

    17.3.4 Baterias Cloreto de Sdio Nquel (ZEBRA) .......................................................................... 226

    17.3.5 Baterias de Ltio: ....................................................................................................................... 227

    17.3.6 Baterias Ar-Metal: ..................................................................................................................... 227

    17.4 Custo de Baterias ......................................................................................................................... 228

    17.5 Impactos ambientais ..................................................................................................................... 228

    17.6 Principais montadoras e fabricantes de bateria ............................................................................ 229

    17.7 Panorama mundial para Veculos Eltricos .................................................................................. 229

    17.8 Veculos Eltricos no Brasil ......................................................................................................... 230

    17.9 Referncias ................................................................................................................................... 231

    PARTE 3 ASPECTOS ESTRATGICOS ASSOCIADOS COM AS ALTERNATIVAS

    ENERGTICAS ....................................................................................................................................... 233

    18 EFICINCIA ENERGTICA ..................................................................................................... 234

  • 18.1 Converso de energia e as Leis da Termodinmica ..................................................................... 235

    18.2 Eficincia na gerao e no uso final ............................................................................................. 237

    18.3 Cogerao .................................................................................................................................... 237

    18.4. Medidas de Eficincia Energtica (MEE) ................................................................................... 238

    18.4.1 Motores Eltricos ...................................................................................................................... 239

    18.4.2 Bombas e Ventiladores ............................................................................................................. 239

    18.4.3 Compressores de ar ................................................................................................................... 241

    18.4.4 Sistemas de refrigerao ........................................................................................................... 243

    18.4.5 Calor de processo ...................................................................................................................... 244

    18.4.6 Aquecimento Direto .................................................................................................................. 244

    18.4.7 Iluminao ................................................................................................................................. 245

    18.5 Auditoria ou Gerenciamento Energtico ...................................................................................... 245

    18.6 Principais Barreiras e Dificuldades Eficincia Energtica ........................................................ 247

    18.7 Eficincia Energtica no Mundo .................................................................................................. 247

    18.8 Eficincia Energtica no Brasil .................................................................................................... 248

    18.9 Referncias ................................................................................................................................... 250

    19 GASES DE EFEITO ESTUFA ................................................................................................... 251

    19.1 Alternativas energticas e suas emisses de CO2 ......................................................................... 252

    19.2. As empresas participantes do Dow Jones e suas emisses .......................................................... 253

    19.3 O planejamento de energia do Brasil ........................................................................................... 257

    19.4. Consideraes finais ................................................................................................................... 258

    19.5 Referncias ................................................................................................................................... 258

    20 LEGISLAO E ASPECTOS REGULATRIOS EM ALTERNATIVAS ENERGTICAS .. 260

    20.1 Legislao brasileira .................................................................................................................... 263

    20.2 Biocombustveis ........................................................................................................................... 264

    20.3 Legislao na Amrica Latina ...................................................................................................... 266

    20.3.1 Argentina ................................................................................................................................... 266

    20.3.2 Porto Rico ................................................................................................................................. 267

    20.3.3 Chile .......................................................................................................................................... 267

    20.3.4 Colmbia ................................................................................................................................... 267

    20.3.5 Costa Rica ................................................................................................................................. 268

    20.3.6 Equador ..................................................................................................................................... 268

    20.3.7 Mxico ...................................................................................................................................... 268

    20.3.8 Nicargua .................................................................................................................................. 269

    20.3.9 Panam ...................................................................................................................................... 269

    20.3.10 Repblica Dominicana ............................................................................................................ 269

    20.3.11 Uruguai ................................................................................................................................... 269

    20.3.12 Venezuela ................................................................................................................................ 270

  • 20.4. Legislao em outras partes do mundo ....................................................................................... 270

    20.4.1 EUA .......................................................................................................................................... 270

    20.4.2 Inglaterra ................................................................................................................................... 270

    20.4.3 Alemanha .................................................................................................................................. 271

    20.4.4 Frana ........................................................................................................................................ 272

    20.4.5. Espanha .................................................................................................................................... 274

    20.4.6 Austrlia: ................................................................................................................................... 276

    20.4.7 China ......................................................................................................................................... 276

    20.4.8. ndia ......................................................................................................................................... 277

    20.4.9. Japo ........................................................................................................................................ 277

    20.4.10 Rssia ...................................................................................................................................... 278

    20.5 Referncias ................................................................................................................................... 278

    21 MATRIZ E PLANEJAMENTO ENERGTICO DOS PASES DA AMRICA LATINA ....... 281

    21.1 Matriz e Planejamento Energtico na Amrica Latina ................................................................. 281

    21.1.1 Argentina ................................................................................................................................... 282

    21.1.2 Bolvia ....................................................................................................................................... 283

    21.1.3 Brasil ......................................................................................................................................... 285

    21.1.4. Chile ......................................................................................................................................... 291

    21.1.5 Colmbia ................................................................................................................................... 292

    21.1.6 Costa Rica ................................................................................................................................. 294

    21.1.7 Cuba .......................................................................................................................................... 297

    21.1.8 El Salvador ................................................................................................................................ 299

    21.1.9 Equador ..................................................................................................................................... 300

    21.1.10 Guatemala ............................................................................................................................... 302

    21.1.11 Haiti ......................................................................................................................................... 304

    21.1.12. Honduras ................................................................................................................................ 304

    21.1.13. Mxico ................................................................................................................................... 305

    21.1.14 Nicargua ................................................................................................................................ 306

    21.1.15 Panam .................................................................................................................................... 309

    21.1.16 Paraguai ................................................................................................................................... 310

    21.1.17 Peru ......................................................................................................................................... 311

    21.1.18 Repblica Dominicana ............................................................................................................ 312

    21.1.19 Uruguai ................................................................................................................................... 314

    21.1.20. Venezuela ............................................................................................................................... 316

    21.2 Consideraes finais .................................................................................................................... 316

    21.3 Referncias ................................................................................................................................... 317

    22 GRANDES EMPRESAS DO SETOR ENERGTICO NACIONAL E MUNDIAL ................. 319

    22.1 Empresas energticas nacionais ................................................................................................... 319

  • 22.1.1 PETROBRS............................................................................................................................ 319

    22.1.1.1 Fontes Alternativas de Energia .............................................................................................. 319

    22.1.1.2 Estratgia Corporativa/Plano de negcios 2010-2014 em Alternativas Energticas .............. 322

    22.1.2 CPFL ......................................................................................................................................... 324

    22.1.3 COPEL ...................................................................................................................................... 325

    22.1.4 Eletrobrs .................................................................................................................................. 326

    22.1.5 COELBA e CELPE (grupo Neoenergia)................................................................................... 328

    22.1.6 EDP Brasil ................................................................................................................................ 328

    22.1.7 Tractebel ................................................................................................................................... 329

    22.2 GRANDES EMPRESAS INTERNACIONAIS ........................................................................... 330

    22.2.1 AGL Company .......................................................................................................................... 330

    22.2.2 Centrica PLC ............................................................................................................................. 330

    22.2.3 E.ON AG ................................................................................................................................... 330

    22.2.4 EDP ........................................................................................................................................... 331

    22.2.5 Enagas S.A. ............................................................................................................................... 331

    22.2.6 Endesa S.A. ............................................................................................................................... 331

    22.2.7 Enel ........................................................................................................................................... 332

    22.2.8 Entergy Corp. ............................................................................................................................ 333

    22.2.9 Fortum Oyj ................................................................................................................................ 333

    22.2.10 Gas Natural SDG S.A. ............................................................................................................ 333

    22.2.11 Iberdrola .................................................................................................................................. 334

    22.2.12 PG&E Corp. ............................................................................................................................ 335

    22.2.13 Red Electrica Corp. S.A. ......................................................................................................... 335

    22.2.14 RWE AG ................................................................................................................................. 336

    22.2.15 Snam Rete Gas Spa ................................................................................................................. 337

    22.2.16 TERNA Spa ............................................................................................................................ 338

    22.2.17 Veolia Environnement S.A. .................................................................................................... 338

    22.3 Anlise das principais concorrentes ............................................................................................. 338

    22.4 Referncias ................................................................................................................................... 343

    23 PESQUISA E DESENVOLVIMENTO EM ALTERNATIVAS ENERGTICAS .................... 346

    23.1 Comparativo: Cemig e demais empresas de energia eltrica ....................................................... 346

    23.2 Outras estatsticas nacionais ......................................................................................................... 349

    23.3 Estatsticas internacionais ............................................................................................................ 351

    23.4. Consideraes Finais ................................................................................................................... 357

    23.5 Referncias ................................................................................................................................... 357

  • 13

    SUMRIO EXECUTIVO

    Cludio Homero Ferreira da Silva, DSc.

    Engenheiro de Tecnologia e Normalizao

    O insumo que possibilitou todo o desenvolvimento da sociedade ao estgio em que ela

    se encontra hoje a energia. No entanto, esta relao de dependncia, sociedade-

    energia, traz grandes preocupaes quanto ao futuro da humanidade. O modelo de

    desenvolvimento atual implica, necessariamente, em aumentar o consumo de energia.

    Existe ainda uma parcela significativa da populao vida por se desenvolver. Neste

    contexto, o esgotamento das fontes de energia tradicionais, os impactos ambientais

    decorrentes do uso das fontes fsseis e o crescimento vegetativo da populao colocam

    em xeque a segurana energtica das naes, podendo criar ou acirrar conflitos

    geopolticos. Algumas opes se apresentam como possveis solues paliativas para o

    futuro da energia, sem passar por uma mudana no modelo de desenvolvimento, por

    exemplo:

    1. Maior uso de fontes renovveis; 2. Aplicao de eficincia energtica nos processos; 3. Desenvolvimento tecnolgico, principalmente baseado em tecnologias de

    ruptura;

    4. Energia nuclear; 5. Captura, sequestro ou estocagem de carbono

    As grandes questes que ficam so: quando e como.

    Todas as empresas de energia, de uma forma mais ou menos estruturada, acompanham

    o desenrolar dos temas associados com a energia, a fim de se posicionar, neste que se

    mostra um mercado bastante competitivo. Na Cemig, foi criada, em 2007, a Gerncia de

    Alternativas Energticas (TE/AE), dentro da Superintendncia de Tecnologia e

    Alternativas Energticas (TE) para tratar e direcionar o assunto na empresa. Cabe

    ressaltar que, desde 1980, a Cemig j possua iniciativas nessa linha.

    O trabalho da TE/AE est baseado nas seguintes aes:

    Desenvolver projetos de pesquisa e desenvolvimento no mbito do Programa de Pesquisa e Desenvolvimento Tecnolgico (P&D) Cemig/Aneel, de cunho

    estratgico ou associado com energias renovveis;

    Elaborar o balano energtico do Estado de Minas Gerais, um importante instrumento para se pensar o futuro da energia, pois traz um retrato de como a

    produo e consumo energtico no estado;

    Definir polticas e diretrizes para o grupo Cemig relacionadas com alternativas energticas;

    Elaborar cenrios prospectivos em energia. Neste caso, no se trata apenas de um planejamento, mas de criar uma imagem desejvel de um futuro, onde haja

    um grande ganho ambiental, social ou econmico da sociedade, traando aes

    de direcionamento poltico, tecnolgico para que esse futuro se concretize.

    importante observar que o trabalho da gerncia vai alm das energias renovveis.

    Neste caso, devem ser investigadas as fontes, as transformaes e os usos nos processos

    energticos. Esse trabalho bastante complexo e com facetas multidisciplinares. No

    desenvolvimento de suas atribuies, percebeu-se a necessidade de se criar uma base

    terica e conceitual sobre o tema.

  • 14

    Dessa forma, a origem deste trabalho foi a realizao de estudos temticos e dirigidos.

    Houve a oportunidade de envolver a equipe em reunies com discusso sobre as

    informaes levantadas e estruturadas pelos estagirios, sendo a equipe composta por:

    engenheiros (civil, energia, eletricista, qumico) e qumicos, tendo como produto 16

    cadernos temticos nos mais variados assuntos relacionados com as alternativas

    energticas.

    De fato, o desenvolvimento deste trabalho buscou ser informativo e sinttico. No h a

    criao de nada de novo, mas a reunio de informaes especficas disponveis sobre o

    assunto. Considerando-se a grande disponibilidade de informao, principalmente

    disponibilizado pela Internet, foi elaborado um roteiro de questes comuns que

    deveriam ser abordadas, pesquisadas, processadas e consolidadas, se possvel por vrias

    fontes. A inteno foi a de criar um texto a ser divulgado internamente na Cemig a fim

    de orientar sobre as alternativas energticas, divulgar os conceitos em treinamentos e

    seminrios e instigar a liderana da Empresa a refletir sobre o tema. As questes a

    seguir, aplicadas a cada tema, foram os balizadores para este trabalho:

    Descritivo bsico; Histrico, situao atual e estado da arte; Tendncias para o futuro; Principais aplicaes; Principais dificuldades; Situao no Mundo, nas Amricas, no Brasil e em Minas Gerais; Principais instalaes; Quais os riscos de acidentes? Como a engenharia evita ou minimiza tais riscos? Quais os principais registros?

    Principais empresas/pases e segmentos de atuao; Principais custos; Custo da energia gerada; Fator de capacidade tpico Opera na base ou modulando? Quais os principais impactos ambientais (positivos e negativos)? Existe perspectiva de ruptura tecnolgica? Qual o gargalo? Quais as direes de pesquisa? Quem est pesquisando e o que est pesquisando para desenvolver a

    tecnologia?

    Qual a participao na matriz energtica mundial? Quais as previses para o futuro desta tecnologia nas matrizes energticas?

    Existe potencial para cogerao e trigerao? So feitas em algum lugar? Como escolhido o local? Como feito o dimensionamento do sistema?

    Este trabalho no um fim em si prprio. Trata-se de uma primeira iniciativa, visando

    colocar em discusso os mais variados temas associados com a energia e com o futuro,

    pois somente dessa forma possvel sensibilizar para o novo, para se discutirem e se

    criarem novos conhecimentos, projetos e aes para um futuro energtico sustentvel.

    Assim, cumpriremos o nosso papel, como gerncia e estaremos contribuindo para que a

    Cemig atinja a sua Misso/Viso.

    Palavras-Chave: Alternativas Energticas, Energia, Pesquisa e Desenvolvimento,

    Tecnologia.

  • 15

  • 16

    1 ALTERNATIVAS ENERGTICAS

    Alternativas energticas so todas as fontes energticas primrias, tecnologias de

    transformao e converso, objetivando a produo e uso final de eletricidade, calor ou

    movimento, alm das tecnologias associadas ao armazenamento, automao e controle e

    eficincia energtica. Este conceito se difere de energia alternativa. Por energia

    alternativa, fica subentendida uma opo, um uso que substitui outra fonte. De maneira

    geral, a energia alternativa se apresenta mais adequada a um conceito particular, viso

    de um consumidor. Quando se pensa em planejamentos nacionais e/ou empresariais o

    conceito mais adequado o de alternativas energticas, pois, nesse contexto, todas as

    opes so aplicveis, visando explorar o melhor potencial de cada uma.

    O contexto das alternativas energticas, sob o ponto de vista da TE/AE pode ser

    sintetizado na Figura 1.1. O que pode ser visto que no so apenas as fontes

    alternativas que tero um importante papel no futuro, mas tambm os processos

    alternativos em transformao, usos finais e o encadeamento de conceitos e tecnologias.

    Perceba que fontes e tecnologias alternativas, em geral, so aplicveis em uma menor

    escala. Tal escala aderente s propostas da chamada gerao distribuda, realizada

    prxima ao local de consumo. A gerao distribuda um caminho para as redes

    inteligentes, que, por sua vez, tm, como um dos pilares, o veculo eltrico. Um

    importante pilar para a eficincia energtica trata-se da modificao do processo de mobilidade, pelo uso de uma tecnologia que, em seu balano global, demonstra um

    maior aproveitamento energtico, como o caso dos veculos eltricos. Note que a

    eficincia energtica maior que este conceito. possvel tambm aplic-la em fontes e

    processos tradicionais. Tudo isso leva busca e realizao de uma matriz energtica

    futura possvel e sustentvel. Em suma: tudo isto fontes, processos, transformaes e usos constituem as Alternativas Energticas.

    Figura 1.1: Alternativas energticas Viso Cemig.

    SMART GRID

    VECULOS ELTRICOS

    EFICINCIA ENERGTICAUSO

    SUSTENT. DE NO-

    RENOVVEIS

    MATRIZ ENERGTICA PRESENTE E

    FUTURA

    FONTES E TECNOLOGIAS ALTERNATIVAS

    GERAO DISTRIBUDA

    ALTERNATIVAS ENERGTICAS

  • 17

    O encaminhamento futuro da energia depende de inmeros fatores, o que torna a

    questo energtica bastante ampla e complexa. A soluo no se trata de uma nica

    ao, mas de um conjunto de aes por parte de governos, academias, empresas e

    sociedade em geral. Todas as fontes de energia tero o seu papel, onde for mais

    adequado. E no se pode prescindir de nenhuma forma ou fonte. Por outro lado, as

    pessoas necessitaro participar, ativamente, da construo da sociedade e dos sistemas

    energticos do futuro, deixando a passividade de apenas consumidores.

    A tecnologia ter um papel preponderante na construo de novos sistemas,

    modelos e aproveitamentos. Os reflexos e resultados do desenvolvimentos de redes

    inteligentes, reatores nucleares de quarta gerao, captura e sequestro de carbono,

    veculos eltricos, certamente iro modificar o modo de vida da sociedade. Na Figura

    1.2, apresentada uma viso de um cenrio para o Smart Grid, que se mostra como uma

    grande expectativa de novidade para o setor eltrico.

    Figura 1.2: Smart grid um cenrio adaptado dentro da Superintendncia de Tecnologia da Cemig, baseado em relatos e experincias tcnicas e na direo indicada pela literatura cientfica sobre o assunto.

    Os estudos dirigidos, executados em cada captulo, possibilitaram a formao de

    uma base conceitual e as informaes necessrias para mapear as rotas tecnolgicas de

    transformao da energia. A Figura 1.3 representa o mapeamento, apresentando uma

    viso presente e de futuro esperado para as tecnologias e sistemas energticos. Na

    Figura 1.4 indicado o mapeamento das tecnologias disponveis no presente, indicando

    ainda, a presena dos projetos de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) no mbito do

    Programa Cemig/Aneel.

    O Brasil possui potencial para se tornar, no futuro, uma grande potncia

    energtica e mundial e deve aproveitar esta oportunidade para crescer no s econmica

    e tecnologicamente, como tambm socialmente, agregando qualidade de vida e conforto

    para a sua populao, decorrentes do uso e explorao dos energticos, pois a finalidade

    dos recursos naturais, de fato, servir sociedade.

  • 18

    Figura 1.3: Mapeamento de tecnologias em energia: presente e futuro.

  • 19

    Figura 1.4: Mapeamento de tecnologias em energia, um cenrio com os Projetos de P&D da Cemig.

  • 20

    2 PETRLEO

    O petrleo um lquido oleoso composto de vrios hidrocarbonetos, de cor

    varivel entre o preto e o mbar, capaz de gerar, por seu refino, uma srie de compostos

    de interesse para a humanidade. Pode ser encontrado em vrias profundidades, em

    muitos pases do mundo, possuindo, temperatura ambiente, componentes slidos (ex.:

    asfalto), lquidos (ex.: leo cru) e gasosos (ex.: gs natural). uma fonte energtica

    importante e fornece matria-prima para muitas cadeias produtivas, por exemplo para a

    indstria polimrica.

    Este energtico conhecido pelo homem desde a Antiguidade. Afloramentos

    naturais permitiram que o betume fosse recolhido e utilizado em aquecimento,

    iluminao, calafetao de construes, entre outros usos.1

    Em 1271, o Azerbaijo j

    produzia petrleo em escala comercial, como observado por Marco Polo em suas

    viagens2, mas a indstria petrolfera surgiria bem mais tarde, em meados do sculo XIX,

    com a descoberta de um poo produtor de petrleo na Pensilvnia, em 1859.3

    Aps essa

    descoberta, os Estados Unidos foram os lderes mundiais de comrcio de petrleo por

    muito tempo, at as descobertas das grandes reservas do Oriente Mdio. A expanso do

    uso do diesel e da gasolina como combustveis tornou a supremacia no controle da

    produo e comercializao de petrleo uma questo estratgica importantssima.

    Em 1960, foi criado um dos cartis mais influentes da economia global, a OPEP

    (Organizao dos Pases Exportadores de Petrleo), destinada a defender os interesses

    desses pases no mercado mundial. Em 1973, a OPEP declararia um embargo ao

    ocidente por seu apoio a Israel, o que levou o mundo a uma crise econmica de grandes

    propores4. Atualmente, a OPEP formada pelos maiores exportadores de petrleo do

    mundo, fora os Estados Unidos: Arglia, Angola, Equador, Ir, Iraque, Kuwait, Lbia,

    Nigria, Catar, Arbia Saudita, Emirados rabes Unidos e Venezuela.

    As maiores reservas de petrleo conhecidas esto nos pases do Oriente Mdio

    que, sozinhos, possuem mais petrleo do que todo o resto do mundo. Desses, a Arbia

    Saudita que tem a maior reserva com o equivalente a 21% de todo o petrleo do

    mundo. Fora o Oriente Mdio, h grandes reservas na Amrica do Norte, na antiga

    Unio Sovitica, em alguns pases da frica, na China, na Venezuela e no Brasil. A

    Figura 2.1 indica a distribuio de reservas de petrleo no mundo.

    Figura 2.1: Distribuio das reservas mundiais de petrleo por regio.

    5

  • 21

    Em uma rpida anlise da Tabela 2.1, nota-se que atualmente a sia o maior

    consumidor de petrleo, graas ao rpido desenvolvimento da China e do Japo. Abaixo

    deles, tem-se o grupo dos pases desenvolvidos, na Amrica do Norte e Europa.

    notvel que o consumo da frica inteira seja da mesma ordem de grandeza do consumo

    do Brasil, apenas.

    Tabela 2.1: Consumo de petrleo por regio do mundo em 2008.

    6

    Consumo de Petrleo 2008 (milhes de barris por dia)

    Percentual de 2008

    Amrica do Norte 23753 27.4%

    Amrica do Sul e Central 5901 6.9%

    Europa e Eursia 20158 24.3%

    Oriente Mdio 6423 7.8%

    frica 2881 3.4%

    sia Pacfica 25339 30.1%

    Total do mundo 84455 100.0%

    Brasil 2397 2.7%

    O xisto betuminoso, tambm conhecido como folhelho ou xisto argiloso, uma

    fonte de combustvel. Quando submetido a altas temperaturas, produz um leo de

    composio semelhante do petrleo do qual se extraem nafta, leo combustvel, gs

    liquefeito, leo diesel e gasolina. Estados Unidos e Brasil so os pases com as maiores

    reservas mundiais de xisto. A Petrobrs desenvolveu um processo para produo de

    leo de Xisto em larga escala7.

    2.1 Situao no Brasil

    Embora j houvesse concesses de explorao de betume no sculo XIX, houve

    uma poca em que parecia impensvel a possibilidade de haver petrleo no Brasil,

    especialmente depois do malogro da primeira escavao profunda no pas, realizada em

    Bofete/SP8.

    Um dos grandes defensores da explorao de petrleo no Brasil foi o escritor

    Monteiro Lobato. Um engenheiro agrnomo chamado Manoel Incio Bastos suspeitou

    de sua existncia na Bahia, onde uma lama preta era usada como combustvel de lampio, e descobriu que a regio era rica em petrleo, mas no conseguiu convencer

    ningum influente sobre suas descobertas. Apesar de no haver nenhuma descoberta

    oficial de petrleo at a data, em 1938, toda a atividade petrolfera foi nacionalizada por

    lei e criou-se o CNP Conselho Nacional do Petrleo. Em 1941, foi descoberto, no Recncavo Baiano, o primeiro poo de petrleo de explorao comercialmente vivel.

    A sociedade fez presso pela soberania brasileira na explorao da riqueza recm-

    descoberta, usando o bordo de Monteiro Lobato: O petrleo nosso!. Em 1953, o presidente Vargas assinou uma lei regulamentando a situao do

    petrleo no Brasil e, no mesmo ato, foi fundada a Petrleo Brasileiro S.A., estatal que

    detinha o monoplio da explorao do novo recurso. Apenas em 1963, ela deteria o

    monoplio integral da cadeia produtiva do petrleo, tornando-se a nica empresa a

    import-lo e export-lo.

    A explorao prosseguiu apenas no Recncavo Baiano at 1967, com a

    descoberta dos campos de Guaricema, em Sergipe. Em 1974, foi descoberto o petrleo

    da bacia de Campos, a maior reserva do pas. Em 1997, o monoplio da Petrobrs na

    explorao do leo foi extinto pela Lei No. 9.478, conhecida como Lei do Petrleo.

  • 22

    Criou-se a ANP - Agncia Nacional do Petrleo, que passou a ser o rgo responsvel

    por ceder as concesses de explorao s empresas interessadas. Quarenta e cinco

    empresas alm da Petrobrs conseguiram concesses para explorar o petrleo brasileiro

    nos ltimos dez anos9.

    Em 2003, a descoberta de mais bacias levou a uma produo capaz de cobrir

    cerca de 90% da demanda brasileira pelo petrleo. Em 2006, a autossuficincia nesse

    recurso foi alcanada pela primeira vez. Em 2007 foram descobertas as enormes

    reservas do pr-sal10

    . Em 2008, de acordo com o anurio da BP (British Petroleum), o

    Brasil possua 12,6 bilhes de barris de petrleo em reservas provadas. a segunda

    maior reserva da Amrica Latina, perdendo apenas para a Venezuela, com 99,4 bilhes

    de barris. o 16 pas em reserva de petrleo do mundo, depois da descoberta do pr-

    sal. 3

    Como a maioria de suas reservas est no fundo do mar, o Brasil um dos nicos

    pases a dominar a tecnologia de explorao de petrleo em guas profundas e

    ultraprofundas, tecnologia que desenvolve desde a dcada de 1960. interessante

    observar que, em certos casos, a tecnologia necessria ainda inexistente ou

    indisponvel em escala industrial. A Figura 2.2 apresenta as provncias produtoras de

    petrleo no pas.

    Figura 2.2: Bacias sedimentares brasileiras, com destaque para as provncias produtoras de petrleo.

    11

    2.2 Mercado

    O petrleo possui uma cadeia produtiva que abrange basicamente trs setores: o

    de explorao e produo, que descobre as jazidas e retira delas o leo cru; o de refino,

    que fraciona esse leo em substncias de valor econmico; e o de distribuio (vendas e

    marketing). Os derivados do petrleo comercializados so empregados tanto em

    comrcio de energia, na forma de combustveis como GLP, gasolina, diesel, querosene e

    outros tipos de leo combustvel ou como matrias-primas para diversos materiais

    polimricos.

  • 23

    O preo do barril bastante dependente de questes geopolticas e conflitos nas maiores

    reas produtoras, tendo atingido preo recorde em 11 de julho de 200812

    , de US$

    147,27, conforme se observa na Figura 2.3, tendo como causa a alta que j vinha

    acontecendo nos ltimos anos e questes geopolticas entre os pases do ocidente e o

    mundo rabe13

    . Na Figura 2.4 encontram-se os valores estimados para o barril do

    petrleo, dependendo de sua origem e da tecnologia a ser utilizada. Na Figura 2.5

    podem ser observados os principais fluxos energticos associados ao petrleo.

    Figura 2.3: Srie histrica do preo do petrleo desde 1987.12

    Figura 2.4: Preo do petrleo por fonte ($ por barril).

    14

    Figura 2.5: Principais movimentaes financeiras de petrleo em 2008, em milhes de toneladas.

    6

  • 24

    Pela Tabela 2.2, possvel observar o foco de exportaes e de importao em pases

    subdesenvolvidos.

    Tabela 2.2: Importaes e exportaes de petrleo em 2008.

    6

    Porcentagem do total

    Importaes (em milhares de barris por dia)

    EUA 12872 23,6%

    Europa 13751 25,2%

    Japo 4925 9,0%

    Resto do Mundo* 23078 42,2%

    Total do Mundo 54626 100,0%

    Exportaes (em milhares de barris por dia)

    EUA 1967 3,6%

    Canad 2498 4,6%

    Mxico 1609 2,9%

    Amrica do Sul e

    Amrica Central 3616 6,6%

    Europa 2023 3,7%

    Antiga Unio Sovitica 8184 15,0%

    Oriente Mdio 20128 36,8%

    frica do Norte 3260 6,0%

    frica Ocidental 4587 8,4%

    sia Pacfica 5392 9,9%

    Resto do Mundo* 1363 2,5%

    Total do Mundo 54626 100,0%

    *Inclui comrcio no identificado. Exclui o Japo

    Alm das empresas dos pases da OPEP (Organizao dos Pases Exportadores

    de Petrleo), as maiores do setor do petrleo, a liderana na rea exercida pelas

    chamadas Big Five ou Big Oil: Chevron, Exxon/Mobil, Royal Dutch Shell, BP e

    Conoco-Phillips. No Brasil, a lder a Petrleo Brasileiro S.A. (Petrobrs), uma das

    maiores empresas do mundo. O trao em comum entre as empresas citadas, excetuando-

    se as da OPEP, que todas investem em alternativas energticas e energias renovveis,

    prevendo, talvez, as dificuldades que tero no futuro, com o esgotamento das reservas

    que exploram, e com a dominncia cada vez maior do Oriente Mdio no mercado de

    petrleo.

    2.3 Produo de energia

    Como fonte energtica, o petrleo importante, principalmente, por fornecer

    gasolina, diesel e querosene. A produo de energia por meio do petrleo feita

    principalmente por motores.

    O Motor um dispositivo que converte um determinado tipo de energia em

    movimento mecnico. Nos ltimos cem anos, ainda que o princpio de funcionamento

    tenha se mantido o mesmo, a tecnologia dos motores desenvolveu-se de forma

    impressionante, principalmente em relao aos materiais e uso de gerenciamento

    eletrnico. Existem vrios tipos de motores, cada um deles adequado a um tipo de

  • 25

    combustvel, podendo ser: a vapor, de combusto interna, combusto externa, eltrico, a

    ar comprimido e hbrido. Cada tipo possui diferentes modelos e configuraes.

    Existem dois tipos de motores de combusto interna: motores de quatro tempos e

    motores de dois tempos.

    Um motor de quatro tempos com funcionamento baseado no Ciclo Otto possui a

    a sequncia descrita a seguir. Na primeira etapa, o pisto baixa, e uma mistura de ar e

    combustvel preenche a cmara de combusto. No segundo tempo, o pisto comprime a

    mistura, e uma fasca gerada, o que causa uma exploso. Essa exploso abaixa o

    pisto, na terceira etapa, e assim produz energia til. Na quarta etapa, o pisto sobe e

    expulsa o gs gerado na exploso.15

    Esse funcionamento pode ser visto na Figura 2.6.

    Figura 2.6: Funcionamento de um motor de quatro tempos.

    16

    O motor de quatro tempos tambm pode operar no ciclo Diesel. A diferena

    entre os dois que, na primeira etapa, apenas ar aspirado. O combustvel injetado no

    momento em que o ar atinge sua maior compresso e encontra-se aquecido. Isso causa a

    exploso. O motor de ciclo Diesel mais eficiente que o motor de ciclo Otto, mas

    mais pesado. Geralmente usado para veculos de baixa velocidade e aplicaes

    estacionrias.

    J no motor de dois tempos, as etapas no so to bem demarcadas. No primeiro

    tempo, a mistura ar e combustvel entra na cmara de combusto enquanto os gases

    resultantes da exploso anterior ainda esto sendo expelidos. No segundo tempo, a

    mistura comprimida ao mesmo tempo em que mais mistura admitida no motor. Isso

    leva a uma maior potncia, j que a energia gerada duas vezes mais rpido que no

    motor de quatro tempos, mas a eficincia trmica do ciclo menor. A Figura 2.7

    apresenta uma ilustrao do funcionamento desse motor.

    Figura 2.7: Funcionamento do motor a combusto interna de dois tempos.

    16

    2.3.1 Produo de energia eltrica

    O petrleo se inclui na produo de energia eltrica por seu uso nas usinas

    termeltricas, embora haja uma tendncia de substituio do petrleo por gs natural. A

    energia da queima do combustvel, na forma de energia trmica, realiza o trabalho de

  • 26

    expanso em uma turbina Esta, por sua vez, converte a energia trmica em energia

    mecnica no eixo que, por sua vez, tem convertida esta energia em eletricidade em um

    gerador. A mquina motriz, neste caso, pode ser uma turbina a vapor ou uma turbina a

    gs.

    Com o uso de turbina a vapor, o combustvel queimado para aquecer gua e

    produzir vapor, que gira o rotor da turbina, que fica acoplado ao gerador. Esse rotor

    pode funcionar por impulso ou por reao, sendo que turbinas a vapor podem usar uma

    combinao de ambos. Outra forma de produzir energia por meio das turbinas a gs.

    Elas utilizam diretamente os gases provenientes da combusto para mover o rotor.

    Geralmente so utilizados: propano, querosene, gs natural ou combustvel de avio,

    enquanto as turbinas a vapor funcionam com qualquer combustvel derivado do

    petrleo.17

    possvel tambm operar instalaes que possuem os dois tipos de turbina

    em uma configurao complementar, chamada de ciclo combinado, cujo maior efeito

    elevar significativamente a eficincia do processo.

    2.3.2 Custos

    Periodicamente, o Governo realiza leiles de energia nova, que licenciam os

    novos empreendimentos que iro complementar o abastecimento do pas nos prximos

    cinco anos. O critrio determinante para a aprovao do empreendimento o custo-

    benefcio. Os que tiverem o custo mais baixo sero os contratados. O ndice custo-

    benefcio (ICB) calculado segundo a metodologia da EPE (Empresa de Pesquisa

    Energtica), como apresenta a Eq. (2.1). A primeira parcela reflete o custo de

    implantao, enquanto a segunda, o custo de operao. Para comparar o custo mdio

    dos empreendimentos licitados por combustvel, foi construda a Tabela 2.3.

    (2.1)

    Onde: CEC Custo esperado da exposio no mercado de curto prazo, expresso em reais por ano; COP Custo esperado da operao do empreendimento (combustvel), expresso em reais por ano; GF - Garantia fsica do empreendimento, calculado pela EPE, expresso em megawatt mdio;

    Qc Quantidade de energia ofertada no leilo, expresso em megawatt mdio; RF Receita Fixa requerida pelo empreendedor para construo em manuteno do empreendimento, expresso em reais por ano;

    Tabela 2.3: Custo mdio de implantao e operao das usinas termeltricas que negociaram no 1 leilo

    de energia nova.18

    Combustvel

    Mdia

    RF/Qc [R$/MWh]

    Mdia

    (COP+CEC)/GF

    [R$/MWh]

    ICB

    [R$/MWh]

    Biomassa 104,31 18,12 0,01398

    Carvo Mineral 129,76 -2,78 0,01450

    Gs Natural 53,71 71,17 0,01426

    leo Combustvel 40,96 96,78 0,01572

    leo Diesel 36,3 102,31 0,01582

    Os empreendimentos com derivados de petrleo so os que tm menor custo de

    implantao, mas tm os mais altos custos de operao e manuteno. Esse um reflexo

    do preo da matria-prima e do fato de o Brasil importar a maior parte do leo diesel

  • 27

    que usa. Essa a grande justificativa para a restrio de uso do leo diesel em veculos.

    A partir de 2009, esse custo tende a aumentar, ainda mais, j que o Governo Federal

    passou a exigir a incorporao do custo ambiental anlise do ICB19

    Porm, h um fator

    que torna essas usinas interessantes, em comparao s de biomassa e as de gerao

    hidreltrica, o fato de no estarem subordinadas a ciclos de seca e de cheia.

    As usinas de carvo mineral tm o segundo menor custo-benefcio, mas as

    usinas tradicionais tm maiores impactos ambientais que as de derivados de petrleo.

    As melhores opes pareceriam ser as usinas de biomassa e de gs natural, mas a

    biomassa tambm escasseia no perodo de seca, e o gs natural em grande escala

    importado. luz desses fatores, as usinas de derivados de petrleo acabam

    apresentando vantagens, mesmo com o maior custo de operao.

    2.4 Impactos ambientais

    Como todo empreendimento de produo de energia, a construo de

    termeltricas tem como impactos positivos o aumento da disponibilidade de energia ao

    consumidor, com modicidade tarifria, gerao impostos e empregos. Os impactos

    negativos ao ambiente, no contexto atual, esto associados principalmente ao

    aquecimento global decorrente da emisso de gases de efeito estufa. No caso do

    petrleo, a IAEA (International Atomic Energy Agency) determinou que o fator de

    emisso de gases-estufa pelo petrleo em sua cadeia total de produo de 690-890 g

    CO2equiv/kWh(e)h-1

    . um valor s mais baixo que o do carvo, de 940-1340 g

    CO2equiv/kWh(e)h-1

    . Entre os derivados do petrleo, esses nveis de emisso podem

    variar de um combustvel para outro. Um exemplo disso pode ser visto na Tabela 2.4,

    que mostra a diferena entre as emisses do leo diesel e da gasolina.

    Tabela 2.4: Fatores de emisso para motores a gasolina e a diesel (lb/1000 gal de combustvel).

    20

    Poluentes Motores a gasolina Motores a diesel

    Particulados 11 110

    xidos de enxofre 9 40

    xidos de nitrognio 113 222

    Monxido de carbono 2910 60

    Hidrocarbonetos 524 180

    Aldedos 4 10

    cidos orgnicos 4 31

    Amnia 2 -----

    Benzopireno 0.3 g/1000 gal 0.4 g/1000 gal

    Os fatores que determinam a maior ou menor quantidade dessas emisses esto

    relacionadas s caractersticas do combustvel, a localizao e forma de extrao do

    petrleo, a eficincia de converso da energia da queima em energia eltrica, alm das

    emisses relacionadas ao suprimento de combustvel e construo/desativao da

    planta. A avaliao dos impactos dos diferentes empreendimentos pode ser realizada

    pela metodologia chamada Anlise de Ciclo de Vida (ACV), conforme definida a

    seguir:

    Anlise do ciclo de vida (ACV) ou "anlise ambiental do ciclo de vida"

    uma ferramenta que permite a quantificao das emisses ambientais ou a

    anlise do impacto ambiental de um produto, sistema, ou processo. Essa

    anlise feita sobre toda a "vida" do produto ou processo, desde o seu incio

    (por exemplo, desde a extrao das matrias-primas no caso de um produto)

    at o final da vida (quando o produto deixa de ter uso e descartado como

  • 28

    resduo), passando por todas as etapas intermedirias (manufatura, transporte,

    uso). Por essa razo, esta anlise tambm chamada de "anlise do bero

    cova".21

    2.5 Riscos

    Alm dos impactos ambientais que no podem ser evitados na produo de

    energia, expostos no item anterior, a explorao, o transporte e a utilizao do petrleo

    trazem riscos ambientais e ocupacionais. Os riscos sade encontram-se associados a

    manipulao e variam de um derivado do petrleo para outro, mas esto, de modo geral,

    ligados a danos pele e ao trato respiratrio. O uso de EPIs (Equipamento de Proteo Individual) ou a higienizao das mos e ventilao do local so o suficiente para

    mitigar muitos desses riscos.

    O risco ambiental mais srio relacionado ao petrleo o derramamento, tambm

    conhecido como mar negra, quando acontece no mar. Danos em navios, trens, caminhes ou tubulaes transportando petrleo e derivados podem levar a grandes

    desastres ambientais, com contaminao de solos e guas e morte de seres vivos, e

    srios riscos de incndio e exploso.

    Os trabalhos mais importantes para diminuir esses riscos esto em tornar os

    sistemas de transporte mais robustos. Naturalmente, sempre haver a chance que algum

    desastre acontea, ento, vrios mtodos de limpeza de derramamentos so pesquisados.

    Alguns mtodos usam a digesto do petrleo por micro-organismos. Outros buscam

    uma reao qumica que imobilize o leo, ou usam mtodos fsicos para evitar a

    formao do filme e facilitar a biodegradao dos resduos lanados na gua. A

    engenharia de segurana industrial possui um importante papel no desenvolvimento de

    sistemas intrinsecamente seguros e na regulao e normalizao sobre o assunto de

    maneira a previnir e mitigar acidentes.

    Um tipo diferente de risco de empreendimentos a base de petrleo o risco

    econmico. Mudanas sociopoltico-econmicas no mundo todo podem afetar

    drasticamente o preo do barril de petrleo, interferindo, de forma positiva ou negativa,

    na viabilidade do empreendimento. Como j mencionado, a crise de 1973, causada pelo

    embargo da OPEP ao ocidente, afetou todo o mundo e chamou a ateno, pela primeira

    vez, para o fato de que a maior parte das reservas petrolferas mundiais esto localizadas

    em pases instveis politicamente.

    2.6 Pesquisa e tendncia futura

    Dois fatores importantes fizeram com que uma demanda fosse criada por

    motores mais limpos e eficientes: um foi o debate, cada vez mais srio, a respeito do

    aquecimento global e da importncia das emisses de CO2 nesse processo; outro, as

    teorias que preveem o esgotamento prximo das reservas de petrleo conhecidas, como

    a teoria de Hubbert22

    .

    Essa teoria postula que, sendo o petrleo um recurso finito, dada uma

    determinada rea geogrfica, a produo seguir uma curva em forma de sino. O ano em

    que acontece a mxima produo foi batizado de pico do petrleo (peak oil). A partir da, a produo ir declinar rapidamente. Como se pode ver na Figura 2.8, M. King

    Hubbert previu que o pico do petrleo dos EUA continentais deveria ocorrer entre 1965

    e 1970, o que de fato foi observado. De acordo com ele, o pico mundial ocorreria cerca de meio sculo mais tarde.

  • 29

    Figura 2.8: Previso original de Hubbert, em 1956.

    22

    Apesar das crticas ao trabalho de Hubbert23

    , a simplicidade de seu modelo e a

    possibilidade de se fazer uma previso, ainda que aproximada, do pico de produo no

    s do petrleo, mas de outros recursos no renovveis, faz com que seu mtodo ainda

    seja utilizado em anlises prospectivas da explorao desses recursos.

    Nesse contexto de preocupao ambiental e com as reservas disponveis de

    petrleo, os programas de pesquisa e desenvolvimento (P&D) desta fonte energtica

    geralmente so voltados pesquisa e extrao, e ao aperfeioamento dos motores atuais.

    O desenvolvimento de novos motores bicombustveis, que reduzam o uso da gasolina

    ou do diesel, tambm visto com bons olhos, uma vez que o combustvel complementar

    ao petrleo geralmente renovvel.

    Outra tendncia a produo de combustveis mais limpos, como o diesel limpo, contendo um teor de enxofre dez vezes menor que o normal ou menor ainda.

    O fato que o petrleo e ainda continuar sendo um importante energtico

    para a humanidade, tendo o seu uso reduzido na medida em que outras fontes e formas

    de energia se apresentem competitivas sob os aspectos social, econmico e ambiental.

    Em eventos da rea de energia, percebe-se, nas apresentaes e discusses de

    especialistas em petrleo, que possvel que o petrleo seja substitudo antes de seu

    completo esgotamento. H que se considerar que existem ainda reservas a serem

    descobertas, reservas que, no passado, eram economicamente inviveis, mas que, pela

    situao atual, obtiveram as condies de viabilidade, assim como a aplicao de

    mtodos de extrao residual, utilizando, por exemplo, injeo de vapor e de dixido de

    carbono.

    2.7 Consideraes finais

    O petrleo e continuar sendo de grande importncia para a sociedade. Apesar

    dos impactos ambientais e do esforo para se reduzir o seu consumo, no possvel

    concluir que haver tal reduo nos prximos anos.

    possvel que este energtico, por desenvolvimento tecnolgico, seja

    substitudo no futuro por outra fonte, com condies econmicas, ambientais e sociais

    favorveis. Dessa forma, acompanhar o desenvolvimento das tecnologias pode

    contribuir na deteco de oportunidades de empreendimentos.

    Ser uma grande empresa e estar entre as grandes empresas mundiais em energia

    implica, necessariamente, ter alguma atuao no segmento de petrleo.

  • 30

    2.8 Referncias

    1 CNEO, R. G, Petrleo. Disponvel em: . Acesso em: 30 de mai. 2010.

    2 WIKIPEDIA. Petrleo. Disponvel em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Petr%C3%B3leo. Acesso em: 17 de mai. 2010.

    3 MARQUES, G. DA C., Histria-Petrleo. Disponvel em:. Acesso em: 30 de mai. 2010.

    4 HENRIQUES, J. A Histria do Petrleo. Disponivel em . Acesso em 31 de mai.

    2010.

    5 SOLAR NAVIGATOR. Petroleum. Disponvel em: .Acesso em:6 de jul. 2010.

    6 BP STATISTICAL REVIEW. BP Statistical Review of World Energy 2009. Disponvel em . Acesso em: 6 de jun. 2010.

    7 WIKIPEDIA. Xisto. Disponvel em: . Acesso em 09 de jan. 2012.

    8 SECRETARIA DE IMPRENSA. O Petrleo no Brasil. Disponvel em: . Acesso em: 01 de jun. 2010.

    9 BERGIN, T. BP de olho em oportunidade para explorao no Brasil. Disponvel em: . Acesso em: 15 de jun. 2010.

    10 HARGREVES, S. Brazil dances with OPEC: The country, likely to become a major exporter of crude, is serious about joining the cartel which - in the long term - could push up .prices. Disponvel em:

    . Acesso em 27 de mai. 2010.

    11 PORTAL SO FRANCISCO. Petrleo. Disponvel em: . Acesso em: 28 de mai. 2010.

    12 MANGUEIRA, C. Petrleo sobe a US$ 78,21 aps estoques dos EUA. Disponvel em: . Acesso em 29 de mai. 2010.

    13 GALITO, M. S. Geopoltica do Mundo rabe. Disponvel em: http://www.ci-cpri.com/wp-content/uploads/2011/04/Geopolitica-Arabe.pdf . Acesso em: 13 de mai. 2010.

    14 INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. World Energy Outlook 2003. Disponvel em: . Acesso em: 25 de mai. 2010.

    15 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA UFMG. Conhea o funcionamento do motor Diesel. Disponvel em: . Acesso em 28 de

    mai. 2010.

  • 31

    16 WIKIPDIA. Engine. Disponvel em: . Acesso em: 29 de mai. 2010.

    17 BRAIN, M. How gas turbine engines woks. Disponvel em: . Acesso em: 02 de jun. 2010.

    18 SOARES, F. H. N., RAMOS, D. S. Impactos da Operao de Usinas Termeltricas Contratadas por Disponibilidade no Custo da Energia Adquirida em Leiles de Energia Nova . Disponvel em:

    . Acesso em 03 de jun. 2010.

    19 STAMM, H. R. Mtodo para Avaliao de Impacto Ambiental (AIA) em Projetos de Grande Porte: Estudo de Caso de uma Usina Termeltrica. Disponvel em:

    . Acesso em: 15 de jun. 2010.

    20 U.S. ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY Oil: Eletricity from Oil. Disponvel em . Acesso em: 16 de jun. 2010.

    21 WIKIPEDIA. Anlise do Ciclo de Vida. Disponvel em: . Acesso em: 17 de jun. 2010.

    22 WIKIPEDIA. Hubbert peak theory. Disponvel em: . Acesso em: 18 de jun. 2010.

    23 ANFAVEA. Autoveculos: produo, vendas internas e importao. Disponvel em: . Acesso em: 15 de mai. 2010.

  • 32

    3 CARVO MINERAL

    O carvo um mineral combustvel preto ou marrom, constitudo principalmente

    de carbono. Tem origem fssil, de florestas do perodo carbonfero. O carvo foi o

    combustvel da revoluo industrial, gerando o vapor que movia as mquinas da poca,

    movendo locomotivas e aquecendo casas. A intensa queima de carvo associada a

    fatores climticos particulares foi a principal causa de um episdio conhecido como O Grande Nevoeiro de 1952, um desastre ambiental acontecido em Londres, que matou pelo menos quatro mil pessoas

    1 e deixou um nmero ainda maior de adoentados.

    2

    Atualmente, os principais usos do carvo so a gerao de calor e eletricidade.

    Termeltricas a carvo mineral so ainda a principal forma de produo de energia no

    mundo, representando 41% da matriz eltrica mundial4. Ele tambm usado na

    produo de ao, em refinarias de alumina, em manufaturas de papel e nas indstrias

    qumicas e farmacuticas.3 As reservas provadas de carvo em 2008 se distribuam de

    acordo com a Figura 3.1.

    Figura 3.1: Distribuio espacial e quantitativa das reservas mundiais de carvo.

    5

    A produo e o consumo de carvo por regio so mostrados nas Tabelas 3.1 e

    3.2.

    Tabela 3.1: Produo de carvo por regio do mundo em 2008.

    6

    Produo (em milhes de tEP)

    Porcentagem do total

    Amrica do Norte 638.4 19.2%

    Amrica do Sul e Central 55.5 1.7%

    Europa e Eursia 456.4 13.7%

    Oriente Mdio 0.5 -

    frica 143.4 4.3%

    sia Pacfica 2030.7 61.1%

    Total do mundo 3324.9 100.0%

    Brasil 2.4 0.1%

  • 33

    Tabela 3.2: Consumo de carvo por regio do mundo em 2008.6

    Consumo (em milhes de tEP)

    Porcentagem do total

    Amrica do Norte 606.9 18.4%

    Amrica do Sul e Central 23.3 0.7%

    Europa e Eursia 522.7 15.8%

    Oriente Mdio 9.4 0.3%

    frica 110.3 3.3%

    sia Pacfica 2031.2 61.5%

    Total do mundo 3303.7 100.0%

    Brasil 14.6 0.4%

    Os maiores produtores so as regies onde esto os pases de maiores reservas,

    EUA, Rssia e China. Os maiores consumidores so a China, os EUA e a ndia. A

    Europa Ocidental uma grande consumidora de carvo, particularmente a Rssia e a

    Alemanha. Na sia, os grandes consumidores so a China, a ndia e o Japo. Na frica,

    destaca-se a frica do Sul.

    3.1 Situao no Brasil

    O carvo no Brasil encontra-se, principalmente, na regio Sul do pas, onde foi

    descoberto, em 1795, no Rio Grande do Sul, e intensamente explorado por britnicos ao

    longo do sculo XIX e incio do sculo XX. Foi com o advento da Primeira Guerra

    Mundial que o consumo de carvo aumentou em mbito nacional, devido a escassez do

    produto estrangeiro. A primeira termeltrica a carvo do Brasil foi construda no ps-

    guerra e, em 1928, j iluminava a cidade de Porto Alegre7. As medidas protecionistas do

    Governo e a Segunda Guerra consolidaram a produo nacional, especialmente como

    insumo para a siderurgia. As crises do petrleo de 1973 e 1979 fizeram com que o

    carvo nacional voltasse a ter destaque como fonte energtica, sua principal utilizao

    atual. O Rio Grande do Sul possui 89,2% das reservas nacionais de carvo, seguido por

    Santa Catarina e Paran, alm de pequenas reservas no sul de So Paulo.

    Como um todo, o Brasil responsvel por 0,9% da produo mundial de carvo.

    o maior consumo da Amrica do Sul, mas no a maior produo. Essa fica a cargo da

    Colmbia, com 1,4% da produo mundial.6

    3.2 Mercado

    O comrcio de carvo abrange apenas 17% de todo o carvo produzido no

    mundo8. Os preos variam muito, de regio para regio. A Tabela 3.3 mostra a evoluo

    temporal do preo do carvo para a produo de energia, de 2000 a 2008, em vrios

    pases. possvel notar como ele pode variar de 32,2 dlares por tonelada mtrica a

    143,5 dlares por tonelada mtrica. A Austrlia o maior exportador mundial de

    carvo, e o Japo, o maior importador. Na Tabela 3.4, so apresentados os sete maiores

    exportadores e importadores do insumo.

  • 34

    Tabela 3.3: Preos do carvo para produo de energia eltrica no perodo de 2000 a 2008.9

    Pas 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

    ustria 53.8 45.7 52.7 64.5 81.3 87.5 92.7 96.2 124.1

    Blgica 32.8 37.7 34.5 35.9 72.5 80.3 63.2 75.5 130.5

    Canad 17.9 18.5 19.2 21.0 20.3 24.5 26.3 NA NA

    Taiwan 29.67 31.29 31.43 31.18 47.75 57.70 54.68 70.17 118.49

    Finlndia 38.6 46.7 44.0 48.3 67.0 72.1 74.3 83.7 143.5

    Frana 37.2 45.3 42.9 42.4 63.6 75.0 73.0 83.2 NA

    Alemanha 42.4 51.9 45.7 50.0 70.0 79.7 78.0 90.3 NA

    ndia 16.49 17.11 16.61 17.74 19.54 21.34 20.77 22.92 NA

    Indonsia 18.26 NA 23.60 26.91 NA 25.92 36.66 NA NA

    Irlanda 30.3 35.4 37.5 35.5 67.2 70.1 61.3 83.4 99.5

    Japo 40.9 42.7 39.6 NA NA NA NA NA NA

    Mxico 1 31.8 33.9 33.7 32.1 37.1 41.0 42.3 45.9 52.4

    Polnia 28.2 31.4 32.2 36.2 40.0 47.5 51.4 57.7 78.9

    Portugal 30.2 38.6 32.3 38.4 57.5 67.6 58.3 76.4 138.1

    frica do Sul 6.51 5.81 4.97 7.59 8.50 10.34 NA NA NA

    Turquia 14.4 10.3 15.2 19.0 25.9 25.2 24.8 27.7 32.3

    Reino Unido 44.4 46.5 44.5 45.9 59.7 65.6 70.1 82.3 NA

    EUA 27.5 28.2 28.7 29.1 30.9 35.3 38.8 40.6 47.0

    Em dlares por tonelada mtrica. / - Preo do carvo marrom. / NA No disponvel

    Tabela 3.4: Importaes e exportaes de carvo mineral em 2008.

    6

    Maiores exportadores de carvo

    em milhes de toneladas

    Austrlia 244

    Indonsia 202

    Rssia 100

    Colmbia 67

    frica do Sul 67

    China 54

    EUA 53

    Maiores importadores de carvo

    em milhes de toneladas

    Japo 182

    Coreia 88

    Taipei Chins 69

    ndia 54

    Reino Unido 50

    China 48

    Alemanha 46

    O mercado do carvo dominado pelos EUA. As maiores empresas desse pas,

    em analogia ao termo Big Oi das grandes empresas petrolferas, ficaram conhecidas como Big Coal. Elas so a Peabody Energy maior empresa do setor privado de carvo, que responde por 10% da energia dos EUA e 2% da energia mundial, a Arch Coal, a

    Rio Tinto e a Ohio Coal Association. Na Rssia, outro grande produtor de carvo, tem-

    se a empresa Yuzhkuzbassugol, como exemplo, e a China liderada pela empresa

    China Huaneng Group.

    O fluxo de importaes/exportaes, em 2006, esquematizado na Figura 3.2.

  • 35

    Figura 3.2: Principais importaes e exportaes de carvo em 2006, em milhes de toneladas

    10.

    3.3 Produo de energia eltrica

    Na produo de energia eltrica, o carvo usado para gerar vapor, que faz girar

    as turbinas das termeltricas. Em busca de maior eficincia para esse processo, as

    turbinas tradicionais foram melhoradas ao longo do tempo, podendo funcionar em ciclo

    combinado (com recolhimento de vapores quentes) ou em usinas de cogerao, que

    produzem calor e eletricidade. No caso especfico do carvo, h quatro tecnologias de

    utilizao do combustvel: carvo pulverizado (ou PCC, do ingls pulverized coal

    combustion); usinas supercrticas e ultrassupercrticas; combusto em leito fluidizado

    (FBC, de fluidized bed combustion) e gaseificao integrada com ciclo combinado (ou

    IGCC, de integrated gasification combined cycle), conforme breve descrio

    apresentada a seguir:

    a) Carvo Pulverizado (PCC): antes de ser queimado, o carvo processado em

    moinhos at ser pulverizado. Esse p ser misturado ao ar e queimado na cmara

    de combusto, que pode alcanar temperaturas na faixa de 1300 a 1700C.

    b) Ciclo supercrtico e ultrassupercrtico: so usinas PCC que operam em

    temperaturas e presses maiores que as tradicionais, em busca de mais

    eficincia. Uma comparao entre elas e as usinas tradicionais (ou subcrticas)

    pode ser vista na Tabela 3.5. Os maiores problemas dessa tecnologia esto nos

    altos nveis de poluentes (NOx) e no fato de que no funcionam bem com carvo

    de baixa qualidade, como o do Brasil.

    Tabela 3.5: Eficincia mdia de vrias plantas, usando a tecnologia PCC.

    11

    Plantas Nveis mdios de eficincia

    Baixa Eficincia 29%

    Alta Eficincia 39%

    Supercrtico At 46%

    Ultrassupercrtico 50 - 55%

    c) Combusto em leito fluidizado (FBC): uma tecnologia bastante verstil,

    sendo usada tambm para queima de biomassa e resduos slidos. Pode operar

    presso atmosfrica (AFBC) ou com pressurizao (PFBC), assim como usando

    baixas velocidades de fluidizao (leitos borbulhantes) ou altas velocidades

    (leitos circulantes). Nessa tecnologia, o leito slido constitudo de partculas

    inertes, geralmente calcrio, cujo objetivo acelerar a transferncia da troca

    trmica no processo.

  • 36

    d) Gaseificao integrada com ciclo combinado (IGCC): a gaseificao do

    carvo uma alternativa considerada atraente para um uso mais limpo. Consiste

    em aquecer o carvo em um gaseificador, conduzi-lo a um reator que gerar gs

    carbnico, hidrognio, monxido de carbono e metano. Aps gerar esse gs, ele

    deve ser purificado, podendo-se utiliz-lo na produo de energia. Na IGCC, so

    preferveis carves com baixo teor de cinzas (diferentes do carvo brasileiro),

    embora, a princpio, todos possam ser queimados. Esse gs queimado em ciclo

    combinado, como o gs natural. As usinas IGCC so a forma mais limpa de

    utilizao de carvo, mas so caras e complexas de se implantar. Esse obstculo

    faz com que ainda seja pequena sua disseminao pelo mundo. Uma forma

    diferente de gaseificao a queima subterrnea de carvo (UGC, underground

    gasification combustion), em que o carvo gaseificado antes de ser minerado.

    Mas esste processo utilizado apenas em pequena escala.

    A captura e sequestro de carbono (CCS) consiste em prticas integradas entre si,

    visando evitar a emisso do gs carbnico gerado em plantas termeltricas que usam

    combustveis fsseis para a atmosfera, captando-o e dispondo-o no subsolo. A CCS

    compreende trs etapas fundamentais, integradas entre si, cada qual com seu prprio

    desafio: a captura, o transporte e o sequestro (estocagem ou armazenamento).

    Individualmente, as tecnologias de cada uma dessas prticas j esto desenvolvidas,

    uma vez que so processos industriais existentes e dominados. O grande desafio da CCS

    integr-las em uma cadeia capaz de estocar o CO2 em larga escala, de forma vivel.

    O custo tpico de implantao de CCS em uma usina fica entre US$30 e 90 por

    tonelada de CO2, dependendo de algumas condies. A etapa de captura responde por

    cerca de US$20-80/t, a de transporte, por US$1-10/t por 100 km, a de armazenamento e

    monitoramento por $ 2-5/t. O impacto dessa implantao no custo de eletricidade da

    ordem de 2-3 cents/kWh. Com o desenvolvimento das tecnologias e consequente

    barateamento delas, o custo projetado para 2030 de US$25/tCO2, com impacto de 1-2

    cents/kWh na eletricidade produzida. Em plantas que separam o CO2 do gs natural, o

    custo dessa separao de US$5-15/t CO2.12

    3.3.1 Custos

    As usinas de carvo tradicionais (PCC) so relativamente baratas de serem

    construdas, embora no tanto quanto as de gs natural. A Tabela 3.6 mostra claramente

    o impacto que a tecnologia de sequestro de carbono pode ter sobre o custo da energia

    advinda do carvo, que fica, ento, mais cara do que a energia nuclear.

    Tabela 3.6: Comparao entre os custos de diversas termeltricas.

    13

    Custo capital da usina

    overnight

    (2008 USD/kW)

    Custo da eletricidade

    (/kWh)

    Nuclear 4038 8.34

    Carvo supercrtico 2214 8.65

    Carvo supercrtico +CCS 4037 14.19

    IGCC (gaseificao de carvo) 2567 9.22

    IGCC + CCS 3387 12.45

    Gs com ciclo combinado 869 7.60

    Gs com ciclo combinado + CCS 1558 10.31

  • 37

    3.4 Impactos ambientais

    Os principais impactos ambientais esto associados a emisso de dixido de

    carbono e de material particulado, metais pesados, compostos de enxofre (SOx) e

    nitrognio (NOx). Tais emisses so responsveis por chuva cida e gases do efeito

    estufa. A comparao de emisso do carvo em relao ao petrleo e ao gs natural

    apresentada na Tabela 3.7.

    A minerao do carvo causa a emisso do metano adsorvido (adeso de

    molculas a uma superfcie slida) no mineral e necessita de um alto consumo de gua

    para remover impurezas. Essa limpeza gera efluentes aquosos com metais pesados e

    resduos slidos resultantes da lavagem. Tambm h impactos no solo usado para a

    minerao e perturbaes nas superfcies, quando a mina subterrnea.

    J as usinas, alm dos gases-estufa, liberam compostos de mercrio e arsnico e

    efluentes aquosos contaminados provenientes da caldeira, do sistema de resfriamento e

    de chuva sobre as pilhas de carvo. O consumo de gua para o funcionamento da usina

    tambm muito alto. A queima ainda gera cinzas contendo carvo, xidos metlicos e

    bases. Em longo prazo, o solo onde esto instaladas fica poludo e precisa de

    recuperao.

    Tabela 3.7: Comparao entre emisses de combustveis fsseis, em libras por bilho de Btu

    de energia fornecida. 14

    Poluente

    Gs Natural Petrleo Carvo

    Dixido de Carbono 117,000 164,000 208,000

    Monxido de Carbono 40 33 208

    xidos de Nitrognio 92 448 457

    Dixido de Enxofre 1 1,122 2,591

    Particulados 7 84 2,744

    Mercrio 0.000 0.007 0.016

    3.5 Riscos

    Para um possvel investidor que queira construir uma nova usina termeltrica

    base de carvo, um grande risco a inflao nos custos de construo das usinas. Hoje,

    preciso de mais de um bilho de dlares para construir uma nova usina de 500 MW

    (2000 USD/kW), e esse investimento pode aumentar nos prximos anos. Como

    ilustrao, tem-se que o preo de uma termeltrica era de cerca de 2200 dlares por kW

    no fim de 2007, enquanto dois anos antes este valor encontrava-se na faixa de 1200-

    1300 dlares por kW.

    Outro risco de se implantar e fazer funcionar uma usina de carvo so as

    incertezas no preo futuro do combustvel. Ao contrrio das previses do incio da

    dcada, os preos de carvo, na verdade, subiram.15

    Mas o maior risco enfrentado pela produo de carvo so as possveis taxas

    pesadas sobre a emisso de gases do efeito estufa. A Figura 3.3 indica o custo que uma

    usina tem com a compra de combustvel e da mitigao pelo CO2 emitido. Percebe-se

    que, na maioria dos cenrios, os custos de mitigao ultrapassam, em muito, os custos

    de combustvel.

    Por outro lado, tm sido crescentes os investimentos em tecnologia de captura de

    carbono (CCS) e o desenvolvimento de uma tecnologia vivel tcnica e

    economicamente pode levar a um novo ciclo de expanso de termeltricas, dado o

  • 38

    grande volume de reservas de carvo, o custo relativamente baixo de implantao das

    usinas e sua tecnologia j dominada.

    Figura 3.3: Custos com combustvel (azul) comparados com o custo de mitigao

    das emisses de CO2 (marrom).15

    3.6 Pesquisa e tendncias futuras

    Atualmente, encontra-se em desenvolvimento uma segunda gerao de IGCC,

    que queima de forma mais limpa os carves de baixo teor de cinzas.

    Outras tecnologias para a produo de energia limpa a partir do carvo so as

    turbinas supercrticas e os geradores MHD (magneto-hidrodinmico), que produzem

    energia diretamente a partir do calor, cujo princpio de funcionamento o mesmo de um

    termopar.

    O carvo tambm pode ser utilizado em clulas a combustvel (como as de xido

    slido, de carbonato fundido ou de transporte de ons de oxignio), que ainda esto em

    fase de inicial de desenvolvimento. Outra forma de uso do carvo, considerada mais

    limpa que as outras, o CWS (sigla em ingls para Coal-Water Slurry fuel). Trata-se de

    uma suspenso em gua de partculas finas de carvo, desenvolvido na Unio Sovitica

    no fim dos anos 1950 e que recentemente tem ganhado destaque.16

    3.7 Consideraes finais

    As reservas mundiais de carvo indicam que este energtico ainda ter um lugar

    de destaque no suprimento mundial de energia. Espera-se que o desenvolvimento das

    tecnologias de captura e sequestro de carbono possam contribuir para a minimizao

    dos impactos ambientais. Assim, vale a pena acompanhar de perto estas tecnologias, e

    o seu impacto na realidade nacional.

  • 39

    3.8 Referncias

    1 THE UNIVERSITY OF EDINBURGH. The London Smog Disaster of 1952. Disponvel em: . Acesso em: 01 de jul. 2010.

    2 WIKIPEDIA. Grande Nevoeiro de 1952. Disponvel em: . Acesso em: 17 de jul. 2010.

    3 WORLD COAL ASSOCIATION. Coal & Eletricity. Disponvel em: . Acesso em: 02 de jul. 2010.

    4 WORLD COAL ASSOCIATION. Uses of coal. Disponvel em: . Acesso em: 03 de ju. 2010.

    5 CHARTS BIN. Current Worldwide Coal reserves. Disponvel em: . Acesso em: 01 de jul. 2010.

    6 BP STATISTICAL REVIEW. BP Statistical Review of World Energy 2009. Disponvel em . Acesso em: 6 de jun. 2010.

    7 ASSOCIAO BRASILEIRA DO CARVO MINERAL. Histrico do Carvo no Brasil. Disponvel em: . Acesso em: 15 de jul. 2010.

    8 WORLD COAL ASSOCIATION. Coal market & transportation. Disponvel em: . Acesso em: 10 de jul. 2010.

    9 U. S. INFORMATION ENERGY ADMINISTRATION. Top world oil producers. Disponvel em: . Acesso em: 15 de jul. 2010.

    10 HMS BERGBAUM AG. World Coal Trade. Disponvel em: . Acesso em: 20 de jul. 2010.

    11 OLIVEIRA, E. A. Perspectivas da gerao termeltrica a carvo no Brasil no horizonte 2010-2030. Disponvel em: . Acesso em: 22 de jul. 2010.

    12 INTERNACIONAL ENERGY AGENCY. IEA Energy Technology Essentials. Disponvel em: . Acesso em: 25 de jul. 2010.

    13 WORLD NUCLEAR ASSOCIATION. The Economics of Nuclear Power. Disponvel em: . Acesso em 27 de jul. 2010.

    14 NATURALGAS.ORG. Natural Gas and the Environment . Disponvel em: . Acesso em: 17 de jul. 2010.

    15 Barry, D. Investment Risk of New Coal-Fired Power Plants. Disponvel em: Acesso em 20 de jul. 2010.

    16 WIKIPEDIA. Coal-water slurry fuel. Disponvel em: . Acesso em 25 de jul. 2010.

  • 40

    4 GS NATURAL

    O gs natural uma mistura de hidrocarbonetos gasosos composta,

    principalmente, por metano (CH4). Em geral, encontrado associado ao petrleo,

    embora no obrigatoriamente. Comparado com a queima da gasolina, produz mais

    energia e menos gs carbnico para a mesma quantidade de energia gerada.

    A humanidade esteve em contato com o gs natural desde a Antiguidade.

    Afloramentos naturais de gs, incendiados por alguma ao natural ou antrpica,

    permaneciam queimando, o que causava espanto s pessoas daquele tempo. Em 1000 a.

    C., foi descoberta, na Grcia, a fonte de gs onde, mais tarde, seria construdo o famoso

    Orculo de Delfos. A Inglaterra foi, em 1785, o primeiro pas a comercializar gs

    natural manufaturado, e no explorado do subsolo, para iluminao de casas e ruas. Ele

    foi usado com esse fim at o advento da iluminao eltrica, o que diminuiu muito a

    iluminao a gs e forou os produtores a encontrar outra utilidade para ele. Essa

    situao foi contornada com a inveno do bico de Bunsen, em 1885, que permitiu o gs

    ser usado para aquecimento e coco1. At a Segunda Guerra Mundial, o consumo do

    gs natural precisava ser feito muito prximo fonte, pela falta de um transporte

    eficiente. Na dcada de 1960, os gasodutos eficazes passaram a ser construdos e, com o

    problema do transporte resolvido, novas utilidades surgiram para o gs natural, como

    seu uso em produo de energia eltrica.

    Uma dessas tecnologias o do gs natural liquefeito, GNL, em que o gs

    resfriado at se tornar um lquido para que seja transportado a longas distncias mais

    facilmente, e novamente gaseificado no local de consumo.

    A Figura 4.1 mostra a distribuio das reservas comprovadas de gs natural no

    mundo. A produo e o consumo de gs natural por regio so apresentados nas Tabelas

    4.1 e 4.2.

    Figura 4.1: Distribuio mundial das reservas de gs natural.

    2

  • 41

    Tabela 4.1: Produo de gs natural por regio do mundo em 2008.3

    Produo de Gs Natural - 2008 (bilhes de metros cbicos)

    Percentual de 2008

    Amrica do Norte 812.3 26.7%

    Amrica do Sul e

    Amrica Central 158.9 5.2%

    Europa e Eursia 1087.3 35.4%

    Oriente Mdio 381.1 12.4%

    frica 214.8 7.0%

    sia Pacfica 411.2 13.4%

    Total do mundo 3065.6 100.0%

    Brasil 13.9 0.5%

    Tabela 4.2: Consumo de gs natural por regio do mundo em 2008.

    3

    Consumo de Gs Natural - 2008 (bilhes de metros cbicos)

    Percentual de 2008

    Amrica do Norte 824.4 27.6%

    Amrica do Sul e

    Amrica Central 143.0 4.7%

    Europa e Eursia 1143.9 37.8%

    Oriente Mdio 327.1 10.8%

    frica 94.9 3.1%

    sia Pacfica 485.3 16.0%

    Total do mundo 3018.7 100.0%

    Brasil 25.2 0.8%

    possvel ver que a produo e o consumo de gs natural esto aproximadamente nos

    mesmos nveis de grandeza em todas as regies do mundo. Isso no significa que no h

    comrcio entre os pases do interior de cada uma dessas regies, como de fato acontece

    entre o Brasil e a Bolvia, por exemplo, ambos na Amrica do Sul. Como o gs est

    frequentemente associado ao petrleo, o Oriente Mdio surge como produtor

    importante, especialmente porque sua demanda menor que sua produo.

    4.1 Situao no Brasil

    O gs natural comeou a ser explorado no Brasil juntamente com o petrleo, a

    partir de 1939, e esteve atrelado a este desde ento, at a construo do gasoduto Brasil-

    Bolvia em 1999. O aumento do consumo do gs ocorreu depois do apago eltrico de

    2000-2001, com a construo de termeltricas movidas a gs natural. A Petrobrs

    deteve o monoplio na produo e transporte do gs at 1997, mas ele foi extinto pela

    mesma lei que extinguiu o monoplio do petrleo. Ao contrrio do que acontece com o

    petrleo, o Brasil ainda depende muito fortemente do gs natural importado, mesmo

    com as descobertas das bacias de Campos e do pr-sal.

    Em 2008, o Brasil importou da Bolvia 10,9 bilhes de metros cbicos de gs3.

    O pas possui reservas de 0,33 trilhes de metros cbicos de gs natural, o que

    representa 0,2% do total mundial. o sexto produtor da Amrica Latina3. Atualmente o

    pas possui 51 termeltricas a gs natural em 11 Estados4.

    4.2 Produo de energia

    A utilizao clssica do gs natural em aquecimento de residncias. Tambm

    usado para coco, refrigerao e como matria-prima para indstrias qumicas e

  • 42

    petroqumicas, por exemplo, na produo de metanol e de fertilizantes (ureia a amnia),

    alm de ser utilizado como redutor na fabricao de ao5.

    Como recurso energtico, utilizado em motores de combusto interna para

    automveis, em motores movidos apenas a gs ou em motores adaptados para funcionar

    com multicombustveis. Como o gs natural no deixa resduos nas partes internas do

    motor, um combustvel prefervel aos lquidos tradicionais.

    Para gerar energia eltrica, o gs natural tradicionalmente usado em usinas

    termeltricas. Essas usinas utilizam turbinas a gs, e o gs da combusto usado para

    fazer girar uma turbina e ento gerar energia eltrica em um gerador. Muitas usinas

    recolhem o calor gerado para utilizao com o uso da vaporizao de um fluido

    (processo conhecido como cogerao). Nessas usinas, o gs natural substitui, de

    maneira vantajosa, o carvo e o diesel.

    As turbinas movidas a gs podem operar em ciclo aberto, com a liberao dos

    gases quentes e uma eficincia de cerca de 35%, ou em ciclo combinado, com a

    utilizao desses gases quentes em turbinas a vapor, para gerar mais eletricidade. A

    eficincia, nesse caso, alcana 55%. Com a utilizao da cogerao, os rendimentos

    podem chegar a 85%. Na Figura 4.2, tem-se um esquema de uma planta com ciclo

    aberto, a mais simples e menos eficiente. Ar e gs entram na cmara de combusto, que

    gera o vapor que alimenta a turbina, e os gases aquecidos so liberados para o ambiente.

    Figura 4.2: Planta de termeltrica com ciclo aberto.

    6

    Em uma planta de ciclo combinado, o vapor recolhido e utilizado para a gerao de

    mais eletricidade, como mostrado na Figura 4.3.

    Figura 4.3: Esquema de funcionamento de uma usina de ciclo combinado.

    7

  • 43

    J nas plantas de cogerao, o gs quente de exausto da turbina, que seria liberado para

    o meio ambiente, utilizado na produo de calor na forma de vapor ou gua quente a

    ser usado em processo industrial, aquecimentos diversos, aquecimento distrital, dentre

    outros. Da o nome cogerao, isto , gerao de duas formas diferentes de energia,

    conforme apresenta a Figura 4.4.

    Figura 4.4: Esquema de uma usina de cogerao.

    8

    4.3 Custos

    O custo de implantao de uma dessas usinas a gs de cerca de USD500-

    1000/kW. De maneira geral, bem menos que as demais alternativas, como nuclear e

    carvo, mas esse custo vulnervel existncia ou no de taxao do carbono emitido

    pela usina. Uma comparao entre os custos com as diversas fontes foi apresentada no

    captulo referente ao carvo.

    4.4 Consideraes tcnicas sobre o gs de sntese

    A obteno do gs de sntese (syngas) pode ser feita pelo processo de reforma,

    que se trata do rearranjo molecular por efeito trmico e/ou cataltico. Outras formas de

    obteno do gs de sntese esto associadas a subprodutos de processos industriais. O

    syngas pode tambm ser obtido como subproduto de processos industriais. De fato, so

    vrias as rotas possveis, tendo, como premissa, a existncia de carbono e hidrognio. A

    Figura 4.5 apresenta um esquema das possveis transformaes do gs natural.

  • 44

    Figura 4.5: Rotas de transformao qumica do metano via produo de gs de sntese.

    Adaptado da Palestra do Prof. Victor Teixeira da Silva (NUCAT / PEQ / COPPE / UFRJ) apresentada no

    VI Encontro Regional Norte/Nordeste de Catlise (VI ENCAT), na UNIT-SE, em 03 de agosto de 2006.

    Como se pode ver, a gaseificao resulta em hidrognio, metano, gs carbnico

    e monxido de carbono. Embora os dois ltimos no sejam de interesse na produo de

    energia, os dois primeiros so altamente energticos e podem ser usados at mesmo em

    clulas a combustvel. Quando o gs de sntese no possui poder calorfico o bastante

    para ser queimado e produzir energia eltrica, ele pode ser usado na sntese de lquidos

    orgnicos, que podem ser convertidos em combustveis. Os dois principais processos de

    liquefao de gs de sntese so o processo Fischer-Tropsch (FT) e o processo Mobil.

    Estes processos so tambm conhecidos como Gas-to-Liquids (GTL). A Figura 4.6

    apresenta um esquema sobre o processo GTL:

    Figura 4.6: Esquema do processo GTL.

    4.4.1 Custos

    Os custos so o maior gargalo enfrentado pelas plantas de liquefao de gs

    natural. O maior custo do processo vem da transformao do gs natural em gs de

    sntese, que o dobro do gasto com o processo de Fischer-Tropsch. Em comparao ao

    petrleo, atualmente, os produtos de GTL tm um preo ligeiramente menor, mas os

    custos capitais e de operao so maiores, conforme indica a Figura 4.7.

  • 45

    Figura 4.7: Comparao entre os custos de uma planta GTL e uma refinaria de petrleo.

    9

    4.5 Impactos ambientais

    Os principais impactos de uma termeltrica a gs so: emisso de CO2, CO e

    outros gases do efeito estufa, contaminao do subsolo quando escavado em terra firme,

    emisses de compostos de enxofre (SOx) e nitrognio (NOx), que causam chuva cida,

    emisso de poluentes dos transportes de gs e a gs. Alm disso, o consumo de gua

    para o funcionamento da usina pequeno, mas aumenta em ciclo combinado. Essa gua

    fica contaminada com substncias txicas e pode causar poluio trmica, se no for

    resfriada antes do descarte. A extrao do gs ainda pode causar eroso, perda da

    produtividade do solo e escorregamentos.

    O gs natural considerado mais limpo que petrleo e carvo, mas, ainda assim,

    emissor de carbono e gases de efeito estufa. Esse ponto importante, pois o mercado

    de gs sensvel a possveis taxaes e implantaes de tecnologias de mitigao desses

    impactos. Na Figura 4.8, apresentada uma comparao de emisso, considerando-se o

    ciclo de vida (ACV) e as diversas fontes.

    Figura 4.8: Emisso de gas carbnico e as diversas fontes de energia. (Fonte: http://www.safesecurevital.com/environment/the-global-environment.html )

  • 46

    4.6 Riscos

    Como se trata de um gs muito leve, expansvel e inflamvel, o metano tambm

    tem o potencial de causar grandes incndios e exploses, em caso de vazamentos

    acidentais. Incidentes como o vazamento sob presso de metano gerado por esgotos, que

    calcinou ovelhas na Jordnia em outubro de 2009 e a famosa porta para o inferno, cratera cheia de metano que arde no Turcomenisto desde a dcada de 1970, mostram o

    quanto esse gs deve ser armazenado com cuidado.10

    Os cuidados de engenharia na

    armazenagem e transporte do gs natural j reduzem bastante esse risco, bem como a

    manuteno constante dos gasodutos e tanques.

    Como risco econmico, h o fato de que a eletricidade produzida pelo gs

    natural mais sensvel aos custos da matria-prima que a produzida por carvo ou

    usinas nucleares. Assim, qualquer evento que cause queda no fornecimento de

    combustveis fsseis ir repercutir com mais fora nas usinas a gs, o que significa que

    o empreendimento somente poder ter alguma segurana em pases que no dependem

    de fornecimento externo.

    4.7 Pesquisa e tendncia futura

    Os grficos da Figura 4.9 fazem parte de um estudo prospectivo da Exxon

    Mobil, mostrando o crescimento no consumo de gs natural at 2030. A projeo aposta

    no forte crescimento do consumo da China e na viabilizao dos depsitos no

    convencionais de gs.

    Figura 4.9: Projeo do consumo de gs natural em algumas regies do mundo at 2030.

    11

    Uma forma menos convencional de se utilizar o gs natural como gerador de

    hidrognio em clulas a combustvel. Essas clulas produzem energia eltrica pela

    reao entre hidrognio e oxignio, continuamente introduzidos em eletrodos separados

    por um eletrlito. Este assunto ser tratado em outro captulo deste trabalho. O nvel de

    poluentes gerado por esse mtodo de produo de energia muito menor do que a

    simples combusto do gs natural em um motor convencional.

    O GTI (Gas Technology Institute) uma instituio sem fins lucrativos, que

    trabalha com P&D em gs natural contratado ou em parceria. Seus rendimentos em

    2009 foram de cerca de 63 milhes de dlares, sendo seus maiores parceiros a indstria,

  • 47

    o governo federal e as companhias de distribuio de energia locais. Alm de clulas a

    combustvel, eles tm P&D na explorao e produo de gs natural, em gaseificao,

    hidrognio e GNL. As turbinas de termeltricas tambm tm sido alvo de vrias

    pesquisas, visando o seu melhoramento, para aumentar sua eficincia, ou para

    possibilitar seu funcionamento em regies extremas ou, ainda, para cumprir exigncias

    ambientais mais rigorosas.12

    O GNL (gs natural liquefeito) uma forma de transporte do gs natural j

    bastante difundida no mundo, mas, no Brasil ainda no uma tecnologia comum,

    demandando pesquisas.13

    Outro atrativo no desenvolvimento das tecnologias envolvendo o gs natural a

    possibilidade de obt-lo de outras fontes que no minerais, quando ele chamado de

    biogs.

    A tecnologia GTL ainda se encontra em fase de demonstrao, com algumas

    plantas comerciais. Os altos custos so seu principal percalo. Uma linha de pesquisa na

    rea GTL, praticada pela Sasol, por exemplo, a de produzir melhores catalisadores

    para a liquefao. A ltima planta aberta pela empresa, no Qatar, custou em torno de um

    bilho de dlares.14

    A Exxon Mobil tem diversos projetos em GTL. Um dos mais

    recentes na Nigria. A construo da rea chamada NGL II um projeto de 1,3 bilho

    de dlares, e os bancos nigerianos contriburam para a construo da planta com uma

    contrapartida de cerca de 220 milhes de dlares.15

    A Shell desenvolveu sua prpria rota

    de GTL, a SMDS (Shell Middle Distillate Synthesis), uma modificao do processo FT,

    com nfase nos destilados de tamanho molecular mdio. Depois de dez anos e cerca de

    6 bilhes de dlares investidos no desenvolvimento da SMDS, a Shell constri aquela

    que ser a maior planta de GTL do mundo, a Pearl GTL, no Qatar. A empresa diz que o

    investimento total da planta ser de 19 bilhes. A empresa espera que seu investimento

    de 21 bilhes de dlares no Qatar, em 2010, o coloque como lder no setor de GNL,

    eclipsando a ExxonMobil.16

    No Brasil, as pesquisas em GTL acontecem principalmente no CENPES, da

    Petrobrs. A queima mais limpa do gs natural e a maior perspectiva de durao de suas

    reservas fazem com que o investimento em sua utilizao seja cada vez maior. As

    tecnologias do gs natural apresentam um grande potencial de crescimento, e o Brasil j

    entrou na rea. O futuro parece brilhante para o gs natural, pelo menos para as

    prximas dcadas.

    4.8 Consideraes finais

    O gs natural tem recebido cada vez mais ateno. interessante notar que

    algumas das tecnologias de futuro em gs natural so tambm aplicveis para o

    aproveitamento de biomassa. Essas tecnologias promovem tambm a extrapolao do

    contexto energtico e caminham para o processamento industrial e qumico, que

    tambm merece ateno e pode ser uma oportunidade de investimentos.

    4.9 Referncias

    1 NATURALGAS.ORG. History. Disponvel em: . Acesso em 28 de jul.2010.

    2 OSAKA GAS. CSR Chapter I. Disponvel em: . Acesso em 30 de jul. 2010.

  • 48

    3 BP STATISTICAL REVIEW. BP Statistical Review of World Energy 2009. Disponvel em . Acesso em: 6 de jun. 2010.

    4 GASNET. Termeltrica. Disponvel em: . Acesso em 31 de jul. 2010.

    5 NGV GLOBAL. Engine Technology. Disponvel em: . Acesso em: 01 de ago. 2010.

    6 GREITZER, E. M., SPAKOVSZKY, Z. S., WAITZ I. A. Unified: Thermodynamics and Propulsion. Disponvel em: . Acesso em: 10 de ago. 2010.

    7 EDISON CORPORATE. The Gas Combined Ciclo Techonology. Disponvel em: . Acesso em 10 de ago. 2010.

    8 U. S. ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY. Cogeneration at work.Disponvel em: . Acesso em 30 de ago. 2010.

    9 PATEL, B. Gas Monetisation: A Techno-Economic Comparison Of Gas-To-Liquid and LNG. Disponvel em:

    . Acesso em: 01 de set. 2010.

    10 CETISMO ABERTO. Jordnia 400C: Explicaes a fogos misteriosos que no cheiram bem. Disponvel em: . Acesso em: 17 de ago. 2010.

    11 EXXON MOBIL. Outlook for Energy - A View to 2030. Disponvel em: . Acesso em: 15 de set. 2010.

    12 DANTAS, L. O. Termeltricas Novidades.Disponvel em: . Acesso em 10 de set.

    2010.

    13 CENTRO DE GESTO E ESTUDOS ESTRATGICOS.Energias do Futuro - Relatrio Final. Disponvel em: . Acesso em 01 de

    set. 2010.

    14 SASOL. Gas-to-liquids. Disponvel em: . Acesso em

    10 de set. 2010.

    15 RIGZONE. Exxon Mobil Starts Up $1.3B NGL II Project in Nigeria. Disponvel em: . Acesso em: 10 de set. 2010.

    16 UPSTREAM. Shell kicks off Pearl GTL start. Disponvel em: . Acesso em 15 de set. 2010.

  • 49

    5 ENERGIA NUCLEAR

    A descoberta da radioatividade se deu em fins do sculo XIX. Por muito tempo,

    permaneceu uma questo apenas acadmica, at que a possibilidade de aproveitar a

    energia de fisso dos tomos em bombas e geradores de energia foi levantada. Em 1939,

    Einstein j chamava a ateno do governo dos EUA para essa possibilidade. Em 1942,

    foi construdo o primeiro reator nuclear para produo de energia1. Em 1945, bombas

    nucleares foram usadas pela primeira e nica vez em uma guerra, no clebre

    bombardeio americano a Hiroxima e Nagasaki durante a Segunda Guerra, provando o

    poder devastador dessa tecnologia. Apesar do possvel uso militar, a produo de

    eletricidade por via nuclear apresenta tantas vantagens que o uso pacfico da energia

    nuclear permanece. Hoje a energia nuclear representa uma opo de desenvolvimento

    devido ao uso da energia sem que haja emisses de gases de efeito estufa.

    Existem 436 reatores nucleares em operao no mundo, de acordo com a

    Agncia Internacional de Energia Atmica (AEIA)2, cinco em desativao e 56 em

    construos. O maior consumidor de energia nuclear so os EUA (31%)l. Em segundo

    lugar, vem a Frana (16%). A Figura 5.1 apresenta o consumo mundial de energia

    nuclear por regio.

    Figura 5.1: Consumo de energia nuclear por regio do mundo.

    3

    O combustvel das usinas nucleares uma mistura de urnio-238 e urnio-235,

    sendo esse ltimo radioativo e presente em menor quantidade. As maiores reservas de

    urnio do mundo esto na Austrlia, como apresenta a Figura 5.2.

    Figura 5.2: Localizao das principais reservas de urnio mundiais.

    4

    34,80%

    0,80%

    44,60%

    0,50%

    19,30% Amrica doNorte

    Amrica do Sule Central

    Europa eEursia

    frica

  • 50

    A durao dessas reservas motivo de muita discusso. Os mais pessimistas

    apontam uma durao prxima dos combustveis fsseis, enquanto outras previses

    contam com reservas para milhares de anos. A questo toda dependente da evoluo

    tecnolgica.

    5.1 Situao no Brasil

    A implantao da energia nuclear no Brasil comeou na dcada de 1950, com a

    criao do CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico).

    No governo Geisel, foi fundada a NUCLEBRS, com o objetivo de impulsionar o

    aproveitamento da energia nuclear para produo de eletricidade. Angra I, a primeira

    usina nuclear brasileira, comeou a ser construda em 1972, com tecnologia norte-

    americana. Em 1974, foi aprovado o projeto de Angra II, dessa vez como resultado de

    um acordo com o governo alemo. Este acordo previa a instalao de oito usinas at

    1990, mas crticas ao modo como a tecnologia necessria foi comprada e irregularidades

    em todo o processo condenaram o programa ao fracasso5. Angra II entrou em

    funcionamento no ano 2000, e Angra III est sendo reativada atualmente, com obras em

    desenvolvimento. Sua entrada em operao est prevista para 2015.

    As duas usinas juntas eram responsveis por 1,2% da matriz energtica

    brasileira, conforme mostrado na Figura 5.3, em 2007. Em 2009, a produo de energia

    por elas gerada correspondeu a 2,9% da produo de energia eltrica total do pas 2

    . No

    Brasil, as reservas recuperveis de urnio so de aproximadamente 309.000 toneladas,

    5% das reservas mundiais, o que o coloca como o stimo pas do ranking7. A Figura 5.4

    apresenta uma indicao da distribuio das reservas.

    Figura 5.3: Distribuio percentual da matriz energtica brasileira.

    6

    Figura 5.4: Reservas brasileiras de urnio e localizao da minerao propriamente dita.

    8

  • 51

    5.2 Mercado

    A cadeia produtiva da energia nuclear envolve a minerao do urnio, a moagem

    at a obteno do yellow cake, o enriquecimento do nvel de urnio-235 (U-235), a

    fabricao do combustvel propriamente, o transporte desse material at a usina e a

    destinao final do resduo. Na Tabela 5.1, so apresentados os custos de cada etapa

    deste processo. Esses custos impactam em US$0,77/kWh no preo da energia gerada

    pelo urnio.

    Tabela 5.1: Custo do urnio em cada etapa da produo do combustvel nuclear para a produo de 1 kg

    de Dixido de Urnio (UO2), em janeiro de 2010.9

    Urnio US$ 1028

    Converso US$ 90

    Enriquecimento US$ 1197

    Fabricao do combustvel US$ 240

    Total US$ 2555

    A nica utilizao comercial de urnio na produo de energia nuclear, o que

    simplifica a anlise do funcionamento de seu mercado. A demanda de urnio existente

    para o programa nuclear dos EUA e da URSS era acompanhada pela oferta, at o fim da

    Guerra Fria e grandes acidentes nucleares, como os ocorridos em Chernobyl e Three

    Mile Island. Muitas usinas foram desativadas, e a demanda caiu, fazendo o preo do

    urnio cair. A recente luta contra o aquecimento global e o fato de as usinas nucleares

    no produzirem gases de efeito estufa aumentaram novamente a demanda, mas a

    produo caiu muito nos anos de escassez de demanda, e leva muito tempo para novas

    mineradoras entrarem em atividade10

    . Assim, os preos do urnio entraram em alta at

    atingir um pico de US$137/libra (1 libra equivale a 0,44 kg) em 2007, sendo que, desde

    ento, comearam a declinar, conforme ilustra a Figura 5.5. Apesar disso, o grande

    nmero de novos reatores em construo pode aumentar outra vez a demanda e o preo

    pelo combustvel no futuro, como registrado na Figura 5.6.

    Figura 5.5: Preos do urnio, de maro de 1995 a dezembro de 2009.

    Figura 5.6: Produo e demanda de urnio no mundo ao longo do tempo.

    11

  • 52

    O maior produtor de urnio do mundo a Austrlia. De acordo com o Red Book

    da Associao Internacional de Energia Atmica, em 2007, o pas continha 23% das

    reservas mundiais conhecidas do metal. Logo abaixo, vm o Cazaquisto, com 15%, e a

    Rssia, com 10% 7. Fontes secundrias de urnio so antigas armas nucleares, rejeitos

    reciclados, especialmente como fonte de plutnio, e reenriquecimento de urnio

    empobrecido.

    Os lderes mundiais no fornecimento de energia nuclear so as empresas Areva e

    EDF (Frana), a Exelon Corp. (EUA), a E.ON Kernkraft (Alemanha), a Tokyo Electric

    Power Co., TEPCO (Japo). A grande lder mundial no fornecimento de reatores a parceria GE-Hitachi.

    5.3 Produo de energia

    O urnio utilizado para a produo de energia eltrica deve ser transformado em

    um combustvel que contenha 3,2% de U-235. Uma reao em cadeia de fisso nuclear

    libera calor (Figura 5.7), que gerar vapor que, por conseguinte, movimentar uma

    turbina. A energia gerada por 10 g de urnio equivale a 700 kg de petrleo e a 1.200 kg

    de carvo12

    .

    Figura 5.7: Reao em cadeira da fisso do U-235 que gera a energia para as usinas nucleares.

    12

    Os nutrons gerados na fisso so muito rpidos e precisam ser desacelerados

    para que a fisso ocorra de forma controlada e eficiente. O material responsvel por essa

    desacelerao chamado moderador. As primeiras usinas utilizavam grafite como

    moderador. Quando necessrio interromper a reao de fisso, so baixadas barras

    metlicas no reator, que absorvem os nutrons e impedem a cadeia de prosseguir.

    As tecnologias para enriquecer o urnio natural at os 3,2% necessrios so

    dominadas por apenas doze pases: Alemanha, Argentina, Brasil, China, EUA, Frana,

    Holanda, ndia, Ir, Japo, Paquisto, Rssia e Reino Unido. H duas formas

    tradicionais de enriquecer urnio: a difuso gasosa e a ultracentrifugao13

    . Na difuso

    gasosa, o minrio de urnio, um xido, transformado em UF6, que um gs. O UF6

    comprimido por meio de membranas microporosas, associadas em srie, que retm o U-

    238. Na ultracentrifugao, as partculas de UF6 so centrifugadas a altssimas

    velocidades, o que concentra o U-238 em uma regio mais externa do que o U-235, (o

    primeiro mais pesado somente cerca de 1% em relao ao segundo). Esta ltima a

    tecnologia utilizada no Brasil.

    Os reatores das usinas nucleares esto em constante evoluo, como apresenta a

    Tabela 5.2. Eles so classificados em geraes, indo atualmente de I a III, com reatores

    de gerao IV ainda em fase de pesquisa. Reatores de gerao I foram construdos nas

    dcadas de 1950-60, poucos dos quais esto funcionando hoje. A maioria deles usa

    urnio natural e grafite como moderador. A gerao II responde pela maioria dos

    reatores que em operao. Eles usam urnio enriquecido e so resfriados e moderados

    pela gua. A gerao III a gerao dos Reatores Avanados. Por enquanto, s esto em

  • 53

    funcionamento alguns poucos no Japo. Estes reatores so melhoramentos da gerao

    II, sobretudo no tocante segurana.

    O custo overnight de construo das usinas nucleares (custo de valor presente

    considerado para pagamento completo no incio do projeto) varia de US$1000/kW na

    Repblica Tcheca a US$2500/kW no Japo, e a mdia de US$1500/kW. Elas so mais

    caras em comparao a outras termeltricas, mas produzem energia mais barata e no

    sensvel taxao de emisses de carbono.

    Para diminuir o consumo de urnio e estender o tempo de uso das reservas

    atuais, foram desenvolvidas algumas tecnologias de reciclagem de rejeitos e

    reaproveitamento do urnio-238 (U-238) excedente. O plutnio-239 (Pu-239), presente

    no lixo atmico, pode ser utilizado no chamado combustvel de xido misto (MOX) e

    usado em reatores civis. O urnio-238 empobrecido pode ser usado tanto para a

    manufatura do combustvel MOX, como ser enriquecido novamente at alcanar o nvel

    natural ou mesmo at o nvel de enriquecimento necessrio para ser utilizado como

    combustvel. Tabela 5.2: Localizao e caractersticas dos reatores em atividade no mundo.

    14

    Reator Principais Pases Nmero GWe Combustvel Refrigerante Moderador

    Pressurised Water Reactor

    (PWR)

    EUA, Frana, Japo,

    Rssia, China, Brasil 265 251,6

    UO2 enriquecido

    gua gua

    Boiling Water Reactor

    (BWR) EUA, Japo, Sucia 94 86,4

    UO2 enriquecido

    gua gua

    Pressurised Heavy Water

    Reactor 'CANDU'

    (PHWR)

    Canad 44 24,3 UO2 natural gua Pesada gua

    Pesada

    Gas-cooled Reactor (AGR

    & Magnox*) Reino Unido 18 10,8

    U natural

    (metal),

    UO2 enriquecido

    CO2 Grafite

    Light Water Graphite

    Reactor (RBMK)* Rssia 12 12,3

    UO2 enriquecido

    gua Grafite

    Fast Neutron Reactor

    (FBR) Japo, Frana, Rssia 4 1,0 PuO2 e UO2 Sdio lquido nenhum

    Outros Rssia 4 0,05 UO2

    enriquecido gua Grafite

    TOTAL 441 386,5

    GWe = capacidade em milhares de megawatts (aproximada)

    * Gerao I

    Gerao III

    5.4 Impactos ambientais

    Em tempos de preocupao com as emisses de gases de efeito estufa, a energia

    nuclear apresenta um dos menores fatores de emisso destes gases, de cerca de

    8-27g CO2equiv/kWh(e)h-1

    , o que um dos grandes atrativos dessa forma de energia15

    .

    Embora a reao de fisso que gera o vapor para a produo de energia no libere gs

    carbnico, ele pode ser encontrado na produo de energia para a extrao, converso e

    enriquecimento de urnio (sendo que o enriquecimento por difuso gasosa aumenta

  • 54

    mais a emisso que por centrifugao), na construo/desativao da usina e no

    reprocessamento de combustvel.

    As usinas nucleares tambm usam grandes quantidades de gua para a produo

    de vapor e resfriamento. Esta gua gera efluentes aquosos contendo metais pesados e

    sais provenientes do sistema de resfriamento da usina, alm de poluio trmica. Os

    efluentes aquosos radioativos tambm podem ser encontrados na minerao do urnio e

    precisam ser rigidamente monitorados. No que diz respeito aos resduos gerados, um

    problema srio e muito subestimado a produo de lixo radioativo e a contaminao

    das terras onde o lixo armazenado. As novas tecnologias de desenvolvimento de

    reatores nucleares indica que os reatores do futuro no produziro o chamado lixo

    radioativo, uma vez que este rejeito poder ser o combustvel para outro reator e assim

    at que o risco e a periculosidade sejam eliminados.

    5.5 Riscos

    Os riscos ambientais mais importantes na implantao e operao de uma usina

    nuclear so a possibilidade de vazamento de radiao e/ou material radioativo, seja no

    transporte, seja na usina. Acidentes famosos como o de Chernobyl e o de Three Mile

    Island continuam assombrando a opinio pblica com o fantasma da contaminao

    nuclear.

    O acidente de Chernobyl, o mais famoso da histria, ocorreu em 1986 devido a

    uma falha humana, causada por pessoal no qualificado. O reator fundiu e dele foram

    liberados resduos radioativos para a atmosfera, contaminando a regio e espalhando

    material radioativo para boa parte da Europa Oriental. Em torno da usina, foi criada uma

    zona de excluso de 4300 km, que deve ser mantida sem presena humana at que os

    nveis de radiao se normalizem16

    .

    Three Mile Island, em 1979, foi o maior acidente dos EUA, e os acontecimentos

    foram muito semelhantes aos de Chernobyl, mas em escala menor. Muito menos

    pessoas foram afetadas e no houve necessidade de estabelecer uma zona de excluso.

    A importncia deste acidente reside no modo como ele aumentou drasticamente as

    preocupaes com a segurana de usinas nucleares17

    .

    Mais recentemente, em janeiro de 2011, houve um acidente na Usina Nuclear de

    Fukushima no Japo. Este acidente foi causado por falha no sistema de refrigerao

    devido inundao da usina, que foi submetida a um maremoto com ondas de 14

    metros de altura, resultante de um terremoto de elevada intensidade, que ultrapassaram

    os diques de proteo. Os diques foram construdos para proteo de ondas de at 6

    metros. Este acidente colocou a energia nuclear novamente em discusso. H, no

    entanto, que se considerar que, do ponto de vista da engenharia, mesmo sob condies

    extrema e no previstas, a situao est sendo contornada e os efeitos e consequncias,

    minimizados.

    Cabe ressaltar que esses acidentes promoveram um grande amadurecimento da

    humanidade para os aspectos de segurana industrial e do trabalho.

    Os riscos para algum que deseje implantar a gerao nuclear no Brasil e no

    mundo so as presses da opinio pblica e polticas ainda no consolidadas de no

    proliferao de armas nucleares. Para o futuro, o uso em larga escala de energia nuclear

    ameaado pelo desenvolvimento de tecnologias menos poluentes de combustveis

    fsseis, j que o custo de implantao pode desestimular a construo de usinas

    nucleares. Contudo, cabe notar que uma importante alternativa para a produo de

    energia, capaz de ser realizada em escala, para fazer frente ao aumento de consumo e a

    substituio parcial dos combustveis fsseis, a nuclear.

  • 55

    5.6 Pesquisa e tendncia futura

    Os reatores da gerao IV esto em desenvolvimento e no sero operacionais

    antes de 2020, conforme indica a Tabela 5.3. Eles tero ciclos de combustvel fechados

    e queimaro os actindeos que hoje esto no lixo nuclear. Tabela 5.3: Reatores de quarta gerao, ainda em fase de desenvolvimento.

    18

    Tipo

    Nutron

    (rpido/

    termal)

    Refrigerador Tempera-

    tura (C) Presso* Combustvel

    Ciclo do

    combust

    vel

    MWe Usos

    Gas-cooled fast

    reactors rpido hlio 850 alta U-238 +

    fechado,

    on site 1200

    eletricidade

    e

    hidrognio

    Lead-cooled

    fast reactors rpido

    chumbo ou

    Pb-Bi 480-800 baixa U-238 +

    fechado,

    regional

    20-180

    300-

    1200

    600-

    1000

    eletricidade

    e

    hidrognio

    Molten salt fast

    reactors rpido

    sais de

    fluoreto 700-800 baixa sal de UF fechado 1000

    eletricidade

    e

    hidrognio

    Molten salt

    reactor -

    Advanced

    High-

    temperature

    reactors

    termal sais de

    fluoreto 750-1000

    UO2

    partculas em

    prisma

    aberto 1000-

    1500 hidrognio

    Sodium-cooled

    fast reactors rpido sdio 550 baixa

    U-238 e

    MOX fechado

    30-150

    300-

    1500

    1000-

    2000

    eletricidade

    Supercritical

    water-cooled

    reactors

    termal

    ou

    rpido

    gua 510-625 muito

    alta UO2

    aberto

    (termal)

    fechado

    (rpido)

    300-700

    1000-

    1500

    eletricidade

    Very high

    temperature

    gas reactors

    termal hlio 900-1000 alta

    UO2

    prisma ou

    pedaos

    aberto 250-300

    eletricidade

    e

    hidrognio

    O uso de trio (Th) como combustvel apontado, por muitas fontes, como uma

    alternativa melhor ao uso do urnio, uma vez que as reservas de trio so trs vezes

    maiores. J existem reatores capazes de operar com Th-232, como os chamados

    CANDU, mas eles ainda no so comercialmente viveis. Os reatores de trio comeam

    a funcionar recebendo nutrons de um material radioativo tradicional, como U-235 ou

    Pu-239. Uma vez recebido o nutron, o Th-232 se torna U-233, que continua o processo

    sem a necessidade dos iniciadores da cadeia. As vantagens de ter o trio como

    combustvel so que ele um recurso muito mais abundante que o urnio e no precisa

    ser enriquecido para utilizao. Alm disso, seu rejeito muito menos radioativo que o

    rejeito da fisso do urnio. Apesar dessas vantagens, h alguns srios problemas a

    resolver. Um deles que a produo do combustvel base de trio tem um custo muito

    elevado, por causa da alta radioatividade do U-233. Se, por um lado, esta radioatividade

    evita a proliferao do uso do combustvel com fins armamentcios, por outro, aumenta

  • 56

    muito o custo de armazenagem. A reciclagem do trio tambm no muito fcil, devido

    a presena do Th-228, altamente radioativo18

    . As pesquisas para possibilitar o uso do

    trio como combustvel vm sendo feitas h cerca de 30 anos ao redor do mundo e

    continuam.

    As linhas de pesquisa do Electric Power Research Institute (EPRI), na rea

    nuclear, resumem bem os avanos que podem ser esperados no setor: segurana nuclear,

    desempenho de material, otimizao de manuteno e operao de usinas, melhorias na

    confiabilidade do equipamento, gerenciamento e disposio de lixo de baixo e alto

    nveis de radioatividade, segurana de usinas nucleares, desenvolvimento de novos

    reatores, testes no destrutivos de materiais e componentes, melhorias na confiabilidade

    do combustvel, gerenciamento de materiais, componentes, sistemas e estruturas

    envelhecidos, gerenciamento dos ativos, reduo do campo de radiao, avaliao,

    comunicao e gerenciamento de riscos, melhoria de desempenho humano19

    .

    5.7 Consideraes finais

    A energia nuclear um dos conceitos de produo de energia mais recentes,

    tendo sua histria praticamente toda no sculo XX. A energia liberada pela fisso de

    ncleos atmicos to grande que pequenos volumes de material radioativo geram

    grandes quantidades de energia. Alm disso, a fisso nuclear no contribui para o efeito

    estufa em si todas as emisses de gases de efeito estufa relacionados energia nuclear se relacionam minerao e ao transporte do urnio, alm da construo da usina.

    Porm, na mesma medida em que bastante atraente, a energia nuclear tem suas

    prprias dificuldades a serem contornadas: o resduo da fisso altamente radioativo e

    deve ser disposto em locais isolados, que sero monitorados por sculos/milnios at o

    lixo se tornar inofensivo. Alm disso, o urnio-235 usado na produo de energia no

    um recurso renovvel, embora suas reservas sejam grandes. Socialmente falando, a

    energia nuclear ainda carrega um grande estigma, devido ao uso militar e aos acidentes,

    como o caso de Chernobyl e Fukushima, causado por erro humano em uma usina

    nuclear da Europa Oriental, discutido anteriormente.

    A pesquisa busca incessantemente suplantar essas dificuldades, e h projetos de

    reatores que podem ser movidos com o lixo nuclear, gerando um resduo menos

    perigoso, de reatores capazes de usar combustveis menos radioativos que o urnio-238,

    como o trio, e vrias outras abordagens, que podem at mesmo gerar hidrognio como

    subproduto.

    Todo o interesse em seu desenvolvimento justificvel pelo fato de a energia

    nuclear ser barata, abundante e ambientalmente menos agressiva que a energia de

    origem fssil. A energia contida nos elementos radioativos da Terra muito grande para

    ser desperdiada e uma das grandes apostas de especialistas como energia do futuro.

    5.8 Referncias

    1 COMISSO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR. Histria da Energia Nuclear. Disponvel em: . Acesso em 30 de set. 2010.

    2 INTERNATIONAL ATOMIC ENEGY AGENCY. IAEA Annual Report 2010. Disponvel em: . Acesso em 02 de fev. 2011.

    3 BP STATISTICAL REVIEW. BP Statistical Review of World Energy 2009. Disponvel em . Acesso em: 6 de jun. 2010.

  • 57

    4 UCENTER HOME. Supply of Uranium. Disponvel em: . Acesso em: 10 de out.

    2010.

    5 KURAMOTO, R. Y. R., APPOLONI, C. R. Uma Breve Histria da Poltica Nuclear Brasileira. Disponvel em:. Acesso em: 15 de out. 2010.

    6 DW. Brasil pressiona Alemanha para manter cooperao nuclear. Disponvel em: . Acesso em: 20 de set. 2010.

    7 WOLRD NUCLEAR ASSOCIATION. Suppy of Uranium. Disponvel em: . Acesso em: 10 de out. 2010.

    8 INDSTRIAS NUCLEARES BRASILEIRAS. Reservas. Disponvel em: < http://www.inb.gov.br/pt-br/WebForms/interna2.aspx?secao_id=48 >. Acesso em: 17 de set. 2010.

    9 WORLD NUCLEAR ASSOCIATION. The Economics of Nuclear Power. Disponvel em: . Acesso em: 10 de out. 2010.

    10 DAILY. Uranium Market. Disponvel em: http://dailyreckoning.com/uranium-market/. Acesso em : 30 de set. 2010.

    11 TRADE TECH. Uranium Prime. Disponvel em: . Acesso em: 10 de set. 2010.

    12 CARDOSO, E.M. (Coord.). Energia Nuclear: apostila educativa. Disponvel em: . Acesso em: 11 de out. 2010.

    13 SILVA, O. L. P., MARQUES, A. L. F. Enriquecimento de Urnio no Brasil. Disponvel em: . Acesso em: 01 de set. 2010.

    14 KOK, D. K.(Ed.) Nuclear Engineering Handbook. CRC Press. 2009

    15 ALAIN TREMBLAY, A ET AL.: The issue of greenhouse gases from Hydroelectric reservoirs: From boreal to tropical regions. Disponvel em:

    . Acesso em: 19 de out. 2010.

    16 WORLD NUCLEAR ASSOCIATION. Chernnobyl Accident 1986. Disponvel em:. Acesso em: 17 de out. 2010.

    17 WIKIPEDIA. Three Mile Island accident. Disponvel em: . Acesso em: 30 de out. 2010.

    18 WORLD NUCLEAR ASSOCIATION . Thorium. Disponvel em: . Acesso em: 20 de out. 2010.

    19 ELETRIC POWER RESEARCH INSTITUT. Frequently Asked Questions. Disponvel em: . Acesso em: 30 de out.

    2010.

  • 58

    6 ENERGIA GEOTRMICA

    O interior do planeta Terra tem uma temperatura que varia entre poucas centenas

    de graus Celsius a 5000C. constitudo de um ncleo interno slido, um ncleo

    externo lquido e um manto lquido de rochas derretidas, conforme ilustra a Figura 6.1.

    Essa alta temperatura atribuda principalmente ao calor liberado pelo decaimento

    radioativo de istopos como o potssio-40 (K-40), o trio-232 (Th-232) e o urnio-235

    (U-235). A crosta terrestre dividida em placas, chamadas placas tectnicas, que

    repousam sobre esse manto.1

    Figura 6.1: Estrutura interna da Terra

    2.

    Esse calor transferido por correntes de conveco por meio do magma e chega

    s rochas da crosta, criando regies de rochas aquecidas. Sob as condies corretas, a

    gua penetra nessas rochas e cria bolses de gua e vapor a altssimas temperaturas. Isso

    ocorre nas regies de borda das placas tectnicas e em linhas de falha, porque, nessas

    regies, o magma chega prximo superfcie, por ao do vulcanismo. Essa gua se

    chama fluido geotrmico, conforme apresenta a Figura 6.2. Na Figura 6.3, possvel

    observar as regies de maior potencial de ocorrncia da energia geotrmica.

    Figura 6.2: Correntes de conveco no magma, aquecendo a crosta

    3.

  • 59

    Figura 6.3: Regies potenciais para aproveitamento geotrmico.

    4

    A forma mais antiga de utilizao da energia geotrmica o uso para

    aquecimento. As chamadas guas termais so utilizadas para banho em algumas regies do mundo h mais de dez mil anos.

    5 Em 1827, Francesco Larderel, na Itlia, foi

    um dos pioneiros em usar fluidos geotrmicos para fornecer calor em sua indstria, em

    vez de queimar lenha.6

    Em 1904, em Larderello, foi construdo o primeiro sistema que

    buscava gerar energia com o uso dos vapores geotrmicos. Embora eles tenham sido

    corrodos pelos compostos presentes nesse fluido, o sucesso do empreendimento em

    gerar energia faria com que melhorias fossem implementadas, e em 1913, uma usina de

    250 kW fosse produzida. Aps a Segunda Guerra Mundial, nas dcadas de 1960 e 1970,

    a produo de eletricidade de fontes geotrmicas se expandiu pelo mundo.

    Uma usina geotrmica no muito diferente de qualquer outra termeltrica. A

    diferena que o vapor no gerado em uma caldeira ou reator, mas retirada da Terra.

    A Tabela 6.1 mostra as regies do mundo em que h usinas de gerao geotrmica

    instaladas.

    Tabela 6.1: Capacidade instalada de gerao geotrmica no mundo.

    6

    Pas 1995

    (MWe)

    2000

    (MWe)

    1995-2000

    (increm. MWe )

    % increm.

    (1995-2000)

    2003

    (MWe)

    Argentina 0,67 - - - -

    Austrlia 0,15 0,15 - - 0,15

    ustria - - - - 1,25

    China 28,78 29,17 0,39 1,35 28,18

    Costa Rica 55 142,5 87,5 159 162,5

    El Salvador 105 161 56 53,3 161

    Etipia - 7 7 - 7

    Frana 4,2 4,2 - - 15

    Alemanha - - - - 0,23

    Guatemala - 33,4 33,4 - 29

    Islndia 50 170 120 240 200

    Indonsia 309,75 589,5 279,75 90,3 807

    Itlia 631,7 785 153,3 24,3 790,5

    Japo 413,7 546,9 133,2 32,2 560,9

    Knia 45 45 - - 121

    Mxico 753 755 2 0,3 953

    Nova Zelndia 286 437 151 52,8 421,3

    Nicargua 70 70 - - 77,5

    Papua Nova Guin - - - - 6

    Filipinas 1227 1909 682 55,8 1931

    Portugal 5 16 11 220 16

    Rssia 11 23 12 109 73

    Tailndia 0.3 0,3 - - 0,3

    Turquia 20,4 20,4 - - 20,4

    EUA 2816,7 2228 - - 2020

    Total 6833.35 7972,5 1728,54 16,7 8402,21

  • 60

    6.1 Situao no Brasil

    Se, por um lado, diz-se que o Brasil um pas privilegiado por estar longe das

    zonas de terremotos e vulcanismo, localizando-se bem no meio de uma placa tectnica,

    por outro, isso o torna, de maneira geral, menos propcio utilizao da energia

    geotrmica, considerando-se as tecnologias atuais. Isso no quer dizer que,

    pontualmente, no existam locais no pas que possuem rochas aquecidas em

    profundidades viveis.

    Uma informao importante para a escolha de pontos promissores do Brasil o

    gradiente geotrmico da regio. Esse gradiente uma medida de em quantos graus a

    temperatura do solo aumenta a cada quilmetro escavado. Os dados para essas medidas

    podem ser recolhidos de empresas petrolferas que j tenham escavado a regio a ser

    estudada.

    O gradiente geotrmico mdio do Brasil de 35C/km, o que quer dizer que

    preciso escavar cerca trs km para se atingir uma temperatura suficiente para a ebulio

    da gua. Porm, em alguns pontos do territrio, j foram registrados gradientes de

    70C/km. A Bacia do Potiguar, entre Pernambuco e Cear, um exemplo.9

    O fluxo

    geotrmico uma medida de quanto calor flui do interior para o exterior da Terra. Ele

    calculado como o produto entre o gradiente geotrmico pela condutividade trmica das

    rochas da camada que est sendo medida.10

    A Figura 6.4 mostra um mapa geotrmico

    do Brasil, em funo do seu fluxo geotrmico.

    Figura 6.4: Mapa geotrmico do Brasil.

    11

  • 61

    No h produo de energia eltrica por fontes geotrmicas no Brasil, mas o pas

    aproveita o calor fornecido por guas termais, conforme indica a Tabela 6.2. O potencial

    para a explorao em larga escala de fonte geotrmica de baixa temperatura

    significativo, particularmente no sudeste e no sudoeste do pas.

    Tabela 6.2: Usos diretos de energia geotrmica no Brasil.

    11

    Capacidade trmica total instalada - MWt: 360,1

    Uso direto - TJ/ano 6.662,4

    Uso direto - GWh/ano 1.839,7

    Fator de capacidade 0,58

    6.2 Mercado

    A Chevron Corporation o maior produtor privado de energia eltrica de fonte

    geotrmica. Em janeiro de 2010, a Alston assinou um contrato para a construo de uma

    usina (turnkey) de 25 MW no Mxico, no valor de 30 Mi. A Toshiba uma importante fornecedora de equipamentos para aproveitamento

    geotrmico, sendo detentora de uma fatia de 34% do mercado. So 40 unidades

    instaladas nos seguintes pases: Japo (4), Filipinas (9), Estados Unidos (17), Mxico

    (9) e Costa Rica (1).

    Os principais fornecedores do conjunto turbina/gerador so: Ormat, MHI,

    Melco, MHI, Fuji, GE, Alstom, Ansaldo, Toshiba, DeLaval, UTC Power, GE, Ideal,

    Toshiba, Kaluga, Privod. As empresas seguintes fornecem instalaes na forma de EPC

    (Engineering Procurement and Construction): DAL SpA, Scott Wilson Piesold, Sinclair

    Knight Merz, H Young, Ormat, Power Engineers, Satet, Phillips Petroleum Co, Fuji

    Electric, Rotoflow, Electric Machinery, Dravo, Raser, S&W, TIC, C E Holt, Kiewit,

    Ukrenergoprom, Taihei Dengyo Kaisha, F F Cruz, KRTA, MHI, Balcke-Durr, Istak,

    Sumitomo, Enex, Eykt, SMEC-HGEM.

    Em termos do modelo de negcios, comum empreendimentos do tipo parceria

    pblico-privada, como ocorre no Chile.

    6.3. Explorao e perfurao de poos

    O primeiro passo para o aproveitamento da energia geotrmica o programa de

    explorao, visando encontrar uma regio adequada. A explorao tem cinco objetivos

    principais: localizar as reas que repousam sobre rochas quentes, estimar o volume, a

    temperatura e a permeabilidade do reservatrio, predizer o estado fsico do fluido

    geotrmico, definir a natureza qumica do fluido e prever o potencial de gerao por um

    mnimo de vinte anos.

    A primeira etapa da explorao a pesquisa de literatura, onde se levantam

    possveis dados j coletados sobre uma rea promissora. A prxima etapa a pesquisa

    area. Nela, sero pesquisados a estrutura do campo, as localizaes de anomalias

    trmicas (via imagens de infravermelho), dados aeromagnticos e subsdios para uma

    futura pesquisa geolgica. Essa pesquisa geogrfica uma pesquisa feita em solo, de

    competncia de um gelogo, onde sero detectadas e caracterizadas algumas

    caractersticas, como a tectonia e a estratificao do solo na rea, falhamento recente,

    distribuio e idade de rochas vulcnicas recentes, localizao e natureza das

    manifestaes trmicas e solos e rochas alterados pela temperatura.

    A prxima pesquisa a hidrolgica, feita por um hidrologista. Ele ir estudar

    dados meteorolgicos da rea, a temperatura e os fluxos de calor de fontes quentes e

  • 62

    frias, dados de anlises qumicas das fontes, os lenois freticos e movimentos de guas

    superficiais e do reservatrio.

    A pesquisa geoqumica determinar se o recurso tem dominncia de lquido ou

    vapor, estimar a temperatura mnima do fluido geotrmico, determinar as

    propriedades qumicas do fluido no reservatrio e caracterizar a recarga de gua, sua

    natureza e fontes.

    A ltima pesquisa a ser conduzida a geofsica, que apontar o melhor lugar

    para fazer os primeiros poos profundos. Com os dados das pesquisas anteriores, o

    geofsico decide os testes que sero feitos para dar seu veredito. Alguns desses testes

    incluem medidas de fluxo de calor, pesquisas de gradiente de temperatura, pesquisas de

    resistividade eltrica do solo, mtodos ssmicos ativos e passivos e pesquisas sobre a

    gravidade local.

    A sntese de toda essa pesquisa deve ser capaz de gerar um mapa do local

    explorado, em grande escala, com, pelo menos, as seguintes informaes: estradas,

    construes e escavaes, estruturas geolgicas mais importantes (bordas da caldeira,

    falhas principais, fluxos recentes de lava e bordas de reas suspeitas de baixa

    permeabilidade), todas as manifestaes trmicas, atividade ssmica, contornos de

    gravidade e de eletrorresistividade. Se todas as medidas forem feitas corretamente, no

    ser difcil escolher os lugares onde sero cavados os poos.12

    Ao longo da pesquisa,

    uma das informaes mais importantes a temperatura do fluido geotrmico. Para cada

    faixa de temperatura do fluido h uma utilizao adequada. Uma classificao para as

    fontes geotrmicas mostrada na Tabela 6.3.

    Tabela 6.3: Classificao das fontes geotrmicas por temperatura (em C).

    13

    (a) (b) (c) (d) (e)

    Entalpia baixa < 90 225 >200 >150 >190

    Uma vez determinado se o ponto em questo adequado para a construo da

    usina em termos geolgicos, comea a perfurao de dois poos um para a extrao do fluido geotrmico, e outro para a sua reintroduo na Terra para reaquecimento.

    A tcnica moderna de perfurao, proposta por um cientista alemo na dcada de

    1980, a utilizao de uma broca com uma espcie de maarico sua frente. Esse

    maarico, alimentado com hidrognio e oxignio, alcana uma temperatura de 3000C,

    que funde qualquer rocha e facilita a perfurao uniforme do poo. Quando a rocha

    (normalmente composta de silicatos) novamente solidificada, ela o faz na forma

    vtrea, o que impermeabiliza e protege o poo. A rocha perfurada quase dez vezes

    mais rpido do que em processos convencionais, de forma contnua.

    O fluido geotrmico que ser utilizado pode vir de trs fontes: rochas midas

    quentes, rochas secas quentes (HDR) ou vapor seco.

    As rochas quentes midas so aquelas em que h um aqufero em contato com as

    rochas, que ser a fonte de fluido geotrmico. Ele bombeado de um poo e reinjetado

    em outro, para haver um novo aquecimento. Esse tipo de reservatrio tem uma vida til

    relativamente curta (dez anos, em alguns casos), mas que pode ser prolongada com a

    injeo de gua de outras fontes no poo.

    No caso das rochas secas quentes, no h reservatrio. Dois poos so cavados,

    e, em um deles, injetada gua sob presso. A gua fratura a rocha e cria um

    reservatrio artificial de fluido geotrmico, que ser aquecido e recuperado no outro

    poo. O primeiro empreendimento dessa natureza foi feito em Los Alamos em 1970.

  • 63

    As fontes de vapor seco, mais raras, so fontes em que, em vez de fluido

    geotrmico, utiliza-se vapor superaquecido, captado com presso suficiente para girar as

    turbinas. o caso das fontes de Larderello, por exemplo.

    Os custos de implantao de uma usina geotrmica podem ser sintetizados na

    Tabela 6.4, comparando-se tambm com custos de outras tecnologias. Embora o custo

    de perfurao seja alto (estimado em R$6 milhes), o custo energtico ainda menor do

    que o de vrios outros empreendimentos.

    Tabela 6.4: Custos de investimentos de implantao de energias renovveis.

    13

    Custo energtico atual

    US/kWh

    Custo energtico futuro

    US/kWh

    Turnkey

    US$/kW

    Biomassa 5 - 15 4 - 10 900 - 3000

    Geotrmica 2 - 10 1 - 8 800 - 3000

    Elico 5 - 13 3 - 10 1100 - 1700

    Solar (fotovoltaico) 25 - 125 5 - 25 5000 10.000

    Solar (trmico) 12 - 18 4 - 10 3000 - 4000

    Mars 8 15 8 15 1700 - 2500

    6.4 Produo de energia

    A utilizao dos vapores geotrmicos para a produo de energia eltrica pode

    ser feita de trs formas: com exausto atmosfrica, com sistema de resfriamento e com

    sistema binrio.

    O arrefecimento atmosfrico o mais simples. Nele, o fluido geotrmico

    captado e passa por um separador, no qual as fases lquida e gasosa seguiro caminhos

    diferentes. O vapor gira a turbina, e o lquido reinjetado no solo. Depois de ser usado

    na turbina, o vapor lanado na atmosfera. Esse sistema mais simples e mais barato,

    tendo como nica desvantagem a grande perda de vapor que poderia ser reaproveitado.

    Quando a usina tem um sistema de resfriamento, ela ser forosamente de maior

    porte e levar mais tempo para ser instalada, mas seu consumo de vapor bem menor.

    O terceiro tipo o sistema binrio. Nesse sistema, o fluido geotrmico no

    usado diretamente na turbina. Ele usado para vaporizar um fluido secundrio, que

    gerar a energia. O fluido secundrio geralmente utilizado o n-pentano. Esse sistema

    permite que sejam utilizadas guas em temperaturas mais baixas do que nos outros tipos

    de sistema. As usinas com sistema binrio geralmente so constitudas de vrios

    pequenos conjuntos de turbinas, cada uma gerando poucas centenas de kWe ou poucos

    MWe, para criarem usinas com capacidade de dezenas de MWe.

    6.5 Bombas de calor geotrmico

    Uma bomba de calor geotrmico, ou sistema GHP, utiliza calor geotrmico para

    aquecer ou resfriar residncias. Um conjunto de canos preenchidos por fluido

    enterrado no solo, a uma profundidade suficiente para que haja aquecimento do fluido.

    Esse conjunto pode ser de looping fechado ou aberto. No caso do looping aberto, a gua

    bombeada de um reservatrio quente e devolvida a ele, enquanto apenas circula, no

    fechado. O maior sistema GHP do mundo fica em Fort Polk, na Lousiana.15

  • 64

    6.6 Impactos e riscos

    O fluido geotrmico tem alto ndice de minerais e gases dissolvidos. Em usinas

    em que parte do fluido liberada para a atmosfera, pode haver contaminao de

    compostos como gs carbnico, sulfeto de hidrognio, metano, amnia, mercrio,

    arsnico e outros. O grande consumo de gua, para resfriamento e injeo, tambm pode

    causar problemas em regies onde ela pouco disponvel. O processo de perfurao

    causa poluio sonora e pode desencadear terremotos na regio.16

    A retirada do fluido

    geotrmico, se no for acompanhada de injeo, pode causar abalos na regio. A Tabela

    6.5 resume os principais riscos da produo de energia geotrmica e sua importncia.

    Tabela 6.5: Probabilidade e severidade de potenciais impactos ambientais associado

    a empreendimentos geotrmicos.16

    Impacto Probabilidade de ocorrer Severidade das consequncias

    Poluio atmosfrica B M

    Poluio de guas superficiais M M

    Poluio do subsolo B M

    Subsidncia de terras B B a M

    Altos nveis de rudo A B a M

    Exploso de poos B B a M

    Conflitos culturais e arqueolgicos B a M M a A

    Problemas socioeconmicos B B

    Poluio qumica ou trmica B M a A

    Disposio de resduos slidos M M a A B = Baixa / M = Mdia / A = Alta

    Alm dos riscos ambientais, listados na tabela anterior, h o risco de que os

    campos se esgotem em pouco tempo, especialmente se forem explorados de maneira

    pouco cuidadosa.

    Os riscos de ordem econmica encontram-se especialmente na fase de

    explorao. Geralmente, so gastos de US$2-US$10 milhes de dlares nessa fase, mas

    h casos em que as cifras so bem mais altas. Todo o processo longo e complexo,

    podendo levar muitos anos. H o risco de que s nas etapas finais que fique claro que

    a rea pesquisada no economicamente aproveitvel para a produo de energia.

    Essas barreiras no impediram que fontes de energia geotrmica fossem

    encontradas e desenvolvidas para uso comercial.

    6.7 Pesquisa e tendncia futura

    A tecnologia HDR, em que o reservatrio de fluido geotrmico artificialmente

    criado, a mais recente tecnologia de produo de eletricidade geotrmica. As

    pesquisas, atualmente, concentram-se em resolver alguns problemas que a HDR

    apresenta, por exemplo: a prospeco, o pouco conhecimento sobre os mecanismos de

    formao do aqufero artificial e possveis perdas de gua devidas natureza da

    formao geolgica escolhida.17

    Outro alvo de pesquisas o mapeamento geotrmico das regies onde se tem

    interesse que seja instalada a usina HDR. preciso conhecimento do gradiente

    geotrmico da regio e das formaes rochosas do subsolo da mesma. O Google investe

  • 65

    em duas empresas e uma universidade (Potter Drilling, AltaRock Energy e Southern

    Methodist University Geothermal Lab) para o desenvolvimento dessa tecnologia.18

    6.8 Consideraes finais

    A energia geotrmica uma forma de aproveitamento de energia com um

    conceito relativamente simples e baixo impacto ambiental. Seus percalos tm sido

    resolvidos ao longo dos anos, e ela j bem mais vivel hoje do que era h trinta anos.

    Ainda assim, um grande esforo precisa ser feito na explorao de lugares

    propcios para a determinao dos stios para a instalao das usinas. Essa a etapa de

    maior risco e a etapa de perfurao tem de maior custo. Alm disso, os possveis lugares

    para a instalao desse tipo de aproveitamento encontram-se em regies de ocorrncia

    de terremotos e vulces.

    A grande promessa da energia geotrmica a tecnologia de rochas secas. Caso

    avancem a ponto de se tornarem viveis, iro aumentar significativamente o potencial

    dessa forma de energia e talvez dissemin-la mais rpido do que o previsto.

    6.9 Referncias

    1 CPRM SERVIO GEOLGICO DO BRASIL. Estrutura interna da Terra. Disponvel em: . Acesso em: 16 de out.

    2010.

    2 CPRM SERVIO GEOLGICO DO BRASIL. Figura da Estrutura interna da Terra. Disponvel em . Acesso em: 16 de out. 2010.

    3 DOMINGOS, A. L. Correntes de conveco. Disponvel em: . Acesso em 15 de out. 2010.

    4 WIKID ENERGY FUNHOUSE. Resources, Availability, and Impact. Disponvel em: . Acesso em: 01 de nov. 2010.

    5 BARROS., J. G. C. As guas Subterrneas ou as guas que Brotam das Pedras. Disponvel em: . Acesso em 30 de out. 2010.

    6 DICKSON, M. H.;FANELLI, M. What is Geothermal Energy? Disponvel em: . Acesso em 15 de nov. 2010.

    7 TOSHIBA. Power Generation. Disponvel em: . Acesso em 16 de

    nov. 2010.

    8 SISMOLOGIA-USP. Terremotos. Disponvel em:. Acesso em 09 de nov. 2010.

    9 SOARES, U. M. As relaes entre tecnonismo e sequencias deposicionais no rifte potiguar. Disponvel em: . Acesso em: 10 de nov. 2010.

  • 66

    10 CENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DE SANTA CATARINA. O interior da Terra. Disponvel em: .

    Acesso em: 25 de nov. 2010.

    11 Banco de Dados Geotrmicos, Projeto 300745/77-0 CNPq, 1996

    12 DIPIPPO, R. Geothermal power plants principles, applications and environmental impact. 2 edio. Editora Elsevier, Oxford, 2008.

    13 CANADIAN GEOTHERMAL ENERGY ASSOCIATION. What is a Geothermal Energy? Disponvel em: < http://www.cangea.ca/what-is-geothermal/>. Acesso em 27 de nov. 2010.

    14 ALTA ROCK ENERGY. EGS Exploration Methodology Project . Disponvel em: . Acesso em: 10 de nov. 2010.

    15 CLIMATEMASTER. Fort Polk demonstrates potential for GHP System. Disponvel em: . Acesso em 5 de nov. 2010.

    16 CLEARINGHOUSE. Geothermal Energy Development. Disponvel em: . Acesso em 21 de nov. 2010.

    17 FREITAS, R. V., FREITAS, T. R. Aproveitamento da Energia Geotrmica. Disponvel em: . Acesso em 01 de dez. 2010.

    18 GOOGLE.ORG. A Googol of Heat Beneath Our Feet. Disponvel em: . Acesso em: 10 de dez. 2010.

  • 67

    7 ENERGIA DOS OCEANOS

    Uma srie de fatores influi sobre o movimento das guas dos oceanos, como

    diferenas de temperatura causadas pela incidncia do Sol, ventos e atrao

    gravitacional da Lua.

    As ondas ocenicas so, em geral, o resultado do vento soprando sobre a

    superfcie da gua e fornecendo a ela a energia para a formao da onda. Elas tambm

    podem ser causadas por movimentos ssmicos, como o caso dos tsunamis. O

    aproveitamento dessa energia chamado de energia das ondas. A Figura 7.1 mostra o

    potencial mundial de produo de energia pelas ondas.

    Figura 7.1: Densidade de energia em kW/m de ondas ao longo do mundo.

    1

    Outra forma de movimentao das guas so as mars. Mars so resultados da

    atrao gravitacional que o Sol e a Lua exercem sobre as grandes massas de gua. A

    mar alta ocorre em duas situaes: a sublunar, quando a Lua est mais prxima da

    massa de gua e a antipodal, quando est no extremo oposto do planeta, onde a parte

    rochosa do planeta atrada pela Lua com mais fora que a parte aquosa. A Figura 7.2

    mostra esse fenmeno. Essas duas mars altas so separadas por aproximadamente doze

    horas. Isso faz com que o nvel do mar sofra cerca de quatro variaes de nvel a cada

    24 horas. A energia desse processo chamada marmotriz.

    Figura 7.2: Ocorrncia das mars altas, na posio sublunar e na posio antipodal.

    2

  • 68

    O Sol tambm exerce influncia sobre as mars, mas bem mais suave. Quando a

    Terra, o Sol e a Lua esto alinhados, as mars se mostram mais intensas. Esse

    alinhamento ocorre duas vezes por ms, logo aps a Lua Nova e logo aps a Lua Cheia.

    As mars mais moderadas ocorrem logo aps os quartos da Lua. A Figura 7.3 indica as

    regies de maior potencial de aproveitamento da energia maremotriz.

    Figura 7.3: Regies mais apropriados para a utilizao da energia das mars.

    3

    Outra propriedade das guas ocenicas a de possuir um gradiente de

    temperatura capaz de ser utilizado na produo de energia, no processo chamado

    converso de energia trmica ocenica (OTEC). Em alguns pontos do globo, a diferena de temperatura entre a superfcie e uma profundidade de 1 km de mais de

    20C. A Figura 7.4 mostra as regies do globo em que h essa ocorrncia.

    Figura 7.4: Regies promissoras para o aproveitamento do gradiente trmico da gua do mar.

    4

    As correntes ocenicas so criadas pelo aquecimento desigual das massas de

    gua e pelos sistemas de ventos. O aquecimento desigual gera pontos com diferentes

    densidades e salinidades, gerando correntes de gua.5 O aproveitamento da energia das

    correntes marinhas semelhante ao da energia elica. Na Figura 7.5, pode-se observar a

    existncia das correntes ocenicas.

    Por fim, h a energia gerada pelo fenmeno de osmose, em que a gua flui de

    um meio menos concentrado para um mais concentrado. A osmose ocorre quando a

    gua dos rios encontra a gua do mar e a gua doce se difunde pela gua salgada por

    osmose. A energia osmtica tem potencial de aproveitamento em esturios ao redor do

    mundo. O primeiro prottipo de uma usina que funciona a base de energia osmtica foi

    montado na Noruega, em novembro de 2009, pela empresa Starkraft. Esse prottipo tem

    capacidade para produzir entre 2 e 4 kW de energia, com o uso de uma membrana que

    gera 1 W/m.7

  • 69

    Na Tabela 7.1, so apresentados os potenciais de gerao para esta fonte.

    Figura 7.5: Correntes ocenicas do mundo.

    6

    Tabela 7.1: Comparao entre a potncia mundial de energia das vrias fontes ocenicas

    e sua densidade de energia.8

    Recurso Potncia (TW) Densidade de Energia (m)

    Correntes Ocenicas 0,05 0,05

    Ondas 2,7 1.5

    Mars 0,03 10

    Gradiente Trmico 2,0 210

    Gradiente Salino 2,6 240

    A primeira patente de aproveitamento da energia dos oceanos foi registrada em

    1799, mas apenas depois da Segunda Guerra Mundial ela voltou a ser pesquisada com

    mais afinco. Na dcada de 1960, foram conduzidos estudos no Japo e, aps a primeira

    crise do petrleo, em 1973, o Reino Unido comeou seu prprio programa de pesquisa.

    A falta de recursos nos anos 1980 retardou o desenvolvimento das tecnologias, mas elas

    voltaram ter ateno nos anos 1990. Atualmente, h muitos dispositivos concorrentes

    para o aproveitamento da energia dos oceanos, mas nenhum provou ainda ser mais

    vivel que o outro. O Reino Unido, a Holanda e os pases nrdicos so os que mais

    investem em energia dos oceanos, graas s condies favorveis de suas costas. O

    maior empreendimento a usar a energia dos oceanos de forma vivel, hoje, a barragem

    de La Rance, na Frana. Essa barragem foi construda em 1966, gera 240 MW de

    eletricidade e pertence companhia lectricit de France (EDF). Quanto ao estgio de

    desenvolvimento, as vrias formas de energia dos oceanos podem ser classificadas

    como indica a Tabela 7.2.

    Tabela 7.2: Situao das energias ocenicas.

    9

    Forma de energia Produto energtico Aplicao

    Energia das mars Eletricidade Aplicado; relativamente caro

    Energia das ondas Eletricidade Pesquisa, desenvolvimento e demonstrao

    Energia das correntes Eletricidade Pesquisa e desenvolvimento

    Energia trmica ocenica Calor, eletricidade Pesquisa, desenvolvimento e demonstrao

    Energia osmtica Eletricidade Opo terica

  • 70

    No Brasil, no h estratgia ou legislao em energia ocenica por parte do

    governo. Toda a pesquisa se concentra em universidades e em algumas empresas, como

    a Petrobrs. Em termos de pesquisa e desenvolvimento, o Brasil tem um dispositivo que

    converte energia das ondas e est em fase de testes e a Petrobrs desenvolve um atlas de

    energia das ondas da costa brasileira. Em termos de demonstrao, h o projeto Pecm,

    no Cear, uma usina de energia das ondas que comeou a ser construda em 2009. O

    projeto pertence Petrobrs, ao Governo do Cear e ao COPPE/UFRJ. A tecnologia

    de bombeamento hidrulico aliado a turbinas Pelton, e a capacidade ser de 100 kW.

    Outro projeto o de Fernando de Noronha, do COPPE/UFRJ, do Governo de

    Pernambuco e da Petrobrs, com a mesma tecnologia e capacidade de 250 kW, para a

    dessalinizao de gua.10

    7.1 Mercado

    Como ainda no foi provada a viabilidade da maior parte das tecnologias de

    aproveitamento da energia ocenica, ainda no h um mercado desenvolvido para ela.

    Apenas as barragens de energia marmotriz operam em escala comercial.

    Atualmente, existem poucas usinas marmotrizes ao redor do mundo. A maior

    a j mencionada La Rance, na Frana. Outra usina, com capacidade de 20 MW a

    Annapolis Royal Generating Station, no Canad, inaugurada em 1984.11

    A usina mar-

    motriz de Jiangxia, na China, a terceira em capacidade, gerando 3,2 MW de energia e

    foi comissionada em abril de 1980.12

    A quarta maior usina a de Kislaya Guba, na

    Rssia, com uma capacidade de 1,7 MW, comissionada em 1968.

    Graas a seu enorme potencial, o Reino Unido o pas que lidera o

    desenvolvimento da energia ocenica. Os pases visados pelos desenvolvedores da

    tecnologia OTEC so pases do Pacfico, onde os gradientes de temperatura so

    maiores.

    7.2. Energia marmotriz

    A forma de energia ocenica mais utilizada, embora tenha alto custo, provm as

    barragens que usam a variao das mars para mover turbinas. preciso haver um

    desvio considervel entre a mar cheia e a mar baixa para essas barragens serem

    viveis.

    O princpio de funcionamento dessas barragens simples. Elas so construdas

    no esturio de um rio e possuem uma passagem abaixo da linha dgua, ligando o rio ao mar. Essa passagem contm turbinas e pode ser fechada do lado do rio por uma

    comporta. Quando a mar sobe, a comporta aberta permite que a gua flua pelas

    turbinas e gere energia. Quando a mar atinge o ponto mximo, a comporta fechada e

    retm a gua. Quando a mar atinge seu ponto mais baixo, a comporta reaberta e a

    gua flui pelas turbinas no sentido contrrio, gerando mais energia. A Figura 7.6 mostra

    o funcionamento de uma dessas instalaes.

    A usina de La Rance, na Frana, constituda de uma barragem de 330 m de

    comprimento. A diferena de nvel entre a mar baixa e a alta de cerca de 8 m,

    podendo chegar a 13,5 m. Ela constituda de 24 turbinas tipo bulbo, cada uma capaz

    de gerar 10 MW de energia. Sua construo custou 120 milhes de francos, que j

    foram recuperados. Hoje, o custo da energia produzida de menos de 0,02 euros por

    kWh.14

  • 71

    Figura 7.6: Esquema de funcionamento de uma barragem de mar.

    13

    Outra forma de aproveitamento da energia das mars o uso de turbinas, que so

    movidas pela corrente gerada pela mar, sem o uso de barragem. Vrios prottipos

    dessas turbinas esto sendo testados e desenvolvidos atualmente.

    7.3 Energia das correntes martimas

    As turbinas submersas para a produo de energia por meio de correntes

    ocenicas operam com os mesmos princpios de funcionamento das turbinas elicas: um

    fluido em movimento gira as ps de uma hlice acoplada a um gerador, que gera energia

    eltrica. Embora as velocidades alcanadas pelas correntes marinhas sejam muito

    menores que os ventos, a densidade de energia da gua 835 vezes maior. Isso significa

    que uma corrente marinha de 9,26 km/h (5 ns) gera o equivalente a ventos de 160 km/h

    (100 mi/h).16

    As turbinas podem ser instaladas de duas formas: fixas por hastes ao fundo do

    mar, como turbinas elicas, ou ancoradas por meio de um cabo, funcionando como uma

    pipa. Um exemplo de turbina fixa ao leito ocenico por haste o SeaGen, desenvolvido

    pela empresa Marine Current Turbines. Ele consiste em duas grandes turbinas em hlice

    fixadas a uma torre, conforme indica a Figura 7.7.

    Figura 7.7: Concepo artstica do SeaGen em funcionamento.

    15

    Pertencendo ao segundo tipo de ancoragem, o EvoPod, da Ocean Flow Energy,

    possui a hlice acoplada a um mdulo flutuante, como se observa na Figura 7.8. A

    vantagem dessa forma de fixao de turbina que a instalao muito menos

    dispendiosa e impactante. Alm disso, elas ocupam menos espao e apresentam menos

    riscos navegao.

  • 72

    Figura 7.8: Desenho esquemtico do EvoPod e EvoPod em funcionamento.

    16

    Outro tipo de turbinas de correntes ocenicas so turbinas de eixo vertical. As

    turbinas helicoidais Gorlov so exemplos desse tipo. A vantagem dessas turbinas que

    a nica condio para seu funcionamento em potncia mxima que o fluxo de fluido

    (ar ou gua) seja perpendicular a ela. Como as mudanas de direo das correntes de

    fluido costumam ocorrer no plano horizontal, no h queda de desempenho das turbinas.

    Na Figura 7.9, h uma ilustrao desse tipo de equipamento.

    Figura 7.9: Turbina helicoidal Gorlov e seu criador, Dr. Gorlov.

    17

    As turbinas de centro aberto so uma forma diferente de turbina. Seu desenho

    mais elegante, e o fato de no possuir eixos de transmisso e vrias engrenagens,

    possibilita requer menos manuteno que as turbinas tradicionais. Na Figura 7.10,

    encontra-se uma ilustrao desse tipo de turbina. Por outro lado, a manuteno de longo

    prazo muito mais cara que das outras.18

    Figura 7.10: Turbina ocenica de centro aberto.

    19

  • 73

    A empresa Blue Energy Canada, do Canad, desenvolve um prottipo chamado

    ponte marmotriz (tidal bridge power system), que consiste em vrias turbinas de eixo vertical montadas uma ao lado da outra, formando uma grade de um lado a outro do rio. Essas turbinas so presas, no alto, por uma estrutura de concreto, a ponte, que pode

    servir como uma via de trfego normal, com pistas automotivas sobre ela. Como

    vantagens, ela teria a passagem livre de peixes e maquinaria sobre a linha dgua, facilitando a manuteno. O primeiro prottipo tem capacidade de 1 MW, mas a

    empresa espera construir um com a capacidade de 200 MW.20

    A Figura 7.11 ilustra este

    tipo de turbina.

    Figura 7.11: Desenho de uma ponte mar-motriz em funcionamento.

    21

    A energia das correntes, atualmente, est na faixa de 10-14 USD cents por kWh,

    mas espera-se que baixe a 6 USD cents com a maturao da tecnologia.22

    7.4 Energia das ondas

    Vrios dispositivos foram desenvolvidos para a captao do movimento das

    ondas para a produo de energia. Existem vrios desenhos e vrios princpios

    competindo pela demonstrao de sua viabilidade. Os principais sero enumerados a

    seguir.

    Como representante dos dispositivos flutuantes ancorados, h o Salter Duck,

    criado pela equipe do prof. Salter, de Edimburgo, na dcada de 1970. Ele constitudo

    de um flutuador em forma de pato que se move para cima e para baixo por ao das

    ondas, e esse movimento movimenta pistes, que geram energia eltrica. O Salter Duck

    ancorado ao fundo do mar por cabos e requer pelo menos oitenta metros de

    profundidade para seu funcionamento.23

    Em teoria, o movimento dos dispositivos

    capaz de capturar at 90% da energia das ondas.24

    Uma ilustrao desse dispositivo

    encontra-se na Figura 7.12.

    Figura 7.12: Desenho esquemtico do Salter Duck.

    25

  • 74

    Um exemplo de um dispositivo de contorno articulado o Pelamis WEC. Ele

    consiste em uma espcie de ponte flutuante, que acompanha o movimento das ondas; o movimento de suas articulaes movimenta leo pressurizado para um gerador, como

    o Salter Duck. O Pelamis WEC ancorado frouxamente no leito ocenico, apenas para

    no ser carregado pelas intempries. A Figura 7.13 apresenta este dispositivo.

    Figura 7.13: Esquema de um Pelamis WEC de 750 kW em funcionamento.

    26,27

    J a gerao por coluna de gua oscilante tem como representante o LIMPET

    500 (Land Installed Marine Powered Energy Transformer), da Voith Hydro. Esse tipo

    de gerador funciona montado em um porto. Ao passar por uma barreira, a gua oscilante

    causa presso varivel no ar da cmara de captura, e esse ar comprimido move uma

    turbina de contrarrotao28

    , cujo funcionamento indicado na Figura 7.14.

    Figura 7.14: Esquema de funcionamento do LIMPET 500.

    29

    Um dispositivo semelhante ao Salter Duck, mas que fixo no leito ocenico, o

    Oyster, da Aquamarine, lanado em 2009. Sua aba movida pelas ondas, e esse

    movimento bombeia leo para gerar energia em uma turbina. Ele desenhado para

    gerar energia em profundidades de doze metros ou mais.30

    e encontra-se na Figura 7.15.

    Figura 7.15: Unidade Oyster antes de ser instalada no leito ocenico.

    31

  • 75

    Um outro princpio para a utilizao das ondas o AWS (Archimedes Wave

    Swing). O dispositivo consiste em dois copos acoplados de forma que um possa deslizar sobre o outro. O copo inferior (o silo) fixo ao leito ocenico e o superior (o flutuador) fica livre para subir e descer graas ao movimento das ondas. Esse

    movimento gera a energia eltrica. O conjunto fica completamente submerso, conforme

    demonstra a Figura 7.16, e de fcil acesso e manuteno. A AWS Ocean, empresa que

    fabrica essas unidades, busca modelos que tenham desempenho entre 2 e 4MW.

    Figura 7.16: Representao artstica de unidades AWS funcionando.

    32

    Outra forma de gerao via Wave Drangon, da empresa de mesmo nome. Ao

    contrrio de todos os dispositivos discutidos at agora nesta seo, o Wave Dragon tem

    como partes mveis apenas as turbinas. Ele consiste em um reservatrio um pouco

    acima do nvel do mar que acumula a gua lanada pelas ondas, pelo princpio do

    galgamento. A gua desce do reservatrio de volta ao mar, passando por turbinas, que

    geram energia. O dispositivo mostrado na Figura 7.17. O fato de o Wave Dragon no

    possuir outras partes mveis que no as turbinas tem o objetivo de reduzir custos de

    manuteno. Ele ainda conta com duas asas refletoras de ondas, que tm como objetivo aumentar o galgamento. O desenho da rampa feito de modo a maximizar esse

    galgamento.34

    Figura 7.17: Esquema de funcionamento do Wave Dragon.

    33

    O custo das energias das ondas, geralmente gerada prxima costa ou por

    coluna de gua oscilante (OWS), est em torno de 6-8 US cents por kWh.35

    7.5 Energia trmica ocenica

    A energia trmica dos oceanos pode ser usada para gerar energia por uma

    turbina a vapor. O sistema pode ser de ciclo fechado, de ciclo aberto ou hbrido. No

    sistema de ciclo fechado, a gua aquecida dos oceanos troca calor com um fluido de

  • 76

    trabalho de baixo ponto de condensao, geralmente amnia. O fluido de trabalho

    vaporizado e gira uma turbina a vapor. Ento, o fluido mergulhado em guas mais

    profundas, que o resfriam e condensam. Em uma planta de ciclo aberto, a gua do mar

    aquecida expandida para gerar vapor de baixa presso, que canalizado para uma

    turbina. Nesse processo, o sal extrado do vapor, o que torna esse mtodo uma forma

    interessante de promover a dessalinizao da gua do mar. Depois de girar a turbina, o

    vapor enviado de volta a guas frias, onde volta a se condensar. Um prottipo

    experimental no Hava produziu 50 kW de energia, em sua fase de testes. A Figura 7.18

    mostra o esquema de funcionamento em ciclo aberto.

    Figura 7.18: Esquema de uma planta trmica ocenica de ciclo aberto.

    36

    No sistema hbrido, a gua aquecida sofre a mesma converso para vapor de

    baixa presso do sistema aberto, e o vapor usado para vaporizar um fluido de trabalho

    de baixo ponto de condensao, como no sistema fechado.

    7.6 Energia osmtica

    Quando duas solues de uma mesma substncia, mas de concentraes

    diferentes, so colocadas em contato, as molculas dissolvidas (soluto) tendem a se

    distribuir uniformemente pelo lquido em que esto dissolvidas (solvente). A osmose

    ocorre quando h uma membrana separando as duas solues, permitindo que apenas o

    solvente passe por ela. Assim, o solvente fluir pela membrana at que as duas solues

    tenham a mesma concentrao, fazendo com que os compartimentos tenham volumes

    diferentes no fim.

    Esse princpio amplamente utilizado pelos seres vivos em diversos processos

    biolgicos. A produo de energia via osmose ocorre devido ao fluxo de solvente, que

    pode ser capaz de girar uma turbina.

    A soluo mais simples e barata para essa gerao a gua do mar, por ser

    muito abundante. A energia seria gerada canalizando-se gua salgada e gua doce at

    um tanque, onde ficariam separadas por uma membrana. O fluxo de gua doce pela

    membrana diluiria a gua do mar e a empurraria em direo a uma turbina. A membrana

    para a gerao de energia osmtica uma adaptao das membranas utilizadas no

    processo de dessalinizao de gua do mar.

  • 77

    Essa ainda uma tecnologia em um estado de desenvolvimento muito menor

    que o das outras formas de aproveitamento da energia dos oceanos, mas a pesquisa

    caminha na busca de sua viabilizao. A Figura ilustrativa deste processo a 7.19.

    Figura 7.19: Processo de produo de energia osmtica desenvolvido pela Starkraft.

    37

    7.7 Custos

    Os custos das energias dos oceanos ainda so altos em comparao com a

    maioria das formas renovveis de energia, mas espera-se que esse custo baixe com o

    passar do tempo, conforme pode ser visto na Figura 7.20. O grande nmero de

    tecnologias testadas para se determinar a viabilidade faz com que a faixa de custos das

    energias ocenicas seja muito larga, contendo prottipos de custo competitivo e outros

    muito caros. Na Tabela 7.3, so sumarizados os custos associados com a energia

    ocenica.

    Figura 7.20: Comparao entre o custo de vrias energias e a energia das ondas e correntes.

    38

  • 78

    Tabela7.3: Sumrio dos custos de energia das correntes e das ondas.39

    Capacidade

    (MW)

    Fator de

    capacidade

    Custo capital

    (US$/kW)

    O&M fixos

    (US$/kW-

    ano)

    O&M

    variveis

    (US$/MWh)

    Custo

    normalizado

    de energia

    (US$/MWh)

    Correntes 100 25 a 45 2200 a 4725 90 a 225 25 a 30 97 a 410

    Ondas 100 25 a 45 2800 a 5200 150 a 270 11 135 a 445

    7.8 Impactos e riscos

    Os impactos ambientais de cada forma de energia ocenica so muito

    especficos, devido variedade de dispositivos que esto sendo desenvolvidos. Todos

    eles podem, potencialmente, perturbar o leito do mar, causar mudanas de

    comportamento da vida marinha, contaminar as guas, capturar acidentalmente animais

    selvagens, causar rudos subaquticos ou areos. Alm disso, h a questo do impacto

    visual dos dispositivos que ficam fora da linha dgua e possveis interferncias na comunicao e na navegao.

    No caso especfico das mars, a construo de barragens em esturios diminui a

    turbidez da gua ao redor, aumentando o fitoplncton e alterando a cadeia alimentar,

    interrompe a migrao de peixes, altera a salinidade da gua local, o fluxo do esturio e

    prejudica as praias prximas.40

    No caso da OTEC e da energia osmtica, a circulao de grandes quantidades de

    gua do mar podem causar mudanas na qualidade da gua nas proximidades da usina e

    comprometer a vida aqutica ao redor.

    Como risco, sempre haver um elemento de incerteza relacionado ao elemento

    clima. Em algumas regies do mundo, furaces podem danificar ou mesmo destruir o

    sistema.

    7.9 Pesquisa e tendncia futura

    Como a nica tecnologia de energia dos oceanos que opera em escala comercial

    a barragem de mars, as pesquisas na rea se concentram em alcanar um dispositivo

    vivel e desenvolv-lo.

    A energia das correntes tem problemas tcnicos, como as bolhas de ar causadas

    pela turbulncia das turbinas, que diminui o rendimento destas, incrustao de vida

    marinha nas ps, corroso e baixa confiabilidade. Outro problema delas a logstica da

    manuteno, que tem se provado um desafio.

    No caso da OTEC, os objetivos imediatos da pesquisa so obter dados de plantas

    de demonstrao maiores, desenvolver e caracterizar a tecnologia dos canos de gua fria

    do mar, conduzir pesquisa de sistemas de troca de calor, para melhorar o desempenho

    dos trocadores, pesquisar conceitos novos para as turbinas requeridas pelos grandes

    sistemas de ciclo aberto e identificar e estudar conceitos avanados da extrao de calor

    dos oceanos.

    Espera-se que a maturao da tecnologia leve a seu barateamento, numa reduo

    semelhante que houve com o custo da energia elica nos ltimos 25 anos. O Reino

    Unido tem a perspectiva de tornar a energia ocenica parte importante de sua matriz

    energtica.

  • 79

    7.10 Consideraes finais

    A energia contida nos oceanos gigantesca e se distribui ao longo de

    praticamente todo o mundo.

    Os maiores esforos de desenvolvimento da tecnologia da energia ocenica esto

    na energia das ondas e na energia das correntes. Ainda no h um dispositivo que tenha

    se destacado acima de todos os outros em nenhuma dessas modalidades, e h a

    possibilidade de que no chegue a haver, j que cada costa tem suas particularidades.

    Atualmente, a energia dos oceanos a forma mais cara de se produzir energia.

    Porm, os preos reduzem a cada avano das tecnologias e podem se tornar

    competitivos a mdio e longo prazo, desde que as pesquisas no parem.

    Pode ser interessante para o Brasil desenvolver pesquisas visando viabilizar esta

    tecnologia, principalmente levando-se em considerao a extensa costa e domnio

    ocenico do Brasil.

    7.11. Referncias

    1 GLOBAL ENERGY NETWORK INSTITUTE. Global Renewable Energy Resources. Disponvel em: . Acesso em: 10 de jan.

    2011.

    2 WIKIPEDIA. Tide Overview. Disponvel em: . Acesso em: 15 de jan. 2011.

    3 OPPORTUNITY ENERGY. Worlds largest tidal turbine successfully installed in Scotland. Disponvel em: . Acesso em 13 de jan. 2011.

    4 NREL. Gradient Map. Disponvel em: . Acesso em 20 de jan. 2011.

    5 DIRETORIA DE HIDROGRAFIA E NAVEGAO. Mars e Correntes de Mars. Disponvel em: . Acesso em 17 de jan. 2011.

    6 WIKIPEDIA. Correntes Ocenicas. Disponvel em: . Acesso em: 19 de jan. 2011.

    7 CIMM. Primeira Usina de Energia Osmtica do Mundo. Disponvel em: .

    Acesso em: 20 de jan. 2011.

    8 JONES, A.T.; FINLEY, W. Recent Developments in Salinity Gradient Power. Disponvel em . Acesso em 23 de jan. 2011.

    9 UNITED NATION DEVELOPMENT PROGRAMME. World Energy Assessment: Energy and the Challenge of Sustainability. Disponvel em:

    . Acesso em:

    25 de jan. 2011.

    10 OCEAN ENERGY SYSTEM. Ocean Energy. Disponvel em: < http://www.ocean-energy-systems.org/library/annual_reports/>. Acesso em: 27 de jan. 2011.

  • 80

    11 WIKIPEDIA. Annapolis Tidal Generation. Disponvel em: . Acesso em: 16 de jan. 2011.

    12 WIKIPEDIA. Jiangxia Tidal Power Station. Disponvel em: . Acesso em 15 de jan. 2011.

    13 RYAN, V. Sea Dams. Disponvel em: . Acesso em: 01 de fev. 2011.

    14 REUK. La Rance Tidal Power Plant. Disponvel em: . Acesso em: 08 de jan. 2011.

    15 SEA GENERATION LTDA. Sea Gen Project. Disponvel em: . Acesso em 25 de jan. 2011.

    16 OCEAN FLOW ENERGY. 03. Technology. Disponvel em: . Acesso em: 06 de jan. 2011.

    17 GHT. The Gorlov Helical Turbine. Disponvel em: . Acesso em 19 de jan. 2011.

    18 BLUE ENERGY. Tidal Power. Disponvel em: . Acesso em: 14 de jan. 2011.

    19 HYDRO WORLD. Ocean/Tidal Hydropower. Disponvel em: . Acesso em: 13 de jan. 2011.

    20 RENEWABLE ENERGY WORLD. Wave and Tidal Power Development Status . Disponvel em: .

    Acesso em: 17 de jan. 2011.

    21 ENVIRO GADGET. New Bridge-Based Tidal Power Generator Technology. Disponvel em: .

    Acesso em 18 de jan. 2011.

    22 ECOWORLD. Winds, Wave e Tides. Disponvel em: . Acesso em: 20 de jan. 2011.

    23 CURRIE, R., ELRICK, B., IOANNIDI, M., NICOLSON, C. Wave Power. Disponvel em: . Acesso em 19 de jan.

    2011.

    24 MCGRATH, C. Could Salter's Duck have solved the oil crisis? Disponvel em: . Acesso em: 24 de jan. 2011.

    25 CURRIE, R., ELRICK, B., IOANNIDI, M., NICOLSON, C. Wave Power- Figure 007. Disponvel em: .

    Acesso em 19 de jan. 2011.

  • 81

    26 CURRIE, R., ELRICK, B., IOANNIDI, M., NICOLSON, C. Wave Power- Figure 009. Disponvel em: .

    Acesso em 19 de jan. 2011.

    27 CURRIE, R., ELRICK, B., IOANNIDI, M., NICOLSON, C. Wave Power- Figure 011. Disponvel em: .

    Acesso em 19 de jan. 2011.

    28 VOITH HYDRO. Islay. Disponvel em: . Acesso em: 27 de jan. 2011.

    29 CURRIE, R., ELRICK, B., IOANNIDI, M., NICOLSON, C. Wave Power- Figure 009. Disponvel em: .

    Acesso em 19 de jan. 2011.

    30 RENEWABLE WORLD ENERGY. Wave and Tidal Power Development Status . Disponvel em: .

    Acesso em 27 de jan. 2011.

    31 RENEWABLE WORLD ENERGY. Wave and Tidal Power Development Status - Figure . Disponvel em: . Acesso em 27 de jan. 2011.

    32 REUK. Wavepark. Disponvel em: . Acesso em 31 de jan. 2011.

    33 WAVE DRAGON. Principles. Disponvel em: . Acesso em 02 de

    fev. 2011.

    34 WAVE DRAGON. Wave Energy. Disponvel em: . Acesso em 02

    de fev. 2011.

    35 ECOWORLD. Winds, Wave e Tides. Disponvel em: . Acesso em: 02 de fev. 2011.

    36 U. S. ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY. Ocean Energy. Disponvel em: . Acesso em: 12 de fev. 2011.

    37 NEW ENERGY AND FUEL. Osmotic Energy Potential. Disponvel em: . Acesso

    em: 15 de fev. 2011.

    38 ALT ENERGY STOCKS. Tipical Levelizing Costs Generation. Disponvel em: . Acesso em: 19 de fev. 2011.

    39 ALT ENERGY STOCKS. Renewable Technology Performance and Costs Summary. Disponvel em: . Acesso em: 17 de fev. 2011.

    40 WIKIPEDIA. Tidal Power.Disponvel em: . Acesso em: 20 de fev. 2011.

  • 82

    8 ENERGIA ELICA

    Os primeiros registros da utilizao da energia dos ventos pelo homem

    remontam a milhares de anos no Oriente, sobretudo na forma de fora aerodinmica de

    arrasto, para movimentar placas e velas. Com o avano da agricultura, o uso desse

    recurso aumentou devido crescente necessidade do homem de novas ferramentas que

    o auxiliassem na realizao de tarefas que exigiam uma fora motriz (humana ou

    animal) cada vez maior, como a moagem de gros e o bombeamento de gua. Acredita-

    se que os cata-ventos mais rsticos de que se tem notcia na histria surgiram na China

    por volta de 2000 a. C. e eram usados para irrigao.

    J na Idade Mdia, estima-se que, a partir do sculo XI, as mquinas elicas

    foram introduzidas na Europa com o advento das Cruzadas, e ento tiveram sua

    eficincia aumentada. No sculo XV, os cata-ventos j eram largamente difundidos na

    Holanda, apresentavam grande evoluo tcnica e de capacidade em potncia e tinham

    ampla aplicao como fonte de energia, principalmente na moagem de gros, serrarias,

    e bombeamento dgua. O nmero de moinhos existentes em meados do sculo XIX em vrios pases da

    Europa indica a importncia do seu uso: Holanda (9 mil moinhos de vento), Blgica (3

    mil moinhos de vento), Inglaterra (10 mil moinhos de vento) e Frana (650 moinhos de

    vento na regio de Anjou). No entanto, com a expanso do uso da mquina a vapor, no

    sculo XIX, os moinhos de vento europeus entraram gradualmente em desuso.

    A utilizao de cata-ventos de mltiplas ps, destinados ao bombeamento

    dgua, desenvolveu-se de forma efetiva em diversos pases principalmente em suas reas rurais. O sistema se adaptou muito bem s condies rurais, tendo em vista suas

    caractersticas de fcil operao e manuteno. At hoje, esse sistema amplamente

    usado em vrias partes do mundo para bombeamento de gua.

    Uma segunda expanso de aplicao em larga escala de mquinas elicas deu-se

    nos Estados Unidos, no sculo XIX, aps a abolio da escravatura naquele pas, em

    1863.

    O incio da adaptao dos cata-ventos para produo de energia eltrica teve

    incio no final do sculo XIX. Em 1888, Charles F. Bruch, um industrial voltado para a

    eletrificao em campo, ergueu na cidade de Cleveland, Ohio, o primeiro cata-vento

    destinado produo de energia eltrica. Tratava-se de um cata-vento que fornecia 12

    kW em corrente contnua para carregamento de baterias, as quais eram destinadas,

    sobretudo, para o fornecimento de energia para 350 lmpadas incandescentes1.

    A produo de eletricidade em grande escala, alimentando de forma suplementar

    o sistema eltrico pelo uso de turbinas elicas de grande porte, tecnologia que j existe

    h diversas dcadas. Os primeiros aproveitamentos elio-eltricos foram realizados

    durante as dcadas de 1940-1950 nos Estados Unidos (Smith-Putnam) e Dinamarca

    (Gedser). Pode-se dizer que o precursor das atuais turbinas elicas surgiu na Alemanha

    (Htter, 1955), j com ps fabricadas com materiais compostos e com controle de passo

    e torre tubular esbelta.

    Entretanto, foi a partir de experincias de estmulo ao mercado, realizadas na

    Califrnia, na dcada de 1980, e na Dinamarca e Alemanha, na dcada de 1990, que o

    aproveitamento elio-eltrico atingiu escala de contribuio mais significativa em

    termos de gerao e economicidade. O desenvolvimento tecnolgico passou a ser

    conduzido pelas nascentes indstrias do setor, em regime de competio, alimentado

    por mecanismos institucionais de incentivo, especialmente via remunerao por energia

    produzida. Caractersticas tambm marcantes deste processo foram: (a) devido

    modularidade, o investimento em gerao eltrica passou a ser acessvel a uma nova e

  • 83

    ampla gama de investidores; (b) devido produo em escalas industriais crescentes, ao

    aumento da capacidade unitria das turbinas e s novas tcnicas construtivas, houve

    redues graduais e significativas no custo por quilowatt instalado e, consequentemente,

    no custo de gerao. O principal problema ambiental inicial impacto de pssaros nas ps praticamente desapareceu com as turbinas de grande porte, com menores velocidades angulares dos rotores.

    A Figura 8.1 apresenta a evoluo da capacidade elica mundial instalada, desde

    o incio da dcada de 1980. Pode-se observar o aumento expressivo da potncia

    instalada, sobretudo na ltima dcada, com destaque para os Estados Unidos, Alemanha

    e Espanha. Desde 2000, a taxa mdia de crescimento da capacidade instalada foi em

    torno de 30% por ano. Somente em 2008, o aumento foi superior a 27GW em mais de

    50 pases.

    Figura 8.1: Evoluo mundial da capacidade elica instalada, em GW

    2.

    Analisando-se a Tabela 8.13,4

    , nota-se a grande diferena entre o que est

    instalado e o potencial de gerao do Brasil, o que aponta para grandes oportunidades

    de negcios. Este assunto ser discutido mais frente.

    Tabela 8.1: Energia elica na Amrica Latina capacidade instalada e potencial elico.

    Pas Cap. Instalada (MW)* Potencial (MW)**

    Brasil 247 140.000

    Mxico 87 40.000

    Costa Rica 74 100.000

    Caribe (sem Jamaica) 35

    Jamaica 20

    Argentina 29 10.000

    Colmbia 20 20.000

    Venezuela - 10.000

    Chile 20 5.000

    Cuba 5 -

    TOTAL 537 ~325.000

  • 84

    Atualmente, o que se observa na Europa, onde h maiores dificuldades de

    espao disponvel e uso da terra, a implantao de parques elicos offshore, mas esse

    desenvolvimento ainda encontra-se em estgio inicial

    8.1 Situao no Brasil

    A energia elica uma fonte de grande interesse para a produo de energia

    eltrica no Brasil, devido abundncia deste recurso natural. Em 2001, foi elaborado

    um atlas elico nacional; considerando velocidades mdias anuais de vento iguais ou

    superiores a 7,0 m/s, o Atlas1 estimou um potencial bruto de 143 GW de potncia elica

    no Brasil, e apontou o litoral e algumas regies elevadas no interior como as melhores

    reas para a energia elica. Considerando-se a tecnologia atual, com torres de 100

    metros, acredita-se que esse valor est subestimado, pois as medies foram feitas

    apenas a 50 m de altura. Esse alto potencial elico desperta o interesse dos principais

    fabricantes dessa tecnologia e de investidores internacionais, que trazem para o pas

    suas indstrias, mantm torres de medio e elaboram estudos de infraestrutura para

    instalao e operao de parques elicos. O potencial elevado no Nordeste e no Sul,

    que se encontram prximo s extremidades do sistema de transmisso e distantes dos

    principais centros de gerao eltrica. No caso do Nordeste, h ainda a vantagem da

    complementaridade sazonal entre a gerao elica e a hidrulica, pois o perodo de

    chuvas inverso ao de ventos.

    Recentemente, em maio de 2010, foi publicado o Atlas Elico de Minas Gerais,

    elaborado pela Companhia Energtica de Minas Gerais (Cemig)2 a pedido do governo

    do Estado. Este estudo, mais detalhado, identificou as formas de relevo, o clima, a

    vegetao, as unidades de conservao e as terras indgenas e caracterizou o regime de

    ventos, a demografia, a infraestrutura, o sistema eltrico, a oferta e o consumo total de

    energia eltrica. Os resultados do mapeamento indicam que os potenciais elicos para as

    alturas de 50 m, 75 m e 100 m so de 10,6 GW, 24,7 GW e 39,0 GW, respectivamente,

    considerando-se valores de velocidades mdias anuais de vento iguais ou superiores a

    7,0m/s. Como comparao, pode-se observar que o potencial previsto pelo Atlas do

    Potencial Elico Brasileiro para toda a regio Sudeste de 29,7GW a 50 m de altura. Os

    mapas de potencial elico anual apontam reas na Serra do Espinhao e na Serra do

    Cip como as mais favorveis para aproveitamento elico, conforme indica a Figura

    8.2.

    Figura 8.2: reas mais promissoras para aproveitamento elico, segundo o Atlas Elico de Minas

    Gerais.2

  • 85

    8.2 Produo de energia

    As etapas necessrias para a implantao6 de um empreendimento elico so

    apresentadas na Figura 8.3.

    Figura 8.3: Etapas para a implantao de um empreendimento elico.

    6

    A implantao de um parque elico de 100 MW leva em mdia cinco anos e

    passa pelas etapas especificadas. Em funo da elevada demanda atual, o perodo de

    fabricao de equipamentos bem extenso.

    Escolha do local: 3 meses;

    Medies do vento: 14 meses;

    Anlise de dados: 3 meses;

    Viabilidade econmica: 3 meses;

    Equipamentos (fabricao e transporte): 29 meses;

    Construo e montagem: 12 meses. O modelo de turbina mais comum para aproveitamento elico a turbina de

    sustentao de eixo horizontal. Na Figura 8.4, apresentado um esquema de

    aerogerador tpico.

    Figura 8.4: Turbina de sustentao de eixo horizontal.

    6

  • 86

    A turbina composta por:

    Torre: suporta o gerador e as ps

    Nacele: Abriga o gerador, as engrenagens e os sistemas de controle. Conecta a torre estrutura das ps. Pode girar 360.

    Rotor: a estrutura das ps. Conecta as trs ps por meio do eixo do rotor.

    Ps: as ps individuais podem girar no seu eixo para realizar o controle de passo ou por estol. O estol um termo utilizado na aerodinmica, que indica a separao do

    fluxo de ar do extradorso da asa, resultando em perda total de sustentao.

    O que se observa atualmente com o desenvolvimento tecnolgico uma

    tendncia progressiva ao aumento do tamanho e da capacidade das turbinas elicas, de

    forma que j existem turbinas com capacidade superior a 5MW e dimetro do rotor de

    120 metros. No mercado, so comercializadas principalmente turbinas de 3MW de

    potncia, e os valores mais comuns encontrados nos parques elicos j instalados

    variam entre 1MW e 1,5MW.

    Usualmente, a gerao eltrica inicia-se com velocidades de vento da ordem de

    3,0m/s, denominada velocidade de conexo ou de partida. Abaixo desses valores, a

    gerao no vivel economicamente. Velocidades superiores a aproximadamente 12 a

    15m/s ativam o sistema automtico de limitao de potncia da mquina, que pode ser

    por controle de ngulo de passo das ps ou por estol aerodinmico, dependendo do

    modelo da turbina. Em ventos muito fortes, superiores a 25m/s, por exemplo, atua o

    sistema automtico de proteo, que desconecta a unidade geradora da rede eltrica.

    Tais ventos so muito raros e indesejveis, porque a turbulncia associada perigosa

    para a estrutura da mquina 2,7

    .

    O fator de capacidade de um aerogerador uma medida da relao entre a

    energia eltrica produzida e a sua capacidade de produo. Depende fortemente do

    perfil do vento no local onde o aerogerador instalado. Na Tabela 8.2, encontram-se os

    valores comparativos entre o fator de capacidade de diversas formas de produo de

    energia. O fator de capacidade tambm pode ser expresso em horas, como uma relao

    entre a quantidade de horas anuais considerando-se a produo a plena carga, conforme

    tambm indicado na Tabela a seguir.

    Tabela 8.2: Fator de Capacidade dos diversos tipos de gerao.

    8

    Tipo de Gerao Fator de Capacidade (%) Horas com produo plena

    Parque elico 25-40 2190-3500

    Hidreltrica 25-60 3500-5250

    Turbina a Gs Natural +60 >5250

    Fotovoltaica 12-20 1050-1750

    Nuclear 80-90 7000-7884

    O fator de disponibilidade de um aerogerador a relao entre a sua

    disponibilidade (diferena entre o tempo total e o tempo de manuteno que exige a sua

    parada) e o tempo total. Fabricantes de aerogeradores garantem disponibilidade mnima

    de 97%.

    Os aerogeradores podem receber certificaes nacionais e internacionais

    fornecidas por instituies independentes que seguem diversas normas tcnicas e

    garantem a sua segurana estrutural, apesar de no garantirem a sua qualidade.

    O clculo da energia gerada e a localizao das turbinas no parque (micrositting)

    levam em considerao a curva de potncia das turbinas, a densidade local do ar, o fator

    de disponibilidade esperado e a avaliao das perdas energticas por interferncia

    aerodinmica entre rotores. Determina-se o campo de velocidades na regio por

  • 87

    modelos numricos de simulao da camada-limite e ento se realiza a otimizao para

    a maximizao da energia gerada. fundamental evitar o efeito da esteira (tambm

    chamado de efeito de sombra) entre as turbinas dispostas no parque, devido aos riscos

    de se prejudicar o desempenho da turbina e reduzir sua vida til pelos efeitos de

    turbulncia. A predio da energia eltrica produzida por um aerogerador o fator

    econmico mais importante e depende da determinao da velocidade do vento e da

    curva de potncia do aerogerador. Se estes no forem confiveis, o risco financeiro do

    parque elico como um todo se torna muito elevado. A Figura 8.52 apresenta o regime

    de ventos em uma dada posio, que segue o modelo de distribuio de Weibull. Para

    cada ponto onde se deseja instalar uma turbina, realiza-se o clculo da energia gerada.

    Figura 8.5: Distribuio de Weibull.

    2

    A estabilidade da rede eltrica afetada pelos efeitos de participao de altas

    quantidades de energia elica na matriz eltrica e pelo comportamento e requisies do

    parque elico no caso de faltas na rede eltrica. Dessa forma, fundamental que se

    conheam as caractersticas do sistema eltrico ao qual o parque ser interconectado,

    tais como tenso, frequncia, impedncias e capacidade para que seja feito o correto

    dimensionamento do gerador e seus sistemas de controle e proteo.

    Como o regime de ventos em uma dada localidade no constante, a potncia

    injetada no sistema varia durante o dia, o que pode trazer dificuldades nos controles de

    tenso e frequncia e, com isso, na operao do sistema eltrico interligado. Pode

    ocorrer, at mesmo, o desligamento das turbinas em perodos de calmaria, de forma que

    a produo de energia no assegurada e o controle de gerao do sistema eltrico no

    pode ser feito com base nessas usinas. Enquanto essa gerao for intermitente, uma

    usina elica no deve operar na base do sistema, mas sim modulando.

    A Tabela 8.3 mostra a composio dos custos tpicos para parques elicos de 100 a

    150MW.

    Tabela 8.3: Composio dos custos de parques elicos de 100-150MW.

    8

    Item Offshore Onshore

    Turbinas elicas 50% 70%

    Construo civil/fundao 15% 8%

    Rede eltrica interna 7% 6%

    Conexo rede externa 18% 10%

    Instalaes de O&M 2% 1%

    Administrao do projeto 8% 5%

    Total 100% 100%

    Equao de Weibull

  • 88

    8.3 Custos

    Os empreendimentos em parques elicos geralmente necessitam de

    investimentos iniciais altos, que consistem em gastos pr-projetos, tais como: anlise de

    viabilidade tcnica e financeira, incluindo medio local e estudos ambientais. Os

    principais custos do projeto acontecem de um a dois anos antes de o projeto entrar em

    operao e englobam equipamento, transporte e engenharia. Na Tabela 8.4, so

    comparados os custos de implantao de um sistema elico com os demais custos de

    gerao.

    Tabela 8.4: Custos de Investimento Referenciais na Gerao da Energia Eltrica (US$/kW).

    9

    Fonte de Gerao US$/kW

    Hidreltrica 1.330

    - Potencial at 60.900 MW 1.100

    - Potencial entre 60.900 e 70.900 MW 1.450

    - Potencial entre 70.900 e 80.900 MW 1.800

    - Potencial acima de 80.900 MW 2.500

    PCH 1.200

    Centrais elicas 1.200

    Cogerao a partir da biomassa da cana 900

    Resduos slidos urbanos 1.250

    Centrais nucleares 2.200

    Trmicas a carvo mineral 1.600

    Trmicas a gs natural 750

    Outras usinas 500

    A seguir, apresentada outra comparao entre os custos mdios de produo de

    eletricidade para diferentes fontes e sua variao com a condio hidrolgica, mdia ou

    crtica. Observa-se o aumento do custo a partir das fontes de gs natural, carvo

    nacional, carvo importado e nuclear quando a condio hidrolgica crtica, enquanto

    as outras fontes, como a elica, tm seus custos mantidos nas duas condies.

    Uma vez que a viabilidade tcnica e financeira tenha sido realizada, a anlise

    financeira ir requerer a previso anual de energia gerada em diferentes cenrios, a

    estimativa de preo das tarifas ao longo da vida do empreendimento, a avaliao de

    receitas adicionais, a estimativa da vida do projeto (usualmente de 20-25 anos), a taxa

    de uso do terreno e a estimativa de custo. A anlise de incertezas fundamental e deve

    ser realizada em diversos cenrios, considerando as condies de vento esperadas, a

    tarifa de energia futura e valores de receitas adicionais eventualmente disponveis. Na

    Figura 8.6, mostrada a composio dos custos de operao e manuteno de sistemas

    elicos.

    Figura 8.6: Custos operacionais O&M na Alemanha.

    10

  • 89

    Apenas seis pases concentram quase toda a produo de turbinas elicas.

    Apesar de contar com pouco mais de 3% da capacidade elica instalada mundial, no

    final de 2008 mais de um tero das turbinas operando no mundo foram fabricadas por

    empresas dinamarquesas. Outros pases importantes nesse setor incluem Alemanha,

    Espanha, Estados Unidos, ndia e China.

    Na Figura 8.7, apresentada a composio do mercado de fabricantes de

    equipamentos para gerao elica.

    Figura 8.7: Dez maiores fabricantes de aerogeradores em 2009, em MW de potncia instalada.

    11

    8.4 Impactos ambientais e sociais

    A implantao de um parque elico apresenta grandes vantagens se comparada

    com outras fontes convencionais de energia, com baixos impactos ambientais e sociais.

    A produo de energia elica no implica emisses de gases e particulados na

    atmosfera, no h resduos, no existe deslocamento de populaes, animais ou plantas,

    no h alagamentos de reas, cidades, stios arqueolgicos, florestas, dentre outros, e

    no inviabiliza a rea utilizada.

    So gerados empregos temporrios e permanentes. Estima-se que existem, no

    mundo, cerca de 812.000 empregos associados energia elica.

    Apesar de a rea efetivamente ocupada pelos aerogeradores ser pequena, a rea

    total de um parque elico extensa (aproximadamente 20 hectares por MW) devido

    necessidade de uma distncia mnima entre as torres, para evitar que ocorra o efeito de

    esteira. Com isso, o local ainda pode ser compartilhado com outras atividades, tais como

    agricultura e pecuria. Vale ressaltar que o aumento da rugosidade e do nmero de

    obstculos nesses casos precisa ser considerado, para que no prejudique a produo de

    energia, e que algumas vegetaes so incompatveis com o terreno. Outro efeito a

    necessidade de uma infraestrutura apropriada, o que resulta na construo de estradas e

    pontes e melhoria das j existentes.

    Aves e morcegos podem colidir com as ps em instalaes de difcil

    visualizao, localizadas, sobretudo, em rotas de migrao de pssaros. Essa causa de

    mortes de aves, entretanto, no constitui um caso srio na grande maioria dos parques

    elicos. No caso de parques offshore, somam-se os impactos sobre a vida marinha e a

    pesca, embora estes tambm no sejam acentuados.

  • 90

    Existe a possibilidade de interferncias em radares e telecomunicaes pela

    reflexo de radiaes eletromagnticas pelos aerogeradores. Para evitar esse problema,

    deve-se realizar um estudo mais detalhado quando da instalao de parques elicos

    prximos a aeroportos e sistemas de retransmisso.

    H emisso de gases estufa durante a fabricao, transporte e instalao de

    componentes devido ao uso de energia eltrica e de combustveis fsseis nas indstrias,

    nos caminhes, nas mquinas, nos equipamentos e nos guinchos. O fator de emisso de

    CO2 na cadeia completa de produo de energia elica em gramas de CO2 equivalente

    por kWh(e).h-1 varia entre 16 e 120 gCO2 equiv./kWh(e).h-1, valor superior ao de

    fontes hdricas (4-8 gCO2 equiv./kWh(e).h-1), mas bastante inferior ao do petrleo

    (690-890 gCO2 equiv./kWh(e).h-1).

    Parques elicos esto entre os sistemas de produo de energia eltrica mais

    seguros, haja vista os raros casos de pessoas feridas por pedaos partidos de ps ou por

    pedaos soltos de gelo.

    O movimento das ps em rotao e o efeito aerodinmico do vento causam

    emisso de rudo de 50 dB prximo aos aerogeradores. A distncia mnima entre uma

    torre e uma habitao de 200m, onde o rudo se reduz para 40 dB.

    O efeito do sombreamento ou efeito esteira (quando se montam parques elicos

    com muitas torres, onde a presena interfere no regime de ventos no seu entorno e nas

    demais torres) pode ser evitado com um planejamento correto do parque, de forma que

    as sombras das torres no incidam sobre as residncias prximas. O efeito das reflexes

    intermitentes causado pelo reflexo do sol nas ps em movimento pode ser evitado com o

    uso de pinturas opacas. Deve-se avaliar tambm a aceitao da comunidade prxima ao

    local de interesse para a implantao da usina, pois os descontentamentos podem atrasar

    ou at impedir todo o andamento do projeto. Esses incmodos citados so pouco

    acentuados no Brasil devido baixa densidade populacional nas reas promissoras.

    8.5 Legislao e incentivos governamentais

    No Brasil, o principal incentivo a esta fonte de energia foi institudo pela Lei

    10.438, de 26/04/2002, um marco regulatrio do setor eltrico, com a criao do

    Programa de Incentivo s Fontes Alternativas de Energia Eltrica (PROINFA)12

    , cujo

    objetivo foi aumentar a participao das fontes elica, das pequenas centrais

    hidreltricas (PCHs) e biomassa na produo de energia eltrica.

    Associado a este programa, a lei definiu um novo tipo de agente no setor eltrico

    brasileiro o produtor independente autnomo, cujo negcio no pode ser controlado ou associado a nenhuma concessionria de gerao, transmisso ou distribuio.

    Produtores que no atendam a este requerimento podem participar do programa desde

    que a sua parcela dos contratos no exceda a 50% para os produtores que empregam

    energia elica, na primeira fase do programa, e que nenhum produtor autnomo seja

    preterido por sua causa. Fabricantes de equipamentos podem ser produtores

    independentes autnomos se ao menos 50 por cento do valor dos equipamentos

    envolvidos no programa forem produzidos no Pas. Informaes completas sobre as

    Leis e Decretos que afetam direta e indiretamente o desenvolvimento da energia elica

    no Brasil podem ser acessadas no site da ANEEL (www.aneel.gov.br).

    Nessa primeira fase de execuo, o PROINFA aposta nos leiles de energia para

    desenvolver o mercado de energia elica. O segundo Leilo de Compra de Energia de

    Reserva, exclusivo para fonte elica, ocorreu em dezembro de 2009, para o qual foram

    cadastrados 441 empreendimentos, totalizando 13,3 MW de potncia. Esse leilo

    atendeu aos pedidos de investidores do setor, que podem vender energia entre si, sem a

  • 91

    participao de outro tipo de fonte de energia, criando um mercado mais aberto e

    competitivo, aproximando-se, cada vez mais, de valores que incentivam investimentos.

    O resultado do leilo foi considerado excelente por especialistas, com a negociao de

    contratos de 20 anos com as 71 usinas vencedoras, que devem comear a operar at

    2012, promovendo um acrscimo de 1.805,7MW de potncia ao Sistema Interligado

    Nacional (SIN),. Das usinas contratadas, 23 encontram-se no estado do Rio Grande do

    Norte, 21 no Cear, 18 na Bahia, 8 no Rio Grande do Sul e 1 no Sergipe. Alm disso, o

    custo da energia elica, que era esperado para cair de R$270/MWh para R$200/MWh,

    superou todas as expectativas, variando entre R$131/MWh e R$153,05/MWh. Como

    comparao, vale acrescentar que a energia de usinas hidreltricas custa em torno de

    R$100,00/MWh, enquanto a de usinas termeltricas varia em torno de R$140,00/MWh.

    O PROINFA conta com o suporte do BNDES, que criou um programa de apoio

    a investimentos em fontes alternativas renovveis de energia eltrica. A linha de crdito

    prev financiamento de at 70% do investimento, excluindo apenas bens e servios

    importados e aquisio de terrenos.

    O projeto de um parque elico est embutido em um determinado sistema

    integrado, de forma que os requisitos especficos de cada regio devem ser

    cuidadosamente verificados e considerados durante o licenciamento do projeto. Deve

    haver conformidade com os requisitos do ONS (Operador Nacional do Sistema), da

    ANEEL, do IBAMA (Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais

    Renovveis) e do rgo ambiental estadual.

    A Comisso Internacional de Eletrotcnica (IEC), por meio de seu comit

    tcnico 88, responsvel pelo desenvolvimento de normas referentes aos sistemas de

    energia elica, que incluem requisitos de projeto, medies da curva de potncia,

    controle de qualidade da energia, teste das ps do rotor, tcnicas de medio de rudos

    sonoros etc.

    8.6 Perspectivas e tendncia futura

    Nos ltimos anos, os avanos tecnolgicos e a experincia em produo fizeram

    diminuir o custo da eletricidade a partir do vento em mais de 80% contribuindo para o aumento anual de 20-30% da capacidade elica pelo mundo. At ento, a maior parte do

    progresso foi resultado do aumento do tamanho, da eficincia e da confiabilidade dos

    aerogeradores. Agora, enquanto a indstria busca o desenvolvimento de turbinas ainda

    maiores para aplicaes offshore, com consequentes melhorias no custo e no

    desempenho, ela tambm se direciona para um segundo impulso: o de facilitar a

    integrao de altas concentraes de gerao elica na rede eltrica de potncia.

    Uma importante diferena entre a produo de energia eltrica por fonte elica e

    hdrica que a primeira de elevada variabilidade e de difcil preciso, variando de

    acordo com o aumento e a diminuio dos ventos, motivo pelo qual o operador no

    pode controlar a potncia de sada deste dispositivo. Mesmo quando disponveis para

    operao, os parques elicos no operam em sua capacidade total todo o tempo. Essa

    caracterstica de variabilidade torna-se cada vez mais significante, medida que a

    penetrao da energia elica atinge em torno de 10% da gerao, valor acima do qual o

    sistema de potncia operacional dever adotar novas estratgias de despacho e controle

    para manter sua confiabilidade.

    Entretanto, muitas das questes e preocupaes sobre a possibilidade de

    impactos de grandes usinas elicas no sistema de transmisso tm se mostrado

    exageradas ou sem procedncia por um crescente grupo de pesquisas e pela participao

    superior crescente da energia elica na matriz energtica europeia.

  • 92

    Inmeras tecnologias e novas estratgias esto sendo desenvolvidas para tornar a

    energia elica mais amigvel rede, com promessas de crescimento contnuo de sua

    participao na matriz energtica. Isso inclui melhorias nas previses do regime de

    ventos e novas tecnologias de armazenamento de energia (storage).

    Um dos principais custos associados operao de um parque elico resulta de

    previses com um dia de antecedncia ou do mesmo dia que se tornam imprecisas para

    a gerao horria de energia, ou seja, quando a produo de energia substancialmente

    maior ou menor que o valor previsto.

    O mtodo do Atlas Elico Europeu (WAsP), mais conhecido e aplicado, no

    deve ser usado como nica ferramenta de clculo. Modelos Computacionais de

    Dinmica de Fluido (CFD) podem ser teis para melhorar a aplicao do tradicional

    Mtodo do Atlas Elico ou mesmo para serem usados como mtodo exclusivo.

    Entretanto, os mtodos CFD devem ser testados adequadamente, pois o resultado das

    velocidades de vento calculadas dever ser de alta preciso para manter as incertezas do

    prognstico de rendimento energtico baixo e, com isso, os riscos econmicos do

    projeto de um parque elico em nveis aceitveis.

    No Brasil, a empresa est desenvolvendo de um campo de teste para modelos

    CFD em terreno complexo e para melhoria do modelo CFD utilizado pelo DEWI. O

    projeto de pesquisa iniciou-se em julho de 2009 e ter durao de trs anos. Em uma

    rea extensa, sero instaladas torres de medies meteorolgicas de 100 m de altura

    com medies de vento a cada 20 m de altura. Com um perodo de dois anos de

    medio, ser possvel uma boa descrio do fluxo de ar em toda esta superfcie

    complexa, com a qual os resultados de clculo do modelo CFD podero ser

    comparados.

    A empresa americana independente Electric Power Research Institute (EPRI)

    tem monitorado e avaliado tecnologias avanadas para previso de ventos desde 1998,

    em colaborao com a Comisso de Energia da Califrnia e com o Departamento de

    Energia Americano (DoE). As previses so geradas a partir de uma variedade de

    tcnicas, tais como previso do tempo, modelagem do escoamento dos ventos, avaliao

    das condies de operao da planta e anlise estatstica.

    No planejamento de longo prazo de sistemas de energia eltrica, a confiabilidade

    geral do sistema frequentemente avaliada em termos da probabilidade da capacidade

    de gerao prevista ser insuficiente para atender a demanda do sistema projetado. Para

    unidades convencionais, hidrulicas ou trmicas, a probabilidade de que a potncia

    nominal no esteja disponvel baixa, enquanto para usinas elicas ela pode ser alta.

    Naturalmente, provvel que uma simulao computacional da confiabilidade de um

    sistema revele que a probabilidade de no ser capaz de satisfazer o valor de ponta

    projetado menor com uma usina elica do que sem ela. Pode ser demonstrado que a

    gerao elica representa uma contribuio confiabilidade do sistema, mesmo no

    sendo uma forma de gerao despachvel, como ocorre com os demais recursos

    geradores convencionais. A magnitude desta contribuio e o mtodo mais apropriado

    para sua determinao so questes ainda em estudo.

    Tambm est em estudo uma soluo para o que j constitui uma questo

    importante para pases europeus onde a energia elica tem maior participao na matriz

    energtica: o fato de ser uma forma no despachvel faz com que parte da energia

    produzida seja perdida. Tecnologias de armazenamento esto sendo consideradas para

    suavizar as flutuaes de um parque elico, mas ainda so consideradas caras. No Brasil, este problema no causa preocupaes de curto prazo devido pequena

    participao da energia elica na matriz energtica e capacidade de armazenamento

    natural inerente de um sistema de base hdrica.

  • 93

    Outra questo remete ao fato de que valores flutuantes de energia elica

    resultam em preos flutuantes de mercado. Assim, com o aumento de sua participao

    na matriz energtica, a energia elica aumenta a competio na medida em que

    fornecedores de outras fontes de energia devem estar constantemente atentos aos seus

    prprios preos para produzir eletricidade apenas quando for lucrativo e compensar a

    flutuao da rede. Outra questo surge quando a energia elica gerada excede a

    demanda. Nesse caso, deve-se rapidamente encontrar regies/pases onde a eletricidade

    mais cara e verificar se h capacidade de transmitir essa energia pela rede para esses

    locais. O aumento do uso da energia elica no sistema tambm pode, em casos

    extremos, forar o desligamento das turbinas para evitar o risco de sobrecarregar o a

    rede.

    Segundo projees realizadas pela IEA as fontes fsseis continuaro, por muito

    tempo, majoritrias na composio da matriz energtica mundial. As energias

    alternativas, classificadas como outras, devem ter um acrscimo significativo em relao ao atual uso, tal como mostrado para o caso da energia elica mais frente,

    porm esse crescimento ser ainda insuficiente para alterar a composio da matriz

    energtica mundial.

    Na Tabela 8.5, pode ser analisada a participao da energia elica no contexto

    mundial atual e a expectativa at 2030, prevista pelo World Energy Technology

    Outlook 2005 (WETO).

    Tabela 8.5: Projees mundiais para oferta de energia eltrica.

    13

    Produo de eletricidade (TWh) 1990 2000 2010 2020 2030

    Trmica 7.561 9.299 12.464 18.382 25.803

    - Carvo convencional, lignita 4.412 5.516 5.532 5.154 4.325

    - Tecnologia avanada de carvo 0 0 1.582 5.573 11.331

    - Gs natural 1.688 2.418 4.054 6.209 8.542

    - Biomassa 132 197 260 335 423

    Nuclear 2.013 2.622 3.161 3.137 3.498

    Hidro, geotrmica 2.246 2.771 3.371 3.971 4.562

    Solar 1 2 24 44 51

    Elica 4 23 117 342 544

    PCH 120 149 203 245 258

    Calor e energia combinados 519 586 1.055 1.510 1.568

    TOTAL 11.945 14.865 19.339 26.122 34.716

    A IEA publicou, em 2009, o documento Technology Roadmap, no qual o cenrio

    IEA Energy Technology Perspectives (ETP) 2008 BLUE Map14

    apresenta as previses

    mundiais do futuro at o ano de 2050, mostradas a seguir.

    Na Figura 8.8, apresentada a perspectiva de produo de energia eltrica a

    partir de fontes renovveis at o ano de 2050. Nota-se o acentuado crescimento da

    produo de eletricidade a partir de fonte elica, correspondente a um aumento de 10

    vezes at 2030 (atingindo 9% da gerao eltrica) e de 20 vezes at 2050 (12% da

    gerao), com base nos valores de 2008.

  • 94

    Figura 8.8: Eletricidade a partir de fontes renovveis at 2050.

    14

    O grfico mostra a tendncia de diminuio dos custos de investimento para

    parques elicos onshore e offshore. Projeta-se uma reduo de 23% para parques

    onshore e 38% para offshore de 2010 a 2050.

    Os roteiros tecnolgicos indicam como linhas de pesquisa ou gargalos a ser

    tratados para maior penetrao da tecnologia os seguintes aspectos:

    Melhorar o entendimento de terrenos complexos, condies offshore e climas glaciais;

    Desenvolver tipos de fundaes alternativas e competitivas para uso em guas de profundidade superior a 40m;

    Desenvolver materiais mais leves e resistentes para permitir rotores maiores e diminuir a dependncia das torres em relao ao ao;

    Desenvolver mo de obra especializada;

    Desenvolver o mercado de eletricidade e as smart grids para permitir maior flexibilidade;

    Desenvolver a colaborao internacional;

    Para o Brasil, a anlise das perspectivas de futuro baseada no documento PNE

    2030 elaborado pela EPE. As perspectivas de expanso da oferta de energia eltrica

    entre 2005 e 2030 so mostradas na tabela a seguir, na qual se observa um aumento de

    0,2% para 1,0% da participao das centrais elicas na matriz energtica nacional. Para

    atingir esse valor, o PNE 2030 prope analisar mecanismos de fomento s fontes

    alternativas renovveis de forma a aumentar a sua participao para mais de 4% na

    oferta interna de eletricidade. A Figura 8.9 indica a composio da energia para 2030,

    segundo a viso da EPE.

  • 95

    Figura 8.9: Composio da matriz energtica por tipo de gerao em 2005 e expectativa para 2030.

    9

    8.7 Consideraes finais

    A energia elica tem deixado a condio de energia alternativa e vem se

    consolidando com uma forma competitiva economicamente, com emisses bastante

    reduzidas em relao s fontes fsseis tradicionais. As tendncias futuras indicam

    claramente que essa forma de energia ter uma significativa ampliao em sua

    explorao.

    O pas encontra-se bastante alinhado com a tendncia internacional, o que pode

    configurar e se caracterizar como um importante nicho de oportunidade em produo de

    energia.

    8.8 Referncias

    1 CENTRO DE PESQUISAS DE ENERGIA ELTRICA (CEPEL). Atlas do potencial elico brasileiro. Disponvel em: < http://www.cresesb.cepel.br/principal.php >. Acesso em: 08 de fev. 2011.

    2 AMARANTE, O. A. C. do; SILVA, F. de J. L. da; ANDRADE, P. E. P. de. Atlas elico Minas Gerais. Disponvel em:

    . Acesso

    em: 10 de mai. 2011.

    3 GLOBAL WIND ENERGY COUNCIL. Global Wind 2007 Report. Disponvel em: . Acesso em: 01 de abr. 2011.

    4 LAWEA. Latin American Wind Energy year. Disponvel em: . Acesso em: 15 de fev. 2011.

    5 ANLISE. Novos leiles. Anlise Energia Anurio 2010, So Paulo, p. 94-95, 2010.

    6 CUSTDIO, R. dos S. Energia elica para produo de energia eltrica. Rio de Janeiro: Eletrobrs, 2009. 280 p.

  • 96

    7 CEMIG. Alternativas Energticas.Disponvel em: . Acesso em: 28 de fev.

    2011.

    8 Kema Brasil, Curso de Energia Elica, Notas de Curso, 2009.

    9 BRASIL. Ministrio de Minas e Energia. Plano Nacional de Energia 2030 / Ministrio de Minas Energia; colaborao Empresa de Pesquisa Energtica. Braslia: Eletrobrs, 2007. p. 324: il. Disponvel em

    . Acesso em: 10 mai. 2010.

    10 CRESESB. Tutorial de Energia Elica. Disponvel em: . Acesso em: 25 de fev. 2011.

    11 INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. Wind Roadmap. Disponvel em: . Acesso em: 28 de fev. 2011.

    12 PROINFA. PROINFA.Disponvel em: . Acesso em 13 de fev. 2011.

    13 INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. World Energy Outlook. Disponvel em: . Acesso em: 19 de fev. 2011.

  • 97

    9 ENERGIA SOLAR

    O Sol a maior fonte de energia que abastece a Terra, responsvel pela origem

    de quase todas as outras formas de energia. Ou seja, a energia proveniente do Sol

    aquece a atmosfera de forma desigual, gerando a circulao atmosfrica e o ciclo das

    guas, de modo que os ventos so aproveitados nos parques elicos e o represamento

    possibilita a gerao hidreltrica. Os combustveis fsseis (como o petrleo, o carvo e

    o gs natural), que vm da deteriorao de matria orgnica, e renovveis (como a

    biomassa), receberam a energia para o seu desenvolvimento da radiao solar. A Figura

    9.1 apresenta diagrama da radiao incidente na Terra. A energia no topo da atmosfera

    medida por instrumentos de satlite e igual a 1.366 W/m.

    Figura 9.1: Diagrama simblico dos processos de interao da radiao solar com a atmosfera terrestre.

    1

    O aproveitamento direto desta fonte de energia pode ser realizado de forma

    passiva ou ativa, como apresentado na Figura 9.2. Sob a forma passiva, tem-se a

    arquitetura bioclimtica, que consiste em harmonizar as construes ao clima, vegetao

    e hbitos de consumo regionais, levando a uma melhor utilizao dos recursos

    energticos disponveis. Isso no se restringe aos aspectos arquitetnicos, pois

    importante tambm o desenvolvimento de novos materiais de baixo contedo energtico

    e de sistemas e equipamentos utilizados na construo adequados luminosidade,

    aquecimento de gua, circulao dos ventos, climatizao do ambiente, conservao de

    alimentos etc. As formas ativas de aproveitamento solar so descritas a seguir. Elas

    sero o foco deste estudo, que visa proporcionar um melhor entendimento de cada uma

    delas sob os aspectos tecnolgico, econmico, poltico e social.

    Figura 9.2: Distribuio do aproveitamento solar.

  • 98

    Na Figura 9.3, tem-se um mapa da insolao mdia na Terra.

    Figura 9.3: Insolao mdia da Terra.

    2

    A radiao direta aquela que faz com que os objetos tenham sombra. A

    radiao difusa aquela que refletida e/ou difundida por elementos atmosfricos antes

    de atingir o solo. Para os dispositivos concentradores, apenas a radiao direta

    utilizada, de modo que nuvens, relevo acidentado e vegetao densa podem afetar

    consideravelmente o desempenho de uma planta solar. A medio da radiao solar,

    tanto da componente direta como da componente difusa, de fundamental importncia

    para uma penetrao crescente e acentuada da tecnologia solar no pas, e para isso so

    usados diversos instrumentos, como piranmetros, pirelimetros, heligrafos e

    actingrafos. Cada um deles apresenta uma faixa de preciso que deve ser conhecida e

    normas tcnicas de medio a serem seguidas.

    9.1 Situao no Brasil

    O Brasil encontra-se prximo linha do Equador, de modo que a durao solar

    do dia perodo de visibilidade do Sol ou de claridade varia pouco durante o ano. As maiores variaes ocorrem no Rio Grande do Sul. A mdia anual de energia incidente

    na maior parte do Brasil varia entre 4 kWh/m2.dia e 5kWh/m

    2.dia.

    O Atlas Brasileiro de Energia Solar,1 lanado em 2006, faz estimativas da

    radiao solar a partir de imagens de satlites. Como resultado, o Atlas identificou a

    regio de valor mximo de irradiao solar global, localizada ao norte da Bahia,

    prximo fronteira com o Piau (6,5 kWh/m) e a regio de valor mnimo, no litoral

    norte de Santa Catarina (4,25 kWh/m). importante ressaltar que todas as regies do

    territrio brasileiro apresentaram potenciais superiores aos da maioria da Unio

    Europeia, onde os incentivos em energia solar so amplamente disseminados.

    Minas Gerais, conforme levantamento da Cemig de 1987, apresenta nveis

    relativamente elevados de radiao solar. Variam em valores prximos aos encontrados

    nas regies mais favorveis do mundo (faixa de 5 a 7 kWh/m/dia). Destacam-se as

    regies do Tringulo, Noroeste e Norte do estado, associadas s baixas latitudes e

    menores nebulosidades. O estado caracteriza-se por veres nublados, com altos nveis

    de precipitao pluviomtrica e invernos secos e de cu claro (radiao diria

    praticamente constante durante todo o ms), fazendo com que os nveis mdios de

    radiao solar apresentem boa regularidade sazonal com pequena oscilao durante o

    ano. Na Figura 9.4, apresentado um mapa de radiao solar do Brasil.

  • 99

    Figura 9.4: Radiao solar inclinada mdia sazonal

    1.

    9.1.1 Energia solar trmica: aquecimento solar e concentrao

    Com relao energia solar aplicada ao aquecimento, um grande benefcio do

    uso dos coletores planos em processos que exigem gua quente est na economia no uso

    dos energticos convencionais como a eletricidade, utilizada principalmente em

    aquecedores e chuveiros eltricos. Na Figura 9.5, possvel observar o impacto que h

    para o sistema eltrico, tendo como principal reflexo a exigncia de altos investimentos

    para que o sistema eltrico suporte a demanda de gua quente, dada principalmente pelo

    chuveiro eltrico. O uso de coletores solares planos, em substituio aos chuveiros

    eltricos, tem demonstrado ser uma excelente alternativa, j que os investimentos totais

    necessrios so, normalmente, inferiores aos despendidos para o aquecimento eltrico

    da gua.

    Figura 9.5: Impacto de equipamentos e eletrodomstico na demanda de energia.

  • 100

    Apesar de ser um dos mais simples aproveitamentos da energia solar, o coletor

    solar ainda no est disseminado no Brasil. O maior mercado ainda o residencial de

    alta renda. Uma das explicaes para isso o uso intensivo de chuveiros eltricos de

    alta potncia e de baixo custo, estimulado por uma estrutura tarifria de energia eltrica

    que cobra apenas a energia gasta nas residncias, independente da potncia eltrica do

    chuveiro e do momento do consumo. A cidade brasileira mais adiantada na adoo de

    sistemas de aquecimento solar de gua inclusive em edifcios altos, residenciais e comerciais Belo Horizonte, Minas Gerais. Nesta cidade, desde 1985 a concessionria de energia eltrica, Cemig, junto com empresas e universidades locais,

    estuda o emprego da tecnologia como alternativa energia eltrica para a produo de

    gua quente.

    O aquecimento solar trmico no Pas tambm tem papel social, pois o governo

    facilita a sua instalao em habitaes populares. Com isso, as famlias de baixa renda

    economizam valores substanciais em suas contas de energia.

    Estudos para a implantao de plantas do tipo solar trmico no Brasil foram

    realizados h alguns anos. Um dos estudos foi feito para a instalao de uma usina na

    cidade de Januria, regio norte de Minas Gerais, com nvel elevado de radiao solar

    direta, um dos maiores da regio Sul/Sudeste do Brasil. O estudo demonstrou

    viabilidade tcnica da implantao, mas inviabilidade econmica dentro da atual

    realidade do setor eltrico nacional. Os principais motivos dessa inviabilidade so os

    custos atuais da energia eltrica, o custo elevado do campo de coletores solares

    concentradores e a necessidade de um combustvel complementar para suprir os

    momentos sem insolao. A primeira iniciativa nessa rea foi a usina termeltrica solar,

    resultante de um projeto de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D no mbito

    Cemig/Aneel), est implantada no Centro Federal de Educao Tecnolgica de Minas

    Gerais Cefet-MG. Trata-se de uma unidade experimental de 10 kW desenvolvida em parceria com a Cemig desde 2008

    3, com objetivo exclusivo de obter informaes para

    pesquisa.

    9.1.2 Energia Solar Fotovoltaica

    A dependncia de importaes de painis fotovoltaicos e de equipamentos mais

    sofisticados como controladores e inversores deixa o pas relativamente vulnervel para

    a expanso deste servio para a populao ainda sem energia eltrica e um

    complicador adicional para as concessionrias. Outro fator limitante de aplicao que

    os equipamentos no tm padronizao eltrica e fsica. Os painis solares normalmente

    so certificados pelas instituies internacionais quanto a sua resistncia contra

    intempries e garantia da sua integridade eltrica, porm as suas dimenses, mtodos de

    fixao e conexes eltricas no so padronizadas. Controladores, inversores e

    luminrias so igualmente complicados de intercambiar em caso de troca do

    equipamento de outro fabricante, por exemplo. Para as concessionrias, esses ltimos

    fatores podem ser os entraves mais graves, porque elas devero garantir o

    funcionamento dos sistemas durante 25 anos, e isso pode se tornar invivel com as

    restries impostas.

    O Brasil possui grandes jazidas de quartzo de qualidade, alem de um grande

    parque industrial que extrai esse mineral e o beneficia, transformando-o em silcio grau

    metalrgico com uma produo em torno de 200 mil toneladas ao ano. Pesquisas em

    desenvolvimento no Instituto de Pesquisas Tecnolgicas (IPT) apontam uma nova

    maneira de obter silcio grau solar (SiGS), utilizado na confeco de clulas

    fotovoltaicas. Trata-se da rota metalrgica, alternativa produo tradicional desse

  • 101

    tipo de silcio, que daria ao Brasil, pas no produtor de SiGS, a chance de entrar

    nesse ramo do mercado.

    A empresa Heliodinmica a nica indstria nacional de mdulos fotovoltaicos,

    e est localizada no estado de So Paulo. Essa empresa produz os mdulos

    fotovoltaicos, entretanto no produz o silcio grau solar. Mas existem diversas

    iniciativas de produo e purificao de silcio (por exemplo: CETEC/MG e produo

    de painis solares (PUC/RS).

    9.2 Aquecimento solar

    Os coletores solares so aquecedores de fluidos e so classificados em coletores

    concentradores e coletores planos em funo da existncia ou no de dispositivos de

    concentrao da radiao solar. O fluido aquecido mantido em reservatrios

    termicamente isolados at o seu uso final. Os sistemas solares trmicos permitem a

    converso de energia solar em energia trmica, com desenvolvimentos distintos em

    funo da gama de temperaturas necessrias. Para temperaturas abaixo de 90C, so

    usados coletores planos e objetiva-se o aquecimento de gua para uso domstico, para

    fins industriais e apoio a sistemas de ar-condicionado, enquanto temperaturas mdias e

    altas tm como finalidade a produo de vapor para fins industriais, assim como a

    produo de energia eltrica. Na Figura 9.6, apresentada uma ilustrao deste

    equipamento.

    Figura 9.6: Ilustrao de um sistema solar de aquecimento de gua.

    A eficincia trmica do coletor solar se reduz na medida em que aumenta a

    diferena de temperatura entre o coletor e o ambiente. A estimativa dessa eficincia

    complexa porque envolve um nmero muito grande de variveis. Dentre elas podem-se

    citar os materiais utilizados na fabricao, o tipo de superfcie absorvedora, a

    intensidade da radiao solar, o nmero de coberturas transparentes, o tipo e a espessura

    do isolamento trmico, as temperaturas de trabalho etc. Normalmente, nas aplicaes

    prticas, costumam-se fixar determinados parmetros e, em funo desses elementos,

    prepara-se um grfico de Eficincia vs. Temperatura.

    Em todo o mundo, 41 pases representam os principais mercados da energia

    solar trmica, com um total de 141 milhes de metros quadrados de coletores solares

    instalados (ano base 2006). H um grande potencial de crescimento do aquecimento

    solar de gua nos pases desenvolvidos, uma vez que cerca de 20% de toda a energia

    consumida em uma residncia so usados no aquecimento de gua. Nos outros pases,

    esse potencial tambm alto devido possibilidade de fabricao local e barata dos

    coletores/refletores solares.

  • 102

    9.3 Produo de energia

    9.3.1 Solar termeltrica

    Os primeiros registros da aplicao de um mecanismo com o objetivo de

    concentrar os raios solares datam da famosa inveno composta por espelhos de

    Arquimedes, em 212 a. C., que teria conseguido incendiar navios ao longe. J entre

    1860 e 1880, os matemticos franceses Mouchot e Pifre propuseram e desenharam a

    primeira mquina a vapor solar. Esse trabalho foi continuado por engenheiros pioneiros

    como John Ericsson ao final do sculo XIX e outros a partir do sculo XX.

    O conceito bsico da concentrao solar termeltrica (CSP, do ingls

    Concentrating Power System) simples: espelhos ou lentes concentram a energia dos

    raios solares para aquecer um receptor a altas temperaturas, tipicamente entre 400 e

    1000C. Esse calor transformado primeiramente em energia mecnica e em seguida

    em eletricidade. A flexibilidade das centrais solares termeltricas aumenta a

    confiabilidade do sistema, dada a sua capacidade inerente de armazenar energia trmica

    por curtos intervalos de tempo para, ento, convert-la em eletricidade, o que no

    acontece em sistemas solares fotovoltaicos. Quando combinada com um sistema de

    armazenamento trmico, essas plantas continuam a produzir eletricidade mesmo quando

    o tempo se torna muito nublado ou aps o pr do sol. Tambm realizada a operao de

    sistemas hbridos, nos quais outros combustveis podem produzir energia despachvel

    em um sistema de reserva (backup).

    Uma planta CSP trabalha basicamente como qualquer usina trmica. A diferena

    que ela utiliza a energia solar para produzir o vapor que movimenta a turbina e o

    gerador. adequada para operar na base ou modulando, com a potncia gerada sendo

    alimentada na rede eltrica. O local escolhido para sua implantao muito importante:

    deve haver muito espao aberto para o posicionamento dos espelhos e muita

    disponibilidade de irradiao solar. O ciclo de potncia de uma usina termeltrica solar

    , em muitos casos, idntico ao de qualquer outra usina termeltrica. A maioria das

    plantas CSP baseia-se no ciclo Rankine, que utiliza vapor de gua ou gs como fluido de

    trabalho, com caldeiras e turbinas a vapor como componentes principais. Esse ciclo tem

    aplicao comercial vasta para gerao convencional, como aquela baseada na queima

    de carvo e biomassa. muito eficiente para temperaturas de at 800C. Turbinas a gs

    baseadas no ciclo Brayton so usadas em alguns sistemas com torres solares e discos

    parablicos. Em alguns casos, so usados motores Stirling, para mdulos de menor

    escala, como discos parablicos.

    H uma variedade de formatos de espelhos, mecanismos de rastreamento do Sol

    e mtodos para prover energia confivel, porm todos se baseiam nos mesmos

    princpios. Plantas tpicas operam entre 50 e 280MW. Sua classificao feita de

    acordo com os dispositivos concentradores e receptores de energia, como mostrado a

    seguir, cujas caractersticas aplicativas so descritas na Tabela 9.1.

    a) Calhas parablicas (ou cilindro parablico); b) Torres solares; c) Discos parablicos; d) Refletores lineares Fresnel; e) Concentrao fotovoltaica (CPV - Concentrating Photovoltaics).

  • 103

    Tabela 9.1: As quatro famlias de tecnologias CSP.3

    Tipo de Foco

    Tipo de Receptor

    Foco Linear

    Coletores rastreiam o Sol em

    um nico eixo e concentram a

    radiao em um receptor

    linear. Isso facilita o

    mecanismo de rastreamento do

    Sol.

    Foco pontual

    Coletores rastreiam o Sol em

    dois eixos e concentram a

    radiao em um nico receptor

    pontual. Isso permite que se

    atinjam temperaturas mais

    altas.

    Fix

    o

    Receptores fixos so

    dispositivos estacionrios que

    se mantm independentes do

    dispositivo de rastreamento do

    Sol. Isso facilita o transporte

    do fluido aquecido planta de

    gerao de potncia.

    Refletores lineares tipo

    Fresnel

    Torres Solares

    M

    vel

    Receptores mveis se movem

    juntamente com o dispositivo

    concentrador. Para ambos os

    tipos de foco, os receptores

    mveis coletam mais energia.

    Calhas Parablicas Discos Parablicos

    Os espelhos concentram a luz de 25 a 3.000 vezes. A concentrao mxima da

    luz solar (46.200 vezes) em um corpo absorvedor perfeito teoricamente levaria

    temperatura mdia da superfcie do Sol, de aproximadamente 5.500C. Entretanto o

    trabalho a uma temperatura deste valor ainda possui restries materiais. Um ciclo

    trmico operando entre essa temperatura e a ambiente (20C) teria uma eficincia

    mxima terica de 94,9% para a converso de calor em eletricidade. Na prtica, a

    eficincia atinge um tero desse valor, devido s perdas na reflexo e na absoro pela

    atmosfera, s restries de temperatura dos materiais e perdas trmicas nos coletores e

    no ciclo trmico.

    A converso de energia solar em calor e depois em eletricidade tem a

    desvantagem da perda termodinmica da energia disponvel, mas tem a vantagem de

    que superfcies refletoras simples e de baixo custo e tecnologias bem conhecidas podem

    ser utilizadas. Ciclos trmicos de potncia tm sido exaustivamente investigados e

    desenvolvidos desde o incio da industrializao. O uso dessa tecnologia tambm tem o

    foco bvio de obteno de benefcios a partir de avanos anteriores. Um problema de

    usar o Sol como fonte de energia que a luz no chega Terra com um ngulo fixo,

    devido ao movimento de rotao, o que significa que sistemas que concentram a luz

    requerem unidades de rastreamento da trajetria do Sol. Isso leva a um decrscimo da

    cobertura da rea, no sentido de permitir o movimento dos coletores e de evitar que eles

    faam sombras uns sobre os outros. Consequentemente, um sistema com alto nvel de

    concentrao vai requerer equipamentos mais caros de rastreamento do Sol e vai utilizar

    rea com menor eficincia.

    Uma planta CSP constituda de quatro partes principais que sero descritas a

    seguir: coletor (refletor), receptor, transferncia de calor/armazenamento e ciclo de

    potncia, como pode ser visto na Figura 9.7. Para a transferncia de calor do receptor para a turbina e o gerador, algum meio

    deve ser usado. Esse meio no necessariamente deve ser aquele que alimenta o ciclo de

    potncia, pois as especificaes para cada finalidade podem ser distintas. So usados,

    por exemplo, vapor de gua, ar, leos sintticos e sais fundidos sobretudo baseados em

    NaNO3.

  • 104

    Figura 9.7: Conceito bsico de uma CSP. Sistema com dois tanques de armazenamento e sistema de

    gerao de potncia por vapor. Outras configuraes tambm so possveis.4

    Sais fundidos apresentam inmeras vantagens: alta densidade, alto calor

    especfico e baixa reatividade, baixa presso de vapor e o fato de no mudar de estado

    fsico durante o aquecimento. Os sais mais usados geralmente solidificam a

    temperaturas prximas de 220C e devem ento ser mantidos acima desse valor,

    ocasionando perdas trmicas que precisam ser consideradas e controladas. Uma

    desvantagem que o uso de tais sais est em fase de desenvolvimento e aprendizado,

    portanto sua aplicao ainda baixa. Seu uso adequado para as plantas com torres

    solares, diretamente como meio de transferncia de calor e de armazenamento, ou

    calhas parablicas apenas como meio de armazenamento.

    Muitas plantas baseadas em calhas parablicas utilizam leos sintticos como

    meio de troca. leos so mais simples de lidar, porm no permitem que temperaturas

    mais altas sejam atingidas. O vapor de gua tem a vantagem de poder ser usado

    diretamente no ciclo de potncia, sem as perdas e gastos associados aos trocadores de

    calor, porm h a desvantagem de que todo o sistema coletor de radiao/calor dever

    operar com presses elevadas e tambm por ser um sistema mais difcil de controlar,

    uma vez que a gua muda de fase durante o aquecimento. O ar facilita as tentativas de

    se atingir altas temperaturas e eficincias, porm requer o uso de grandes volumes.

    O armazenamento de energia trmica usado principalmente quando se tem sais

    fundidos ou leo sinttico como fluido de troca de calor. Pode ser realizado de

    diferentes formas, de acordo com a participao que uma planta CSP deve ter na matriz

    energtica e com a forma com que a energia ser despachada. Esse armazenamento tem

    a funo de fornecer energia para a rede continuamente, de forma a eliminar as

    variaes de curto prazo, como aquelas devidas passagem de nuvens. Recentemente,

    operadores comearam a introduzir as unidades de armazenamento trmico no projeto

    das plantas CSP. O princpio dessa tecnologia simples: ao longo do dia, o excesso de

    calor direcionado para materiais armazenadores. Aps o pr do Sol, essa energia pode

    ser liberada para o ciclo de vapor, e a planta continua a produzir eletricidade. A Figura

    9.8 indica uma combinao tpica do sistema de gerao termeltrica solar com sistemas

    de armazenamento.

    A Figura 9.9 apresenta destacadas as regies no mundo onde especialistas

    acreditam que a tecnologia CSP pode se desenvolver de forma economicamente vivel.

  • 105

    Figura 9.8: Combinao de armazenamento e hibridizao em uma planta solar.

    2

    Figura 9.9: Regies no mundo onde se acredita que os sistemas CSP so economicamente viveis.

    4

    As calhas ou cilindros parablicos consistem em sistemas paralelos de espelhos

    curvos em uma dimenso para focar os raios solares. Esta tecnologia possui um fator de

    concentrao de 70-100 vezes com rastreamento de eixo nico, conforme aponta a

    Figura 9.10. Tais arranjos so enfileirados e podem ter mais de 100 metros de

    comprimento e uma superfcie curva entre 5 e 6 metros de largura. A temperatura

    mxima de ciclo atinge 350-550C, e a taxa de cobertura do terreno de 30-40%.

    Figura 9.10: Ilustrao da tecnologia de cilindro parablico.

    2

  • 106

    Tubos de ao inoxidvel (absorvedores) com um revestimento seletivo servem

    como receptores de calor. O revestimento selecionado para permitir que os tubos

    absorvam altos nveis de radiao sem emitir muita radiao infravermelha. Os tubos

    so isolados termicamente em um envoltrio de vidro a vcuo. Todo o conjunto

    (refletores e os tubos absorvedores) move-se com o sol, medida que ele cruza o cu.

    Todas as calhas parablicas atualmente em operao comercial utilizam leo

    sinttico como fluido que transfere calor dos tubos receptores para os trocadores de

    calor, nos quais a gua pr-aquecida, evaporada e depois superaquecida. O vapor

    superaquecido gira a turbina, que aciona o gerador para produzir eletricidade. Depois de

    resfriada e condensada, a gua retorna aos trocadores de calor.

    Calhas parablicas so a mais barata e mais madura dentre as tecnologias CSP e

    formam a maior parte das plantas comerciais. Sua eficincia de converso de energia j

    chega a 21%. Muitas das plantas instaladas, entretanto, tm pouca ou nenhuma forma de

    armazenamento de energia e dependem de um combustvel de reserva para manter sua

    capacidade. Uma alternativa importante que est sendo pesquisada e j obteve

    resultados favorveis a gerao direta de vapor, que elimina o fluido trmico

    intermedirio e gera a possibilidade de trabalhar a temperaturas mais elevadas com o

    consequente benefcio em termos da eficincia do ciclo Rankine e com presses

    elevadas, aumentado os desafios da engenharia.

    Os refletores lineares Fresnel (LFRs) aproximam-se do formato parablico das

    calhas parablicas, porm pelo uso de longos espelhos enfileirados planos ou

    ligeiramente curvos, que refletem os raios solares em um coletor fixo linear com face

    virada para baixo. Um arranjo mais recente, conhecido como refletor compacto linear

    Fresnel (CLFR) usa dois receptores paralelos para cada fileira de espelhos e ento

    necessita de menor rea que as calhas parablicas para produzir uma dada potncia. A

    principal vantagem dos sistemas LFR em comparao s calhas, que necessitam de

    refletores curvados de alta preciso, que seu arranjo simples de espelhos inclinados

    flexveis e coletores fixos requerem baixos custos de investimento e facilitam a gerao

    direta de vapor, eliminando a necessidade e o custos de fluidos e trocadores de calor. Plantas LFR so, no entanto, menos eficientes que as calhas na converso de energia

    solar em eletricidade e mais difcil incorporar unidades de armazenamento em seu

    projeto.

    Figura 9.11:Refletores lineares Fresnel.

    2

  • 107

    As Torres solares, tambm conhecidas como sistemas de receptores centrais,

    utilizam milhares de pequenos refletores (chamados heliostatos) que dispem

    individualmente de um sistema de rastreamento de dois eixos para concentrar os raios

    solares em um receptor central posicionado no topo de uma torre fixa, conforme ilustra

    a Figura 9.12. A concentrao atinge nveis entre 600 e 1.000 vezes, com temperaturas

    mximas de ciclo variando de 800 a muito acima de 1.000C. Algumas torres em

    aplicao comercial realizam a gerao direta de vapor no coletor, outros utilizam sais

    fundidos tanto como fluido de troca de calor quanto como unidade de armazenamento.

    A potncia concentrada na torre atinge temperaturas muito altas, aumentando a

    eficincia na qual o calor convertido em eletricidade e reduzindo o custo de

    armazenamento trmico. A eficincia mdia de converso atingida de 25%, e a taxa de

    uso do terreno varia entre 20-22%.

    Figura 9.12: Torre solar.

    2

    Alguns cuidados especiais devem ser tomados com os heliostatos. Por exemplo,

    o controle de rastreamento dos heliostatos bastante rigoroso, pois heliostatos

    incorretamente posicionados podem originar pontos quentes no receptor, ocasionando

    danos irreparveis. Tambm so tomadas medidas de controle com relao velocidade

    do vento. Em velocidades de vento acima de 36 km/h, os heliostatos so posicionados

    verticalmente para evitar danos estruturais. Velocidades muito altas podem danificar as

    estruturas de suporte. A limpeza constante dos heliostatos um ponto importante na

    operao da central, visto que a deposio de poeira pode reduzir drasticamente a

    eficincia de todo o sistema.

    Em adio, esse conceito altamente flexvel; projetistas podem escolher dentre

    uma vasta variedade de heliostatos, receptores, fluidos de transferncia e unidades de

    gerao de potncia. Algumas plantas so constitudas por vrias torres que alimentam

    uma nica unidade de potncia. Torres solares j foram instaladas em unidades de

    demonstrao na Espanha, Austrlia e Estados Unidos, e lugares como Abu Dhabi

    tambm j tm projetos.

    Os discos ou pratos parablicos concentram os raios solares em um foco pontual

    colocado acima do centro de cada disco (Figura 9.13). O aparelho segue o Sol como um

    todo, com disco e receptor movendo-se em conjunto. A maioria dos discos possui um

    motor/gerador independente (tal como um motor Stirling ou uma microturbina) no

    ponto de foco. Esse arranjo elimina a necessidade de um fluido de troca de calor e de

    um sistema de resfriamento da gua.

  • 108

    Figura 9.13: Discos parablicos.

    2

    Discos parablicos apresentam a maior eficincia de converso de energia solar

    a eltrica dentre as plantas CSP. O valor mximo j relatado de 31,25% para motor

    Stirling e deve atingir valores entre 20-30% para microturbinas. A taxa de concentrao

    de 1.000-3.000 vezes. Vrios aspectos tamanho compacto, inexistncia de gua de resfriamento e baixa compatibilidade com armazenamento trmico e hibridizao colocam os discos parablicos em competio com os mdulos fotovoltaicos,

    especialmente quando h concentrao (CPV), mais do que com as outras tecnologias

    CSP. Discos grandes, mostrados compatveis com armazenamento trmico e com o uso

    combinado de combustveis de reserva so exceo. Estudiosos afirmam que a produo

    em massa permitir que os discos possam competir com sistemas maiores de gerao

    solar termeltrica.

    Cada um dos discos parablicos limitado em tamanho (tipicamente dezenas de

    kW ou menos) e produz eletricidade de forma independente, o que significa que

    centenas ou milhares de discos devem ser alocados em uma mesma rea para criar uma

    planta de gerao em larga escala. Em contraste, outros arranjos CSP podem ter

    capacidade que varia em uma larga faixa, a comear por 1 MW (o tamanho timo de

    calhas, LFR e torres, tipicamente varia entre 100 MW e 250 MW). Atualmente no h

    sistemas de discos parablicos em operao comercial, mas h planos para construo

    de vrias plantas cuja potncia pode atingir os 750MW.

    Alguns sistemas menores de concentrao solar combinam receptores fixos com

    calhas ou, mais frequentemente, com discos parablicos (chamados discos Scheffler). Eles so notavelmente usados na ndia em aparelhos de cozimento a vapor em

    instalaes que servem milhares de refeies por dia. Discos tambm podem ser usados

    em processos que utilizam vapor pela coleta do calor em cada disco e alimentao em

    uma nica unidade para produzir eletricidade. Essa opo possvel, porm ainda no

    utilizada atualmente.

    A integrao de plantas CSP rede traz grandes vantagens, visto que as perdas

    devidas ao armazenamento trmico so muito menores que as de outras formas

    existentes (incluindo bombeamento de gua e baterias), tornando essa tecnologia mais

    eficiente e barata. Plantas CSP podem aumentar a capacidade da rede eltrica de

    absorver maiores parcelas de fontes de energias renovveis, como a elica, aumentando,

    assim, sua flexibilidade.

  • 109

    O uso da gua em uma usina termeltrica necessrio para os processos de

    resfriamento e condensao. Em uma planta CSP, esse valor relativamente alto, em

    torno de 3.000L/MWh para calhas parablicas e refletores lineares (similar a um reator

    nuclear), enquanto nas usinas a carvo, esse valor de 2.000L/MWh e nas usinas de

    ciclo combinado gs natural, tem-se 800L/MWh. Torres solares necessitam de menor

    quantidade de gua, que varia de acordo com a sua eficincia, e discos parablicos so

    resfriados pelo ar ambiente, no necessitando de gua de resfriamento.

    O fornecimento de grandes quantidades de gua para uma planta CSP um

    grande desafio atual, uma vez que estas instalaes geralmente se encontram em regies

    ridas e semiridas, ou seja, a gua um recurso valioso e constitui um fator limitante.

    O resfriamento seco (ar) uma alternativa vlida, porm uma forma mais cara e que

    reduz a eficincia. Outro modo mais atrativo de resfriamento o ciclo hbrido

    seco/molhado, que reduz o consumo de gua sem comprometer significativamente a

    eficincia da planta.

    9.3.2 Solar fotovoltaica

    O efeito fotovoltaico foi descoberto em 1839, primeiramente em eletrlitos

    lquidos, pelo fsico francs Alexandre Becquerel. Em 1877, Fritts (EUA) observou a

    gerao de corrente eltrica em tubos de selnio (Se), na primeira demonstrao do

    efeito em slidos. Quando a luz incidia na superfcie de lquidos ou superfcies

    metlicas, eltrons eram liberados. Entretanto, no havia explicao para esse efeito

    bizarro. Na virada do sculo, Albert Einstein desenvolveu uma teoria que lhe rendeu um

    Prmio Nobel da Fsica e criou a base terica do efeito fotoeltrico. Os eltrons

    liberados, quando da incidncia da luz, so atrados para um polo positivamente

    carregado, criando uma corrente fotovoltaica. Einstein explicou esse fenmeno pela

    teoria contempornea dos nveis de energia quantizada, desenvolvida por Max Planck.

    Essa teoria descreve a luz como sendo formada por pacotes de energia chamados ftons.

    Os ftons incidentes em metais ou semicondutores arrancam eltrons dos tomos.

    Em meados de 1930, esses teoremas levaram ao surgimento de uma nova rea da

    Fsica chamada de Mecnica Quntica, que consequentemente levou ao

    desenvolvimento de transistores nos anos 1950 e da eletrnica dos semicondutores. Em

    1956, iniciou-se a produo industrial, dando prosseguimento ao desenvolvimento da

    microeletrnica. Nesse ano, a utilizao de fotoclulas foi de papel decisivo para os

    programas espaciais, o que levou a um avano significativo da tecnologia, com o

    aprimoramento do processo de fabricao, da eficincia das clulas e reduo do peso.

    A eficincia inicial atingida pelas clulas era de 6%. Com a crise mundial dos anos

    1970, as pesquisas intensificaram e se expandiram para alm dos programas espaciais,

    com foco na utilizao em meios terrestres. A eficincia de alguns tipos de clulas

    atingiu 13%.

    Nos anos 1980, a indstria comeou a amadurecer na medida em que se deu

    nfase fabricao e reduo de custos. Novas tecnologias saram das universidades e

    centros de pesquisa e entraram em fase de pr-comercializao, o nmero fabricantes e

    investidores cresceu, e nos anos 1990 surgiu a necessidade de aperfeioar tambm os

    componentes do sistema, como os inversores e dispositivos de rastreamento da trajetria

    do Sol.

    As primeiras instalaes de grande porte surgiram em pases desenvolvidos nos

    anos 1980 com o objetivo de avaliar seu desempenho em duas aplicaes distintas: em

    operao modular para abastecimento do sistema nos horrios de pico e como fonte de

    gerao distribuda para reduzir perdas de transmisso e distribuio. Essas opes se

  • 110

    mostraram atrativas pela facilidade de se combinar os mdulos para criar uma planta de

    gerao de potncia que pode ser conectada rede. Tambm podem ser usados sistemas

    hbridos que contam com uma bateria de reserva e um gerador que fornece energia nos

    casos em que a gerao solar for ineficiente.

    Uma aplicao que surgiu nos anos 1990 foi a construo de sistemas

    fotovoltaicos integrados arquitetura das construes (janelas, fachadas e telhados) em

    unidades comerciais e residenciais que podem estar conectadas ou no rede eltrica.

    Isso apresenta as vantagens de atender exigncia de rea e de reduzir os custos, uma

    vez que diminuem os gastos com materiais que serviriam como base para os mdulos

    fotovoltaicos. So produzidos industrialmente sistemas fotovoltaicos para implantao

    em superfcies planas e curvas, e os equipamentos de instalao dependem de a

    construo j existir ou ser um novo projeto e do material que servir de suporte aos

    mdulos. Vale ressaltar dois pontos importantes: primeiro, mais eficiente integrar um

    sistema fotovoltaico s novas construes do que mont-lo depois do projeto executado,

    e segundo, os aspectos estticos tambm devem ser levados em considerao.

    Atualmente, os sistemas fotovoltaicos vm sendo bastante utilizados em

    instalaes remotas, possibilitando o surgimento de vrios projetos sociais, projetos

    agropastoris, de estaes de bombeamento para irrigao, eletrificao de cercas,

    iluminao pblica e de comunicaes. As facilidades de um sistema fotovoltaico tais

    como modularidade, baixos custos de manuteno e vida til longa, fazem com que

    sejam de grande importncia para instalaes em lugares desprovidos da rede eltrica.

    Nesse caso de sistemas isolados, aconselha-se o uso de uma bateria de reserva.

    A energia solar fotovoltaica (PV, do ingls photovoltaics) a tecnologia que

    gera energia eltrica em corrente contnua a partir de semicondutores quando estes so

    iluminados por ftons presentes na radiao solar. Enquanto a luz incide na clula solar

    (nome de cada elemento individual do sistema fotovoltaico), h converso de energia.

    Durante a noite e em condies nubladas, esse processo diminui e chega at mesmo a

    cessar. Clulas solares tpicas tm cerca de 100 cm de rea e produzem trs ampres de

    corrente a 0,5V. Elas so combinadas em srie e em paralelo, formando mdulos, para

    aumentar a corrente e a tenso, com valores de potncia tpicos entre 50-200 W. Tais

    mdulos, combinados com uma srie de outros componentes do sistema (inversores,

    baterias, componentes eltricos) formam um sistema fotovoltaico. As clulas solares

    no armazenam energia, mas o uso de baterias aplicvel para essa finalidade.

    Esta tecnologia de produo de energia eltrica recebe grande quantidade de

    investimentos em pesquisa, desenvolvimento e demonstrao (PD&D), cujo principal

    objetivo a reduo de custos, que ainda so muito altos quando comparados a fontes

    convencionais. Apresenta alta aceitao do pblico, sobretudo devido aos aspectos

    ambientais, e considerada uma das mais apropriadas formas de levar eletricidade a

    populaes dispersas em comunidades remotas.

    Existem diversas tecnologias de clulas fotovoltaicas em desenvolvimento,

    classificadas de acordo com o material e suas caractersticas. As principais so:

    a) Primeira gerao: silcio cristalino; b) Segunda gerao: filmes finos; c) Terceira gerao: materiais orgnicos e nanoestruturados.

    As clulas fotovoltaicas, as menores unidades de produo de energia, so

    formadas por um material semicondutor, tipicamente o silcio, que dopado com outros

    elementos que tm um eltron a mais ou a menos de valncia, visando alterar a

    condutividade do material base. Por exemplo, se o silcio dopado com um elemento

    como o fsforo (um eltron a mais de valncia), o material resultante chamado

  • 111

    semicondutor tipo N. Em oposio, se o silcio dopado com um elemento como o boro

    (um eltron de valncia a menos), tem-se um semicondutor tipo P com uma lacuna de

    eltron, um espao vazio. Quando essas camadas de materiais tipo N e tipo P (juno

    PN) so postas em contato, eltrons livres do lado N passam para o lado P onde

    encontram os buracos que os capturam. Isso faz com que haja um acmulo de eltrons

    no lado P, tornando-o negativamente carregado e simultaneamente ocorre uma reduo

    de eltrons do lado N, que o torna eletricamente positivo. Essas cargas aprisionadas do

    origem a um campo eltrico permanente, que dificulta a passagem de mais eltrons de

    um lado para o outro, em um processo que alcana um equilbrio quando o campo

    eltrico forma uma barreira capaz de barrar os eltrons livres remanescentes no lado N.

    Ao iluminar uma juno PN, ocorrer a gerao de pares eltron-lacuna. Se isso

    acontecer na regio onde o campo eltrico diferente de zero, as cargas sero

    aceleradas, gerando, assim, uma corrente contnua (DC) atravs da juno; esse

    deslocamento de cargas d origem a uma diferena de potencial qual chamamos de

    Efeito Fotovoltaico e que flui para um circuito externo (Figura 9.14). Para diminuir a

    reflexo dos raios solares, deposita-se sobre a superfcie um filme antirreflexo.

    A principal matria-prima utilizada na fabricao de clulas fotovoltaicas o

    silcio (Si), que constitui o segundo elemento qumico mais abundante na crosta

    terrestre (o primeiro o oxignio) e tem sido explorado sob diversas formas: cristalino,

    policristalino e amorfo.

    (a) (b)

    Figura 9.14: Diagrama (a) e constituio (b) de uma clula solar.6

    O uso de unidades de armazenamento de energia importante para reduzir a

    necessidade de uma fonte reserva de gerao para atender demanda extra que um

    sistema intermitente, como os que so baseados na energia solar, no consegue fornecer.

    A eletricidade no pode ser armazenada diretamente, de forma que deve ser convertida

    em outras formas de energia em baterias (qumica), bombeamento de gua

    (gravitacional), ar comprimido e flywheel (bateria eletromecnica). Sistemas mais avanados tais como ultracapacitores, sistemas magnticos supercondutores, baterias

    redox de vandio esto em fase de desenvolvimento, porm ainda no atingiram

    viabilidade tcnica e econmica.

    Os sistemas hbridos so geralmente mais complexos, pois h a necessidade de

    maximizar a eficincia de entrega de energia para o usurio do conjunto de energias

    combinadas, que podem estar na forma elica, motores diesel, fotovoltaica etc. Estes

    sistemas esto desconectados da rede e normalmente se destinam ao abastecimento de

    um nmero maior de pessoas, em sistemas de mdio e grande porte.

  • 112

    O silcio, em sua forma elementar, representa perigos quando se encontra na

    forma de um p fino em contato com uma fonte de ignio. J foram reportadas

    exploses de grande destruio e at mesmo fatais na indstria do silcio. O material

    bruto do qual o silcio extrado, quartzo ou slex, um dos causadores da doena

    silicose quando trabalhado fora das normas adequadas, sem o uso de equipamentos de

    proteo. Silanos volteis como o monosilano e os clorosilanosso extremamente

    reativos na presena de oxignio ou gua. Tambm so classificados como substncias

    qumicas perigosas, cujo manejo deve ser realizado com muito cuidado. J as cadeias

    longas de silanos, polisiloxanos, assim como slica amorfa so tidas como

    quimicamente inertes e no txicas. Assim, so amplamente usadas nas indstrias

    farmacutica, de alimentos, e de cosmticos.

    Novos materiais tm sido exaustivamente estudados como forma alternativa ao

    silcio, sobretudo na rea dos filmes finos na qual o silcio amorfo se esquadra, com

    objetivos de reduzir custos e atender s dificuldades provenientes dos processos de

    fabricao e de purificao. Dentre os materiais usados na tecnologia de filmes finos,

    tm-se compostos base de cobre, ndio e selnio (CIS), base de cobre, ndio, glio e

    selnio (CIGS) e base de cdmio e telrio (CdTe).

    Cientistas afirmam que as inovaes e rupturas tecnolgicas so possveis e

    podem at mesmo ser antecipadas. Novos materiais mais eficientes para absorver a luz

    solar, novas tcnicas de captura de todo o espectro solar e novas abordagens baseadas

    em arranjos nanoestruturais podem revolucionar a tecnologia. Novos materiais que

    explorem filmes finos, semicondutores orgnicos, CSSP (do ingls, dye-sensitized solar

    cell) e nanocristais oferecem novas oportunidades de criar sistemas mais baratos,

    eficientes e robustos.

    Aproximadamente 95% de toda a capacidade instalada ainda utilizam a primeira

    gerao de desenvolvimento da rea, ou seja, clulas de silcio cristalino (c-Si), as quais

    so relativamente eficientes, porm muito caras. H quatro tipos de silcio cristalino que

    diferem entre si em relao ao nvel de impurezas. O grau metalrgico o menos puro,

    seguido do qumico, do solar e, por fim, do grau eletrnico, com maior nvel de pureza.

    Tradicionalmente, o silcio extrado do quartzo da natureza na forma de cristal de

    dixido de silcio (SiO2) e ento desoxidado em grandes fornos, purificado e

    solidificado para fornecer o chamado silcio grau metalrgico, de pureza entre 98 e

    99%. Nessa pureza, a clula razoavelmente eficiente sob o ponto de vista energtico e

    de custo. A expresso silcio grau solar (SiGS) refere-se ao nvel de pureza do silcio

    que deve ser alcanado para que as clulas solares sejam eficientes, usualmente na faixa

    de 99,999 a 99,99999%. O processo de obteno do SiGE atinge o maior nvel de

    pureza entre os diferentes tipos de silcio, algo como 99,9999999%.

    A produo do SiM e do SiGE tem um impacto ambiental causado pelo alto

    consumo energtico associado s emisses de, principalmente, CO2, NOx e SO2.

    Contudo, deve-se destacar que esses aspectos negativos e o consumo de energia

    envolvidos na fabricao e instalao dos sistemas fotovoltaicos so revertidos pelo

    mesmo sistema (payback time) em cerca de apenas quatro ou cinco anos, na forma

    de um sistema de produo de eletricidade limpa por uma vida til superior a 25

    anos.

    O processo de fabricao do silcio monocristalino (mc-Si) bem fundamentado,

    apesar de ser ainda de difcil automao. Para aplicao solar, esse silcio deve ter, alm

    da pureza adequada, uma baixa densidade de defeitos na rede. A purificao do silcio

    apresenta elevado valor agregado, chegando o produto final a valer mais de 100 vezes o

    preo do silcio grau metalrgico atualmente exportado pelo Brasil.

  • 113

    Para se produzir o silcio monocristalino, necessrio para a indstria de

    microeletrnica so empregados dois processos: Crescimento Czochralski e Fuso

    Zonal Flutuante.

    O processo Czochralski o processo de fabricao do silcio grau solar mais

    utilizado. Consiste na introduo de uma pequena quantidade de dopante no silcio

    fundido, normalmente o boro, que do tipo P. Com um fragmento do cristal

    devidamente orientado e sob um rgido controle de temperatura, extrado do material

    fundido um grande cilindro de silcio monocristalino levemente dopado. Este cilindro

    cortado em fatias finas de aproximadamente 300m, em um processo demorado, que

    resulta em perdas significativas de material. Aps o corte e limpezas de impurezas das

    fatias, devem-se introduzir impurezas do tipo N de forma a obter a juno. Este

    processo feito por difuso controlada, na qual as fatias de silcio so expostas a vapor

    de fsforo em um forno cuja temperatura varia entre 800 e 1.000C.

    Dentre as clulas fotovoltaicas que utilizam o silcio como material base, as

    monocristalinas so, em geral, as que apresentam a maior eficincia. As fotoclulas

    comerciais obtidas com o processo descrito atingem eficincia tpica de at 15%. Se a

    luz concentrada em tais clulas (CPV), a eficincia pode mais que dobrar, entretanto

    essa tecnologia ainda emergente e comea a ser testada em plantas piloto para

    sistemas superiores a 100 kW, dadas as dificuldades e complexidades associadas

    necessidade de rastreamento, estabilidade fsico-qumica dos materiais, em especial as

    lentes concentradoras, e de eliminao do calor que tambm concentrado, cuja

    presena acelera o envelhecimento/degradao dos materiais.

    As clulas de silcio policristalino (pc-Si) so mais baratas do que as de silcio

    monocristalino, entretanto apresentam eficincia um pouco inferior. Ainda assim, a

    produo de silcio policristalino superou a de silcio monocristalino a partir de 1998.

    At 2003, o silcio de grau eletrnico (SiGE) era empregado majoritariamente na

    produo de semicondutores pela indstria microeletrnica, e o restante era utilizado

    pela indstria fotovoltaica. Com o aumento da demanda pela indstria fotovoltaica a

    partir de 2004, impulsionado pelos governos do Japo e da Europa para a produo de

    energia renovvel, comeou a faltar silcio de grau eletrnico no mercado. Com isso, o

    preo do silcio policristalino passou de 50 US$/kg em 2005 para mais de 100 US$/kg

    em 2008. A falta de silcio empurra as empresas para o mercado livre, onde o preo

    pode chegar a 500 US$/kg. Porm, at ento, a nica forma de obter-se silcio

    policristalino era pelo mesmo processo de produo do silcio monocristalino, o qual

    tem um custo muito elevado.

    Existem hoje duas rotas possveis para a obteno desse silcio (ambas

    descritas com mais detalhes a seguir):

    A prpria rota de obteno do SiGE, denominada rota qumica (tambm chamada de processo Siemens), que tem sido motivo de pesquisas das empresas

    produtoras desse tipo de silcio, para tornar o processo menos custoso e mais

    vivel para a obteno do SiGS.

    A rota metalrgica, que permitiria obter o SiGS a um nenor custo, diretamente a partir do silcio grau metalrgico (SiGM), que apresenta nvel de impurezas mais

    elevado.

    Atualmente, a maioria dos pases produtores de SiGS utiliza o processo

    Siemens para obt-lo. Devido falta de silcio para a produo de clulas solares e

    tambm ao seu alto custo, pesquisas em todo o mundo procuram novos mtodos para se

    obter silcio para clula solar, diretamente do silcio metalrgico, sem passar pelo

    processo Siemens. A Elkem (Noruega) anunciou que j produz este silcio desde 2009,

    com uma reduo de custo de 30 a 50% em relao ao processo Siemens. Este silcio

  • 114

    estaria sendo utilizado pelas empresas Q-Cells e Canadian Solar para produo de

    clulas solares. A Dow Chemical anunciou a produo de um silcio grau solar (Dow

    Corning PV 1101 SoG Silicon) que, misturado com o silcio policristalino de grau

    eletrnico, possibilita a fabricao de clulas solares com menor custo. A produo

    deste silcio ser, no Brasil, na antiga CBCC. A empresa Timminco, do Canad,

    anunciou a produo de silcio metalrgico de grau solar (pureza: 99,99999%) que

    poderia ser utilizado puro ou misturado com silcio grau eletrnico para a produo de

    clulas solares.

    A produo de silcio de grau eletrnico e de lminas (wafers) bastante

    concentrada e tambm verticalizada, pois alguns produtores (Shell Solar, BP Solar,

    Solar World e Kyocera) de silcio de grau eletrnico pelo processo Siemens tambm

    passaram a fazer as lminas.

    A segunda gerao de fotoclulas formada pelos chamados filmes finos, que

    constituem na deposio de silcio amorfo, disseleneto de cobre, glio e ndio

    (Cu(InGa)Se2 ou CIGS), telureto de cdmio (CdTe) ou outros materiais semicondutores

    em camadas mais finas do que 1% da espessura das fotoclulas tradicionais (1-3m)

    sobre um substrato de baixo custo usado como suporte estrutural como vidros, plsticos

    ou lminas metlicas. Como referncia, semicondutores tpicos de filmes finos tm

    espessura 10 vezes menor que um fio de cabelo.

    As vantagens dessa tecnologia incluem: menor gasto de material, potencial

    reduo de custos de clulas e mdulos, potencial reduo de peso do sistema, menor

    gasto de energia na fabricao, potencial para fabricao de clulas flexveis, tcnicas

    de fabricao mais bem adaptadas produo em massa. As principais desvantagens

    so que os filmes finos ainda apresentam eficincias inferiores e esto em um menor

    estgio de desenvolvimento do conhecimento e da tecnologia quando comparados s

    clulas de primeira gerao ao silcio, que adotou tecnologias j maduras da indstria

    eletrnica.

    Filmes finos consistem em arranjos de 5 a 10 camadas diferentes superpostas,

    cujas funes incluem: reduo da resistncia, formao da juno PN, reduo das

    perdas por reflexo e uma camada robusta para o contato e interconexo entre as

    clulas. O processo de fabricao projetado para que cada camada seja depositada

    sequencialmente nos substratos que se movem, como em um processo contnuo.

    At ento, registros apontam eficincias de clula na faixa entre 16 e 19%, e a

    eficincia do mdulo fotovoltaico varia em torno de 13%. A produo vem aumentando

    rapidamente, na medida em que potenciais redues de custos so idealizadas. Novos

    progressos indicam a possibilidade de substituio das clulas de primeira gerao pelos

    filmes finos na indstria fotovoltaica, particularmente para uso do mdulo integrado a

    materiais convencionais de construo, como em fachadas e na cobertura de telhados.

    O silcio amorfo (a-Si) apresenta alto grau de desordem na sua estrutura e pode

    ser aplicado aos filmes finos. Clulas de filmes finos apresentam a vantagem de utilizar

    menor quantidade de material quando comparadas quelas de estrutura cristalina. Com

    isso, tem-se maior eficincia energtica.

    A utilizao de silcio amorfo para uso em fotoclulas tem apresentado grandes

    vantagens tanto nas propriedades eltricas quanto no processo de fabricao. Por

    apresentar uma absoro da radiao solar na faixa do visvel e podendo ser fabricado

    mediante deposio sobre diversos tipos de substratos, o silcio amorfo vem se

    mostrando uma forte tecnologia para sistemas fotovoltaicos de baixo custo.

    Mesmo apresentando um custo reduzido na produo, o uso de silcio amorfo

    apresenta duas desvantagens: a primeira a baixa eficincia de converso comparada s

    clulas mono e policristalinas de silcio; em segundo lugar, as clulas so afetadas por

  • 115

    um processo de degradao logo nos primeiros meses de operao, reduzindo assim a

    eficincia ao longo da vida til. Por outro lado, o silcio amorfo apresenta vantagens que

    compensam as deficincias acima citadas, a saber:

    Processo de fabricao relativamente simples e barato;

    Possibilidade de fabricao de clulas com grandes reas;

    Baixo consumo de energia na produo. Clulas de filmes finos de CdTe so a base dessa tecnologia importantssima que

    causou grande impacto comercial na produo de energia a partir do Sol. Grandes reas

    de mdulos de filmes finos demonstram estabilidade de longo prazo, desempenho

    competitivo e a possibilidade de atrair capitais de investimento para produo em

    grande escala. Esse material surgiu na eletrnica em 1947 da reao de vapores de Cd e

    Te em uma atmosfera de hidrognio. A gerao de alta eficincia de clulas solares de

    CdTe baseada no arranjo formado por CdTe do tipo P e CdS do tipo N. As

    propriedades eltricas desejadas so obtidas por tratamentos que incorporam impurezas

    especficas nas camadas de CdTe e CdS, tal como tratamentos de ps-deposio que

    introduzem CdCl2, O2 e Cu no CdTe, que pode ativar ou passivar defeitos naturais da

    rede.

    Clulas solares baseadas em Cu(InGa)Se2 (CIGS) so consideradas as mais

    promissoras dentre os filmes finos para reduo de custos e aumento da eficincia. Elas

    foram desenvolvidas a partir das clulas de CuInSe2 (CIS), com a introduo do

    elemento glio (Ga), apresentando propriedades mais interessantes. Altas eficincias j

    foram demonstradas em laboratrio tanto para as clulas quanto para os mdulos,

    atingindo valores para mdulos de grandes reas superiores a 12%. Alm disso, tais

    clulas apresentaram excelente estabilidade de longo prazo em condies ambientes,

    resistncia a altos nveis de radiao quando comparadas s clulas de silcio e podem

    ser muito leves, apoiadas sobre substratos flexveis, o que tambm promissor para

    aplicaes no espao. O principal gargalo dessas clulas ainda o alto custo de

    fabricao; entretanto h expectativas de reduo que devem ser atingidas com o

    desenvolvimento da tecnologia e de como ela atende s necessidades de aumento da

    eficincia.

    Embora parte da reduo antecipada de custos de sistemas fotovoltaicos ocorra

    como resultado natural das melhorias tecnolgicas e aumento do volume de produo,

    uma reduo muito mais significativa esperada no longo prazo devido a processos de

    ruptura dos fundamentos da tecnologia. Tal ruptura, baseada no uso de novos materiais

    e de nanotecnologia, representa a terceira gerao do desenvolvimento fotovoltaico, a

    qual deve atingir eficincia bem mais alta que os valores tpicos, aumentando de cerca

    de 15% para mais de 50%. Mais importante, a terceira gerao deve reduzir as perdas

    energticas comuns tanto s clulas convencionais quanto aos filmes finos. Por

    exemplo, a criao de clulas de multicamadas permitiria a absoro, por cada uma

    delas, de diferentes faixas do espectro solar. Alternativamente, frequncias pticas

    poderiam ser deslocadas dentro da clula para transformar o espectro de modo a

    aumentar a absoro. Provou-se que o uso de nanocristais produz mais eltrons por

    fton de energia do que os materiais convencionais e que a energia de cada eltron pode

    ser coletada mais eficientemente. Em adio, progressos j foram alcanados na

    construo de nanoestruturas de carbono que poderiam levar a novos modelos de clulas

    fotovoltaicas de alta eficincia.

    Um novo tipo de clula desenvolvido na Sua em 1991 conhecido por suas

    iniciais DSSC (dye-sensitized solar cell). Essa tecnologia dita fotoeletroqumica. A

    clula composta de um eletrlito encerrado em um sanduche entre um anodo transparente, cuja superfcie interior recoberta por um pigmento fotossensvel (corante

  • 116

    orgnico, natural ou sinttico) e uma camada condutora. O dispositivo comparvel

    fotossntese das plantas, nas quais a clorofila tem papel de pigmento fotossensvel. Sob

    o efeito da luz, os pigmentos so excitados e liberam eltrons, que so transmitidos pela

    soluo inica para a superfcie condutora, com eficincias de converso de

    aproximadamente 10% na clula. Entretanto, sob irradiao, frequentemente ocorre

    fotocorroso do eletrodo na soluo de eletrlito, resultando em baixa estabilidade da

    clula, de modo que os estudos recentes tm sido feitos visando desenvolver clulas

    mais estveis. As expectativas so de que os custos de fabricao sejam relativamente

    baixos devido ao baixo custo dos materiais que compem a clula e do processo em si.

    Um dos tipos de clula CSSP formado por um pigmento sinttico (dye), TiO2 (dixido

    de titnio) como semicondutor nanocristalino, soluo de iodo como eletrlito, dois

    eletrodos de vidro com uma camada condutora e transparente (SnO2) e grafite ou platina

    como catalisador. As principais caractersticas dessa tecnologia so:

    Alta eficincia de converso, comparvel das clulas de silcio amorfo so obtidas, e ainda podem superar os 10%;

    Baixo custo de fabricao: simplicidade do processo e baixo custo dos materiais que a compem;

    Materiais abundantes: disponibilidade comercial dos materiais componentes;

    Potencial para a fabricao de clulas coloridas, adaptadas ao consumidor;

    Baixo potencial de poluio ambiental;

    Fcil reciclagem. importante notar que sistemas de concentrao solar fotovoltaica (CPV)

    encontram-se na interface das duas formas de produo de eletricidade, a gerao por

    concentrao e a gerao fotovoltaica, pois os mecanismos de rastreamento do Sol e de

    concentrao podem ser estudados pelos princpios da CSP, mas a forma de converso

    da energia usa os princpios fsicos da gerao fotovoltaica, ou seja, no h uma planta

    de gerao de potncia. A luz solar concentrada por um refletor como nos sistemas

    CSP, ou por lentes Fresnel, porm uma clula fotovoltaica usada para a converso de

    luz em vez de um receptor de calor. Muitas caractersticas so similares aos discos

    parablicos: aplicao modular em escala de 5-100kW, alta eficincia, rastreamento

    solar de dois eixos e ausncia de armazenamento de energia.

    Se as clulas solares so caras, poder-se-ia supor que a concentrao da luz solar

    em poucas clulas reduziria os custos. Entretanto, duas condies devem ser analisadas.

    A primeira que a superfcie ptica que coleta a luz e a reflete clula deve ser mais

    barata que a rea de clulas que ela est substituindo. Isso atingido se forem

    consideradas apenas tais superfcies. Entretanto, ser necessrio nesse caso, assim como

    para a concentrao termeltrica, o uso de sistemas de rastreamento do Sol. A outra

    que a eficincia das clulas sob a luz concentrada no deve diminuir substancialmente.

    Quanto a isso, observa-se que o aumento da eficincia limitado devido ao aumento da

    resistncia hmica, de forma que o sistema deve ser bem planejado para minimiz-las.

    A concentrao relativamente alta (at 2.000 vezes) significa que uma pequena

    quantidade de componentes fotovoltaicos usada, em comparao aos sistemas

    fotovoltaicos convencionais (painis planos), e constitui uma reduo dos gastos com

    materiais. Tais sistemas devem operar com, no mnimo, 27% de eficincia, podendo

    atingir 40%.

    Uma desvantagem com relao s plantas CSP que as plantas CPV so mais

    sensveis luz concentrada, de forma que vrios painis ligados em srie no tero

    desempenho maior do que a clula que recebe o pior ndice de radiao. Assim,

    necessrio que a luz concentrada seja distribuda uniformemente pela superfcie

  • 117

    receptora. Em alguns casos, isso pode ser atingido pelo uso de lentes secundrias

    combinadas. O uso de sistemas de refrigerao das clulas tambm utilizado.

    9.4 Custos

    9.4.1 Coletores solares residenciais

    Normalmente este tipo de sistema considerado economicamente vivel para a

    maioria dos consumidores residenciais que utilizam energia eltrica para o aquecimento

    de gua, por exemplo, o chuveiro eltrico. O investimento inicial relativamente alto,

    mas o tempo de retorno normalmente de um a dois anos. O custo de um sistema bsico

    para quatro pessoas com coletor de 4m e reservatrio de 400L situa-se na faixa de

    R$1.500,00.

    9.4.2 Solar Termeltrica

    Embora os sistemas CSP atualmente requeiram investimentos de capitais mais

    altos do que outras fontes de energia, eles oferecem benefcios considerveis no longo

    prazo devido aos gastos mnimos com combustveis para reserva/hibridizao. Alm

    disso, os investimentos iniciais devem continuar caindo na medida em que a escala das

    plantas CSP aumenta, a competio cresce, a produo em massa se desenvolve e os

    financiamentos se tornam mais certos e constantes. No curto prazo, a economia das

    plantas CSP ser mantida favorvel tanto para cargas intermedirias e de pico quanto

    para carga de base.

    O impacto do armazenamento nos custos de gerao no to simples quanto

    pode parecer. Quando h armazenamento, alm da complexidade tcnica adicionada e

    da necessidade de um sistema de backup de aquecimento que evite a solidificao do sal

    de trabalho, os custos de investimento aumentam com o tamanho do campo solar e do

    armazenamento adicionado, porm o fator de capacidade e a energia fornecida

    anualmente tambm aumentam de forma que o custo da energia varia de acordo com o

    fator que mais pesa em cada caso.

    Independentemente da situao, o principal mrito do armazenamento no a

    reduo dos custos da eletricidade, e sim aumentar o valor da planta pelo aumento da

    confiabilidade e pela possibilidade de prover energia despachvel, o que permite que a

    planta solar possa competir com plantas fsseis, fornecendo energia na base do sistema

    em um futuro prximo. Na Figura 9.15, apresentada a composio de custos para uma

    planta CSP.

    Figura 9.15: Custos de investimento de uma planta CSP de calhas parablicas de 50MW com

    armazenamento de 7 horas.

  • 118

    Para plantas de larga escala que utilizam calhas parablicas no estado da arte, os

    custos de investimento variam de 4,2 U$/W a 8,4 U$/W, dependendo das condies e

    dos custos da terra, quantidade e distribuio do recurso solar e, mais importante, do

    tamanho da unidade de armazenamento e do campo solar. Plantas que no possuem

    armazenamento e que se beneficiam de excelentes condies de radiao solar situam-

    se na base dos custos de investimento. Espera-se que os custos de investimento por Watt

    sejam reduzidos em 12% para um aumento de capacidade de 50 MW a 100 MW em

    plantas com calhas parablicas, e cerca de 20% no aumento at 200 MW. A tendncia

    que os custos associados unidade de gerao de potncia, BOP (balance of plant,

    inclui os componentes do sistema de gerao, como turbina, gerador etc.) e conexo

    rede caiam de 20% a 25%, na medida em que a capacidade da planta dobre. Tais custos

    tambm devem reduzir devido ao aumento da competio entre os fornecedores de

    novas tecnologias. Custos de investimento para calhas parablicas podem cair de 10% a

    20% se a gerao direta de vapor (DSG, direct steam generation) for implantada, o que

    permitiria temperaturas de trabalho mais alta e melhor eficincia de converso.

    Fabricantes de turbinas devem desenvolver unidades voltadas especificamente para a

    indstria CSP. No total, custos de investimento podem reduzir de 30% a 40% na

    prxima dcada. Os custos de operao e manuteno (O&M) incluem a operao da

    planta, gastos de combustvel de reserva ou hibridizao, guas de alimentao e de

    resfriamento e manuteno da rea. Uma planta tpica 50 MW de calhas requer

    aproximadamente 30 empregados para a operao e 10 para manuteno da rea. Custos

    de O&M foram estimados de 13 U$/MWh a 30 U$/MWh, incluindo gastos com

    combustvel de reserva. Com o aumento das plantas, custos de operao e manuteno

    vo decair.

    Os custos da eletricidade dependem principalmente da disponibilidade do

    recurso solar e variam de 0,200 U$/kWh a 0,295 U$/kWh para plantas de larga escala

    de calhas, tecnologia mais disponvel no mercado atualmente.

    Para as torres solares, os custos de investimento so mais difceis de estimar,

    porm so geralmente mais altos do que aqueles para calhas parablicas. Entretanto, um

    aumento da eficincia, passando de 15% e atingindo 25%, permitir uma reduo de

    40% no investimento em dispositivos solares especficos ou de 20% nos custos globais.

    A tendncia recente em direo produo em massa de espelhos planos pequenos e de

    alta preciso traz promessas de reduzir ainda mais os custos, na medida em que os

    problemas de baixa resistncia ao vento e baixa preciso de concentrao solar (que

    pode ser melhorada com auxlio de automao) sejam resolvidos. Os custos de

    investimento poderiam cair de 40% a 75% com a maturao da tecnologia, e os custos

    da eletricidade poderiam cair ainda mais. Especialistas preveem um grande potencial em

    pases em desenvolvimento para fabricao local tanto de torres quanto de calhas,

    levando a custos ainda mais baixos para essas economias emergentes.

    Nos Estados Unidos, o DOE (Department of Energy), em seu programa de

    desenvolvimento de tecnologias CSP, estabeleceu como objetivo o valor de 0,10

    U$/kWh at o ano de 2015 para abastecimento de cargas intermedirias do sistema e,

    em 2020, o valor de 0,05 U$/kWh. De acordo com a evoluo dos custos de eletricidade

    estimados, a competitividade com fontes fsseis deve ser atingida em 2020 para cargas

    intermedirias e em 2025 para a carga de base.

    Custos para sistemas CPV so muito difceis de estimar, dado que as

    experincias comerciais com essas tecnologias so muito raras ou inexistentes. Se

    estabelecida em larga escala, os sistemas CPV provavelmente podero competir com

    sistemas convencionais de painis fotovoltaicos planos. H uma forte discusso e debate

    sobre as tecnologias CSP e PV (ou CPV). Enquanto a tecnologia CSP depende de escala

  • 119

    para tornar-se competitiva, pois quanto maior a planta menores so os custos, a

    tecnologia PV ou CPV tornam-se competitivas por evoluo tecnolgica e por meio da

    gerao distribuda, pois eliminam-se os custos associados aquisio de terreno e de

    conexo. Alm disso, a expectativa de que os custos de mdulos fotovoltaicos tenham

    uma reduo significativa de custos, juntamente com uma ampliao da sua eficincia;

    sendo assim, os custos de gerao PV devem bater os custos de CSP. H tambm que se

    considerar que os mdulos fotovoltaicos fazem uso de radiao direta e difusa,

    produzindo energia mesmo em dias nublados. Em resumo, existe um cenrio favorvel

    energia fotovoltaica e limitado para as tecnologias de CSP;

    Na Tabela 9.2, mostrada uma comparao entre as tecnologias CSP.

    Tabela 9.2: Comparao das principais tecnologias CSP.

    2

    Tecnologia Eficincia

    anual de

    converso

    Ocupao

    do terreno

    gua de

    resfriamento

    (L/MWh)

    Armazenamento Modo de

    reserva/hbrido

    Perspectiva

    de avanos

    Calhas

    parablicas

    15% Alta 3.000 ou seco Sim, mas ainda

    sem GDV*

    Sim Limitada

    Refletores

    lineares

    Fresnel

    8-10% Mdia 3.000 ou seco Sim, mas ainda

    sem GDV*

    Sim Significativa

    Torres

    solares

    20-35%

    (conceitual)

    Mdia 2.000 ou seco Depende da

    configurao da

    planta

    Sim Muito

    significativa

    Discos

    parablicos

    25-30%

    (conceitual)

    Baixa Nenhuma Depende da

    configurao da

    planta

    Sim, mas em

    casos limitados

    Atravs da

    produo em

    massa

    *GDV: Gerao Direta de vapor

    9.4.3 Solar Fotovoltaica

    A Figura 9.16 apresenta valores de custo em funo da eficincia das principais

    matrias-primas e tipos de clulas fotovoltaicas existentes no mercado e em fase de

    pesquisa. A Tabela 9.3 apresenta as faixas de eficincia das principais tecnologias.

    Figura 9.16: Desempenho atual e custos das tecnologias de mdulos fotovoltaicos.2

  • 120

    Tabela 9.3: Valores atuais de eficincia de diferentes tecnologias atuais de mdulos fotovoltaicos

    comerciais.5

    Na Figura 9.17, podem ser observadas as perspectivas de reduo de custo da

    eletricidade gerada por fontes renovveis, com destaque para a acelerada reduo de

    custos das fontes solares. O grfico faz parte de um estudo realizado pela IEA e faz

    parte do documento World Energy Outlook 20087.

    Figura 9.17: Custos projetados de produo de eletricidade por fontes renovveis.

    7

    A Figura 9.18 traz as projees de custo de investimento, elaboradas pelo

    mesmo estudo, para as fontes renovveis. As tecnologias solares, sobretudo a

    fotovoltaica, apresentam forte reduo de custos, e ambas tornam-se comparveis a

    algumas das outras fontes alternativas j no ano de 2015.

    Figura 9.18: Custos projetados de investimento para fontes renovveis.

    7

    Um dos fatores que impossibilitou a utilizao da energia solar fotovoltaica em

    larga escala durante muitos anos foi o alto custo das clulas fotovoltaicas. As primeiras

  • 121

    clulas foram produzidas com o custo de 600 U$/W para o programa espacial. Com a

    reduo anual do custo, o aumento da eficincia e da produo em larga escala dos

    sistemas solares e com a valorao dos custos ambientais e sociais da gerao

    centralizada, o sistema solar tende a se tornar economicamente competitivo em curto

    prazo. Em adio, ocorre tambm a ampliao dos mercados e o aumento do nmero de

    empresas que se voltam para a produo de clulas fotovoltaicas. No incio dos anos

    1990, o nmero de instalaes fotovoltaicas cresceu em uma taxa de aproximadamente

    15% ao ano. Esse crescimento acelerou e chegou a 30%/ano no final dessa dcada.

    Em sistemas de gerao distribuda, a energia solar PV elimina a necessidade de

    complexos sistemas de transmisso e distribuio, reduzindo drasticamente os custos de

    conexo do gerador rede eltrica. Os altos custos de investimento representam, hoje, a

    principal barreira para a sua expanso no mercado. O custo de implantao da gerao

    PV pode chegar a 5,0 vezes o custo de uma pequena central hidreltrica (PCH), porm

    se for feita uma anlise do custo da energia gerada durante a vida til do sistema, de

    aproximadamente 30 anos, a energia fotovoltaica mostra-se apenas dez vezes maior para

    sistemas isolados e trs vezes maior para gerao interligada rede eltrica. Ao serem

    agregados os impostos, custos ambientais e sociais, esta energia passar a ser

    economicamente competitiva em um futuro breve. Entretanto, para que essa tecnologia

    seja amplamente adotada em todo o mundo, devem-se reduzir os custos

    substancialmente, para que os subsdios no sejam mais necessrios no futuro.

    Devido aos altos investimentos de capitais, a forma como o financiamento

    realizado afetar a viabilidade econmica e a acessibilidade dos sistemas fotovoltaicos

    ao consumidor final. As consideraes financeiras podem ocorrer de forma bem

    diferente entre regies desenvolvidas e subdesenvolvidas. Programas de financiamento

    das tecnologias fotovoltaicas comearam ao final dos anos 1980. A prtica tem evoludo

    lentamente e at o momento atual ainda no se mostrou completamente bem

    estabelecida em muitos lugares. As experincias apontam que o financiamento ter um

    papel fundamental na criao e manuteno do crescimento de um mercado de demanda

    por sistemas fotovoltaicos. A indstria tambm vai necessitar de quantidades

    substanciais de capital para sustentar esse crescimento, que podem vir de programas de

    incentivo dos governos.

    A tecnologia fotovoltaica est se tornando um fator de desenvolvimento em

    reas rurais de todo o mundo, dado que 35% da populao mundial (56% da populao

    rural, totalizando cerca de 2 bilhes de pessoas) vivem sem o benefcio de ter

    eletricidade disponvel, fornecida por uma companhia energtica. No caso do Brasil,

    pode-se afirmar que 60% do territrio contm apenas 2% da populao, o que torna

    economicamente invivel o fornecimento de energia eltrica a esta populao por meio

    do sistema interligado e atrativo o seu atendimento pela gerao distribuda ou sistemas

    isolados. Outro fator de expanso da energia fotovoltaica so as polticas pblicas de

    desenvolvimento sustentvel e meio ambiente. Como resultado, observa-se um

    crescimento acelerado do mercado no Japo, Europa e nos Estados Unidos (com

    destaque para o estado da Califrnia).

    Um estudo do custo da implantao de sistemas fotovoltaicos, publicado em

    2005, analisou o preo de 47 sistemas isolados de 100 a 6.600 W, de 1987 a 2004,

    indicando que esses sistemas apresentam uma tendncia de reduo de preos de

    aproximadamente 1 U$/W ao ano, com custos variando entre 7 e 10 U$/W.

    Outro estudo, publicado pelo Programa de Sistemas Fotovoltaicos de Potncia

    da IEA, confirma que os preos esto reduzindo ano aps ano e indica que os sistemas

    isolados tendem a custar aproximadamente o dobro quando comparados com sistemas

    conectados rede, por necessitarem de baterias e demais componentes associados. Em

  • 122

    2004, sistemas isolados de at 1 kW apresentam variao de preo de 9 a 25 U$/W,

    sendo que o valor tpico encontra-se em torno de 13 U$/W. Sistemas maiores de 1 kW

    apresentam variao semelhante e preos ligeiramente menores. Para sistemas

    conectados rede, os valores chegam a 6 U$/W.

    Considerando o valor tpico de 13 U$/W para sistemas fotovoltaicos isolados,

    este nmero, por si s, mostra-se extremamente antieconmico e no competitivo,

    quando comparado com o custo da implantao das demais fontes. Entretanto, a

    aplicao isolada apresenta a vantagem de evitar os custos de transmisso e, assim,

    poder competir de maneira mais nivelada com outras formas de gerao. Se forem

    oferecidos, por exemplo, incentivos substanciais para a instalao dos mdulos nos

    telhados das construes, tais sistemas podem se tornar competitivos. Os valores tpicos

    de instalao no Brasil, tanto informados pela Agncia Nacional de Energia Eltrica

    (ANEEL) quanto publicados em um estudo da CESP e IMT, so apresentados na Tabela

    9.4. Tabela 9.4: Valores tpicos de implantao de usinas geradoras de energia.

    8

    Tipo de Gerao Custo de implantao

    ANEEL (U$/W)

    Custo de implantao

    CESP/IMT (U$/W)

    Termeltrica a diesel 0,40-0,50 0,35-0,50

    Termeltrica a gs 0,40-0,65 0,35-0,50

    Termeltrica a vapor 0,80-1,00 -

    Termeltrica a ciclo combinado 0,80-1,00 -

    Pequenas centrais hidreltricas 1,00 -

    Gerao elica 1,20-1,50 1,00

    Gerao fotovoltaica - 5,00-10,00

    Nos Estados Unidos, o DOE estima que os custos de instalao dos sistemas

    conectados rede devem cair de 6,25 U$/W em 2000 para 3,30 U$/W em 2015, para

    atingir a meta de competir com as tecnologias de gerao fssil e nuclear. O resultado,

    de acordo com o DOE, seria a reduo do preo da energia eltrica produzida dos atuais

    0,25 U$/kWh para 0,09 U$/kWh, sem a necessidade de subsdios.

    Os custos de gerao da eletricidade em uma regio a partir de sistemas PV

    dependem fortemente de dois fatores: a quantidade de radiao que incide anualmente

    (e o fator de capacidade associado) e a taxa de retorno ou de desconto. Essa tecnologia

    no apresenta partes mveis, ento os custos com operao e manuteno (O&M) so

    baixos, estimados em 1% do capital de investimento por ano. Assumindo uma taxa de

    retorno de 10%, a produo de eletricidade em 2008 para aplicaes de larga escala

    variaram de 0,24 U$/kWh em localidades com alto ndice de radiao solar (2.000

    kWh/kW, ou seja, fator de capacidade igual a 23%) a 0,48 U$/kWh em locais com

    radiao moderada (1.000 kWh/kW, correspondendo a um fator de capacidade de 11%).

    Os custos correspondentes de gerao por sistemas residenciais variaram de 0,36

    U$/kWh a 0,72 U$/kWh.

    Um estudo de viabilidade realizado pelo instituto americano EPRI (do ingls,

    Electric Power Research Institute)9 identificou as principais aes e direes de

    pesquisa que devem tornar as tecnologias fotovoltaicas mais competitivas no mercado e

    viabilizar sua expanso. Pesquisas de ruptura foram apontadas como a primeira ao

    necessria para reduzir os custos e devem envolver o aumento significativo da eficincia

    de converso sem aumentar os custos de produo. Uma direo de pesquisa promissora

    conta com o grupo chamado de terceira gerao. Assume-se que ao menos um dos conceitos acima descritos da terceira gerao de clulas fotovoltaicas deve atingir nvel

    de comercializao nas prximas dcadas, produzindo um aumento de trs a cinco vezes

    na eficincia do mdulo e um aumento dramtico de competitividade.

  • 123

    O EPRI selecionou alguns itens que devem ser avaliados com esse objetivo de

    proporcionar tais rupturas tecnolgicas, dos quais se destacam:

    Identificar as aes necessrias para se obterem redues substanciais nos preos das fotovoltaicas (isto , para reduzir o preo da eletricidade para valores abaixo de

    0,05 U$/kWh).

    Identificar as reas da pesquisa mais propcias aos processos de ruptura de custos.

    Avaliar o estgio de desenvolvimento das tecnologias identificadas como de ruptura e predizer os prazos antecipados para que elas se tornem viveis no mercado.

    Definir como deve ser o apoio do governo e de programas de incentivo.

    9.5 Impactos ambientais

    O projeto, a instalao, a operao e a manuteno de sistemas fotovoltaicos

    isolados so, geralmente, simples, mas necessrio que todos os envolvidos estejam

    bem informados das caractersticas da instalao e das limitaes da tecnologia. Isto

    particularmente importante para o usurio, que deve estar consciente de que a

    quantidade de energia limitada e que sua instalao tem caractersticas bem diferentes

    de uma ligao a uma rede eltrica convencional.

    A manuteno dos sistemas consiste, principalmente, na limpeza peridica dos

    mdulos (que inclui lavagem com gua e detergente de uma a duas vezes por ano) e na

    substituio das baterias aps cerca de trs a quatro anos. Defeitos diversos podem

    ocorrer no controlador de carga, nos eletrodomsticos, conexes etc.

    Nos casos de programas governamentais incentivados, fator fundamental

    formar uma estrutura de manuteno que permita o funcionamento confivel dos

    sistemas, aps a instalao. Geralmente, os sistemas esto em locais remotos e de difcil

    acesso nas comunidades, no se dispe de pessoas com conhecimento sobre o assunto e

    o usurio, muitas vezes, no tem dinheiro suficiente para a aquisio de equipamentos

    de reposio, baterias e servios. Alm disso, equipamentos de corrente contnua no

    so usuais no comrcio das regies beneficiadas. Tendo em vista que o usurio sempre

    viveu sem eletricidade, deve-se evitar que, em casos de defeito e sem assistncia

    externa, o equipamento seja abandonado.

    Recomenda-se disseminar sistemas fotovoltaicos somente em municpios nos

    quais haja predisposio das prefeituras municipais ou de outras entidades para criar

    infraestrutura de servios, com pessoal preparado e disponvel para dar manuteno e

    orientao aos usurios. Essa infraestrutura inclui unidades para estoque de lmpadas,

    baterias, controladores etc.

    Quando o sistema conectado rede da concessionria de eletricidade, tem a

    particularidade de no necessitar de armazenamento de energia, pois toda a eletricidade

    produzida fornecida rede. Variam desde pequenos sistemas instalados em

    residncias, a grandes centrais que geram vrios MW de energia para o sistema eltrico

    local.

    Riscos so classificados pela forma com que afetam trabalhadores da indstria

    PV, consumidores de sistemas PV ou prximos a eles e o pblico que consome o ar e a

    gua prxima a uma planta PV. A populao com maior potencial de riscos sade a

    dos trabalhadores da indstria. Riscos muito baixos esto associados ao pblico, ao

    consumidor e ao tcnico de instalao do sistema. Dentre as questes exclusivas da

    indstria PV mais estudadas esto a toxicidade potencial do semicondutor CdTe e o

    manejo correto dos gases AsH3, SiH4, GeH4, PH3, B2H6 e H2Se, usados no crescimento

    das camadas de GaAs, a-Si (silcio amorfo), a-SiGe e Cu(InGa)Se2. A concluso geral

    que os mdulos de CdTe no colocam em risco o pblico e que procedimentos que

  • 124

    garantam a segurana de uso dos gases listados acima j esto bem estabelecidos na

    indstria.

    No caso do pblico e dos responsveis pela instalao e a manuteno do

    equipamento, alguns cuidados devem ser tomados para evitar que ocorram choques

    eltricos e outros acidentes como queimaduras. Esses cuidados devem seguir padres

    rigorosos de segurana, assim como qualquer outro sistema que lida com gerao de

    altas tenses.

    Em locais onde a ocorrncia de descargas atmosfricas comum, todo o sistema

    PV e o equipamento montado em ambiente aberto deve ser protegido com sistemas

    apropriados de para-raios e cobertura especial para evitar que todo o equipamento

    queime e seja destrudo.

    Outra questo importante o que fazer com os mdulos aps a sua vida til de

    25-30 anos. Uma excelente estratgia a reciclagem, que resolve tanto o problema de

    deixar materiais potencialmente perigosos expostos no meio ambiente quanto o da

    necessidade de explorao e refino de novos materiais da natureza.

    De maneira geral, sob o ponto de vista ambiental, podem ser citados os seguintes

    impactos ambientais:

    Pases que desenvolvem essas tecnologias podem reduzir sua dependncia de fontes fsseis na produo de energia;

    A fonte de energia vasta e essencialmente infinita;

    A energia solar, ao contrrio das fontes fsseis, no precisa ser extrada, refinada, nem transportada para o local da gerao;

    A captura da radiao solar no envolve emisso ou gerao de matria poluente ou de gases de efeito estufa, nem descarte de combustveis radioativos, assim como

    tambm no h gerao de rudo ou de subprodutos;

    A implantao de uma planta solar apresenta baixos impactos ambientais e sociais;

    Aplicaes em sistemas de gerao distribuda evitam gastos e impactos ambientais causados pelas linhas de transmisso em alta tenso, pois o local da gerao (seja de

    calor ou de eletricidade) prximo carga;

    Como aspecto negativo, tem-se a demanda de grandes extenses de terra para a converso de uma quantidade de energia eltrica ou de calor desejada;

    Outra desvantagem diz respeito s condicionantes inerentes natureza intermitente da energia solar, como as alteraes de luz ao longo do dia, a possvel presena de

    condies climticas desfavorveis (chuva, nuvens) e a latitude do local. As formas

    de armazenamento da energia solar so pouco eficientes quando comparadas, por

    exemplo, aos combustveis fsseis (carvo, petrleo e gs), energia hidreltrica e

    biomassa.

    Os fatores de emisso de gases estufa em toda a cadeia de produo da

    eletricidade, a partir da tecnologia PV, variaram aproximadamente entre 25 e 40 g.CO2

    equiv. / kWh. Esses valores so mais baixos que as emisses por fontes fsseis, porm

    mais altos que todas as fontes renovveis, como indica a Figura 9.19.

  • 125

    Figura 9.19: Emisses de gases estufa em todo o ciclo de vida por sistemas fotovoltaicos conectados

    rede comparados a outras fontes.9

    Os fatores que contribuem para tais nveis incluem a produo e purificao do

    mdulo fotovoltaico e dos componentes do sistema, o tipo da tecnologia (Si cristalino,

    Si amorfo, etc.) e o transporte dos mdulos.

    Em um cenrio moderado, o documento Global Outlook 09 Concentrating Solar Power

    11 estima que aqueles pases que possuem os maiores recursos solares

    poderiam juntos evitar a emisso de 148 milhes de toneladas anualmente em 2020,

    aumentando para 2,1 bilhes de toneladas em 2050 com o uso de plantas CSP.

    9.6 Pesquisa e tendncia futura

    As pesquisas atuais seguem as principais direes, visando ao desenvolvimento

    da tecnologia e reduo dos custos:

    Aumento da temperatura do ciclo de potncia: O desafio ento aumentar a temperatura de entrada das turbinas CSP pela aplicao de tecnologias avanadas e

    pelo uso de novos materiais para a sua adaptao aplicao solar.

    Aumento do fator de capacidade: as principais opes so os tanques de sais fundidos. At certa capacidade de armazenamento, h viabilidade econmica, com a

    possibilidade de reduo dos custos da energia produzida.

    Aumento da escala de produo e otimizao: embora o conceito de plantas CSP seja antigo, elas ainda no se desenvolveram como as demais plantas comerciais, de

    modo que as expectativas de reduo de custos so altas.

    Ciclos combinados/binrios: se o ar comprimido antes de ser aquecido, ele pode ser usado para alimentar uma turbina a gs e operar uma planta solar combinada.

    Ciclos CSP combinados com temperaturas mximas de 1.000C j esto sendo

    investigados. Acredita-se que eficincias de converso de 50% a temperaturas de

    entrada de 1.200C so possveis para ciclos combinados em desertos. Uma

    desvantagem que o uso de ar como fluido de trabalho dificulta o armazenamento

    de energia. Eficincias ainda maiores podem ser alcanadas com ciclos binrios,

    como lcalis metlicos fundidos. Entretanto, este uso ainda ambiental e

    economicamente questionvel.

    Sistemas hbridos: plantas hbridas CSP - fontes fsseis, aumentando a participao de fontes renovveis no setor energtico. O gs natural j usado como fonte

    complementar nos momentos em que a energia solar no suficiente. Por outro

  • 126

    lado, a fonte fssil (gs) pode viabilizar o investimento e promover a trasio entre

    o modelo econmico atual e uma economia livre de carbono.

    Pequenos sistemas de heliostatos: aumentar o desempenho tico dos heliostatos e faz-los durarem mais. Sabe-se que heliostatos grandes so mais afetados por ventos

    fortes, requerem motores robustos e estruturas rgidas para manter a forma correta

    de reflexo. Tudo isso, aliado s maiores dificuldades de fabricao, mantm os

    custos altos e dificulta a sua aplicao. Alternativamente, empresas como eSolar e

    BrightSourceEnergy esto desenvolvendo grandes quantidades de heliostatos

    menores (na faixa de 1-7m) e permitem, ainda, mais fcil reposio quando

    quebrados.

    Painis planos orgnicos para concentrao fotovoltaica: a luz incidente absorvida pelos corantes e reemitida em certos comprimentos de ondas para dentro do painel.

    Vrias reflexes totais ocorrem internamente, e a luz guiada para as bordas dos

    painis, onde pode ser utilizada pelos dispositivos fotovoltaicos. Essa rea de P&D

    engloba tanto a tecnologia de concentrao quanto a fotovoltaica.

    Clulas solares de mltiplas camadas: consistem em vrias clulas simples agrupadas ou superpostas, em que cada clula absorve uma parcela do espectro solar

    mais prxima da sua banda de absoro. Dispositivos desse tipo j atingiram

    eficincias superiores a 37% com concentrao de 173 sis, e valores maiores

    podem ser atingidos pelo aumento do nmero de junes diferentes. A explorao

    de novos materiais e nanoestruturas deve revolucionar essa tecnologia,

    proporcionando maior controle de defeitos, por exemplo.

    Nanotubos de carbono.

    Alguns desafios cientficos devem ser foco da pesquisa atual, por exemplo:

    Controle de interfaces entre materiais diferentes superpostos nas multicamadas;

    Controle da nucleao e de processos de crescimento usados para a produo de filmes finos;

    Entendimento da transferncia de calor nos materiais de diferentes tamanhos durante o tempo;

    Entendimento da absoro de radiao pelos materiais para um melhor controle de processo.

    A Figura 9.20 apresenta a evoluo dos custos da eletricidade para dois diferentes nveis

    de radiao normal direta at o ano de 2050.

    Figura 9.20: Evoluo dos custos da eletricidade projetados para plantas CSP em U$/MWh, sob

    diferentes nveis de radiao normal direta (DNI), em kWh/m/ano.2

  • 127

    A Figura 9.21 mostra as empresas lderes de mercado em 2008, no qual se

    observa o crescimento acelerado de algumas empresas chinesas (Suntech, Yngli Solar e

    JA Solar) em um espao de tempo muito curto. Outro fato interessante relativo

    participao dessas dez principais empresas no total da produo mundial. Esse valor

    decresceu de 80% em 2004 para 50% em 2008. Essa tendncia explicada pelo fato de

    que um nmero cada vez maior de novas empresas est entrando no mercado.

    Figura 9.21: Dez TOP companhias fotovoltaicas em 2008.

    10

    Baseados nas estimativas de produo, trs fabricantes produziram mais de 10

    MW de produtos do tipo filmes finos em 2005: United Solar Ovonic (Uni-Solar),

    Kaneka e First Solar. Os maiores produtores industriais de mdulos CIS (disseleneto de

    cobre e ndio, CuInSe2) so Energy Photovoltaics, Global Solar Energy, Shell Solar

    Industries (todas empresas americanas), Honda Engineering e Showa Solar (ambas do

    Japo) e Wrth Solar (Alemanha). Na rea dos mdulos CdTe, apenas a empresa First

    Solar dos EUA est ativamente envolvida atualmente com a produo de mdulos de

    multi-megawatts. Companhias que desenvolvem o silcio amorfo incluem United Solar

    Ovonic, Kaneka, Mitsubishi e Schott Solar. Outras companhias na rea de filmes finos

    podem ser citadas: Matsushita Battery, Global Solar e Antec Solar.

    importante destacar que o atual lder de mercado, First Solar, atingiu, no final

    de 2009, uma capacidade de produo anual superior a 1 GW. Outras empresas, Sharp

    (Japo), Showa Shell Sekiyu (Japo) e Best Solar (PRC) anunciaram que aumentariam

    sua produo de filmes finos para no mnimo 1 GW em 2010 ou 2011, mas no decorrer

    do tempo sua expanso desacelerou.

    Alguns fabricantes importantes so citados a seguir:

    Japo: Kaneka Solartech, Kyocera Corporation, Mitsubishi Electric, Mitsubishi Heavy Industries, SANYO Electric Company, Sharp Corporation.

    China: Canadian Solar Inc., Changzhou EGing Photovoltaic Technology Co. Ltd., China Sunergy, JA Solar Holding Co. Ltd., Jetion Holdings Ltd., Suntech Power Co.

    Ltd.

    Estados Unidos: BP Solar, United Solar System, SunPower Corporation, First Solar LCC.

  • 128

    Unio Europeia: Q-Cells AG, Wrth Solar GmbH, ErSol Solar Energy AG, Photowatt, Renewable Energy Corporation AS.

    A Figura 9.22 apresenta as projees mundiais para a oferta de energia de 2006 a

    2030, de acordo com o World Energy Outlook 2008. Observa-se a participao da

    energia solar na produo de eletricidade e o seu crescimento acelerado.

    Figura 9.22: Aumento da gerao mundial de energia a partir de fontes renovveis at 2030.

    7

    Na Figura 9.23, apresentada a capacidade instalada at abril de 2009 tanto pela

    tecnologia de gerao fotovoltaica quanto pela gerao termeltrica, somada

    capacidade fornecida por projetos em construo ou que esto planejados para entrar em

    operao at 2014.

    Figura 9.23: Capacidade atual instalada e planejada por forma de produo de energia eltrica.

    Apesar de os cintures solares na Terra serem relativamente estreitos, o potencial tcnico para a tecnologia CSP enorme. Se desenvolvida completamente em

    suas aplicaes, a regio sul dos EUA pode atingir a demanda de eletricidade de todo o

    pas vrias vezes. O potencial do Oriente Mdio e do norte da frica poderia abastecer

    em cerca de 100 vezes todo o consumo do Oriente Mdio, Norte da frica e Unio

    Europeia juntos. Em resumo, CSP seria perfeitamente capaz de produzir eletricidade

    com pouca ou nenhuma emisso de carbono e combustvel para satisfazer a demanda

    global. Um desafio chave, entretanto, deve-se ao fato de que a demanda nem sempre se

    situa prxima aos locais de melhores recursos solares.

    Fotovoltaica16%

    Cilndrico-parablico42%

    Torre solar18%

    Prato parablico8%

    Concentrador Fresnel1%

    Desconhecido15%

    65%32%

    3%

    Outras

    FotovoltaicoCilndrico-parablico

    11%

    43%20%

    8%

    2%16%

    Atual: 1.916 MW Planejado: 18.701 MW Total: 20.617 MW

  • 129

    Plantas CSP individuais tm tamanho tpico entre 50 e 280 MW, mas podem

    atingir potncias bem maiores. Ao final de 2008, tais instalaes forneciam apenas 436

    MW de potncia para a produo de eletricidade em todo o mundo. Nos Estados

    Unidos, projetos que fornecero mais 7.000 MW esto em fase de planejamento e

    desenvolvimento, alm de mais 10.000 MW na Espanha, todos eles podendo entrar em

    operao em torno de 2017.

    De acordo com o CSP Global Outlook 20095, elaborado pelo Greenpeace em

    parceria com a Solar PACES e com a associao ESTELA, em um cenrio avanado,

    com altos nveis de eficincia energtica, CSP poderia atingir at 7% da potncia

    mundial projetada no ano de 2030 e at um quarto em 2050. Mesmo com uma srie de

    suposies moderadas para o futuro do desenvolvimento do mercado, o mundo poderia

    ter um potencial solar combinado superior a 830 GW em 2050, com instalaes anuais

    de 41 GW. Isso representaria de 3 a 3,6% da demanda global em 2030 e de 8,5 a 11,8%

    em 2050. Estima-se tambm que grandes unidades de armazenamento e grandes

    extenses de campos solares poderiam possibilitar fatores de capacidade iguais a 59%

    (5.200 horas por ano) em 2050, e cenrios mais otimistas preveem uma capacidade

    instalada igual a 1.500 GW para tal ano. A Figura 9.24 mostra as perspectivas de

    crescimento da produo de eletricidade a partir de tecnologias CSP por regio.

    Observa-se o crescimento acelerado da produo de eletricidade a partir dessa

    tecnologia, sobretudo na Amrica do Norte, na frica, na ndia e no Oriente Mdio.

    Figura 9.24: Crescimento da produo de eletricidade por plantas CSP por regio.

    2.

    O documento Technology Roadmap Concentrating Solar Power desenvolvido pela IEA

    2 apresenta alguns dados estatsticos e previses de mercado que sero

    discutidos a seguir. No Figura 9.25, observam-se as projees da produo e consumo

    de eletricidade gerada por CSP em vrias regies do mundo.

  • 130

    Figura 9.25: Produo e consumo de eletricidade gerada por CSP at 2050 (em TWh)

    2.

    Esse documento sugere que a transmisso de eletricidade de longa distncia

    uma forma importante de atingir os potenciais previstos pelos cenrios. Pases que

    possuem grandes extenses territoriais como Brasil, China, ndia, frica do Sul e EUA

    tero de se preparar para longas extenses de transmisso interna para a produo de

    energia das plantas CSP.

    Em outros casos, linhas de transmisso de alta voltagem iro cruzar fronteiras,

    abrindo o mercado de exportao para os pases produtores de eletricidade a partir de

    tecnologia CSP, aumentando a segurana energtica dos pases importadores. A

    Austrlia pode fornecer eletricidade para a Indonsia, a sia Central para a Rssia, o

    norte da frica e a Turquia para a Unio Europeia, norte e sul da frica para a frica

    Equatorial e o Mxico para os EUA. Por exemplo, linhas de transmisso esto em fase

    de planejamento para serem construdas na China e no Congo, e devem ser capazes de

    levar a energia de 1.000 a 3.800 km de distncia.

    O Technology Roadmap Concentrating Solar Power desenvolvido pela IEA sugere algumas metas e aes a serem tomadas por governos, indstrias, empresas do

    setor eltrico e rgos internacionais para que a tecnologia CSP se desenvolva no

    mundo e seus custos sejam reduzidos. Algumas delas esto listadas a seguir. Cada ao

    discutida individualmente no documento, cujo link pode ser encontrado nas

    Referncias Bibliogrficas.

    a) Desenvolver as tecnologias de armazenamento; b) Desenvolver a tecnologia de combustveis solares (gerao de H2); c) Aumentar o financiamento; d) Romper barreiras econmicas; e) Apoiar a pesquisa, desenvolvimento e demonstrao (PD&D); f) Desenvolver a colaborao internacional em projetos de PD&D; g) Aplicar a tecnologia a pases em desenvolvimento.

    Um exemplo de sistema centralizado de produo de energia o projeto-piloto

    Solar Two, localizado no deserto Mojave, na Califrnia, nos Estados Unidos, que entrou

    em operao em 1997, utilizando tecnologia de concentrao solar tipo torre, podendo

    produzir at 10 MW de potncia. Nesse mesmo deserto, encontra-se a maior planta solar

    termeltrica do mundo. Em operao desde 1985, o projeto de 354 MW SEGS (Solar

    Energy Generating Station) foi construdo em etapas e hoje consta de nove grandes

    plantas integradas por mdulos do tipo calhas parablicas que concentram os raios

    solares para aquecer um leo sinttico. A planta ainda utiliza gs natural como

    combustvel de reserva. Sua construo tem demonstrado a viabilidade do processo de

    industrializao da tecnologia de concentradores cilindro-parablicos e sua operao, ao

  • 131

    longo de mais de 20 anos, permite considerar o empreendimento um verdadeiro sucesso

    tecnolgico.

    A primeira planta que utilizava torre solar foi instalada em Barstow, CA (Solar

    One, 1982). As torres solares com um nico receptor central de grande porte dominaram

    a tecnologia de sistemas de concentrao ao longo do perodo 1981-1996, embora

    sistemas lineares Fresnel tambm tenham sido construdos em menor escala.

    Apesar de a tecnologia de torres solares no ser to madura quanto a tecnologia

    de calhas parablicas, um nmero relativamente grande de torres foram construdas e

    operadas ao longo dos anos. Atualmente a Espanha lder mundial em desenvolvimento

    de tecnologia para torres solares e j possui uma planta de 11 MW em operao perto da

    cidade de Sevilha. Outros dois projetos so planejados para um futuro prximo.

    A transferncia de grandes quantidades de energia solar de desertos para centros

    de consumo tem sido promovida, particularmente, pela fundao DESERTEC. Essa

    ideia inspirou duas iniciativas na Europa, o Mediterranean Solar Plan e o DESERTEC

    Industry Iniciative. O primeiro visa trazer cerca de 20 GW de energia renovvel para a

    Unio Europeia at 2020 a partir das vrias economias em desenvolvimento que

    aderiram a essa recm-criada organizao intergovernamental. A segunda, anunciada

    em julho de 2009, tem o objetivo de estabelecer um quadro de investimentos para suprir

    o Oriente Mdio, norte da frica e Europa com tecnologia solar e elica. Com isso,

    seria possvel satisfazer uma parcela substancial da demanda de energia do Oriente

    Mdio e do norte da frica e atingir 15% da demanda europeia em 2050.

    O fabricante Siemens, sozinho, tem contratos de turbinas para energia solar

    totalizando mais de 1.800 MW na Espanha e cerca de 500 MW nos EUA.

    Mundialmente, a eletricidade gerada por tecnologia fotovoltaica pequena,

    embora o potencial seja bastante alto. A capacidade atual instalada de sistemas

    fotovoltaicos atingiu os 14 GW de potncia em 2008, apresentando um crescimento

    mdio de 40% durante mais de uma dcada. Os valores dos gastos pblicos com

    projetos de pesquisa e desenvolvimento (P&D) vo de 0,1 GW em 1992 a 14 GW em

    2008. Japo, Alemanha e, em menor extenso, Estados Unidos, so pases cujas

    polticas mais encorajaram essa tecnologia desde o incio (Figura 9.26).

    Na Figura 9.27, apresentada a evoluo da capacidade instalada em energia

    fotovoltaica.

    Figura 9.26: Gastos pblicos com projetos de P&D nos pases selecionados.

    11

  • 132

    Figura 9.27: Capacidade fotovoltaica global instalada.

    11

    Com isso, nessas naes, foi visto um maior crescimento da aplicao dessa

    tecnologia, como se observa na Figura 9.28, que mostra os anos de 2000, 2004 e 2008.

    Nota-se que, at 2004, apenas esses pases tinham papel representativo no cenrio

    mundial, sendo que, em 2004, Alemanha e Japo, juntos, contavam com mais de dois

    teros das instalaes mundiais. No grfico de 2008, outros pases surgiram no cenrio:

    Espanha, Itlia, Coreia do Sul, Frana e China, devido s suas novas polticas e

    incentivos econmicos. O crescimento expressivo em 2008 se deve ao desenvolvimento

    excepcional na Espanha, a qual aumentou quase cinco vezes seu potencial instalado de

    2007 a 2008.

    Figura 9.28: Mercado solar fotovoltaico nos principais pases.

    11

  • 133

    As projees mundiais de produo de mdulos PV por regio so apresentadas na

    Figura 9.29. A Figura 9.30 apresenta a produo de filmes finos por tipo de tecnologia e

    por regio. Nesta, nota-se que os filmes finos a base de silcio amorfo devem

    permanecer no mercado ainda por um bom tempo.

    Figura 9.29: Produo atual e planejada de mdulos fotovoltaicos dos tipos silcio cristalino

    e filmes finos.11

    Figura 9.30: Distribuio regional e por tecnologia do aumento da produo de filmes finos.

    10

    China e ndia esto em busca de um crescimento estratgico da tecnologia solar

    fotovoltaica pela criao de uma indstria competitiva e estabelecendo ambiciosos

    objetivos de mdio prazo para o mercado domstico em escala de multi-GW. A

    indstria solar fotovoltaica na China tem crescido rapidamente, e o pas j ocupa a

    posio de maior produtor de mdulos fotovoltaicos (2,4 GW em 2008), atendendo aos

    mercados da Alemanha e do Japo. Entretanto, o mercado chins ainda pequeno,

    sendo que 95% da produo so exportados. A Figura 9.31 mostra os principais

    produtores de mdulos e clulas fotovoltaicas. Atrs da China tem-se a Europa (1,9

  • 134

    GW), em terceiro lugar, o Japo (1,2 GW) e em quarto, Taiwan (0,8 GW). Na ndia, a

    indstria bem diversificada e fornece 30 tipos diferentes de sistemas fotovoltaicos em

    trs categorias: rural, reas remotas e industrial.

    Figura 9.31: Produo mundial de clulas e mdulos PV.

    10

    A Figura 9.32 apresenta a previso de distribuio da gerao fotovoltaica de

    eletricidade anual at o ano de 2050 por setor de consumo final. Nota-se uma reduo

    da participao do setor residencial, que vai de cerca de 60% para abaixo de 40%

    enquanto a participao dos outros setores aumenta.

    Figura 9.32: Evoluo da gerao fotovoltaica de eletricidade por setor de consumo final.

    11

    Desde 2003, a produo total de sistemas fotovoltaicos cresceu quase dez vezes,

    com taxas anuais entre 40% e 80%, enquanto o segmento de filmes finos cresceu em

    mdia a taxas superiores a 90%. Em 2008, as vendas para novas instalaes

    aumentaram 750 MW, ou 14%. A alta taxa de crescimento e o aumento da

    diversificao da produo indicam que a tecnologia de filmes finos est ganhando mais

  • 135

    espao e aceitao no mercado. Igualmente competitivas so as tecnologias baseadas no

    silcio amorfo, CdTe e CIS (CuInSe2).

    Em 2004, de um total instalado de sistemas fotovoltaicos superior a 1.000 MW,

    menos de 1 MW foi de sistemas CPV. Embora esse valor no constitua uma

    significativa entrada no mercado, um nmero cada vez maior de projetos cujos

    tamanhos chegam a centenas de quilowatts esto criando um mercado apropriado para a

    tecnologia CPV. Perspectivas de curto prazo de aumento do desempenho preveem a

    reduo dos custos de instalao e sugerem a possibilidade de sua entrada real no

    mercado.

    A Figura 9.33 apresenta as perspectivas de desenvolvimento da eficincia de

    cada um dos tipos de tecnologias fotovoltaicas at o ano de 2030.

    Figura 9.33: Tecnologias fotovoltaicas e perspectivas.

    11

    O documento Technology Roadmap Solar Photovoltaics11, desenvolvido pela IEA, sugere algumas metas e aes a serem tomadas por governos, indstrias, empresas

    do setor eltrico e rgos internacionais para que a tecnologia fotovoltaica se

    desenvolva no mundo e seus custos sejam reduzidos. Algumas delas esto listadas a

    seguir.

    a) Estabelecer padres internacionalmente reconhecidos para produtos fotovoltaicos e componentes para promover maior consumo;

    b) Criar uma mo-de-obra habilitada; c) Desenvolver a colaborao internacional em projetos de PD&D (pesquisa,

    desenvolvimento e demonstrao);

    d) Buscar melhor desempenho das clulas e mdulos fotovoltaicos e de outros componentes;

    e) Reduzir o consumo de materiais na fabricao das clulas, aumentar a eficincia dos processos, reduzir as perdas;

    f) Acelerar a introduo das tecnologias de filmes finos e CPV no mercado, bem como aumentar as eficincias de converso;

    g) Desenvolver o mercado de eletricidade e as smart grids para permitir maior flexibilidade.

    No caso brasileiro, ser ainda necessrio consolidar uma legislao que viabilize

    GD, considerando aspectos tcnicos e regulatrios, especialmente em relao s tarifas

  • 136

    das distribuidoras, de forma a viabilizar a aplicao de painis PV em clientes,

    notadamente de mdia tenso.

    9.7 Consideraes finais

    No futuro, um sistema global de energia sustentvel ser fortemente baseado em

    fontes renovveis, com destaque para a energia solar, devido ao enorme potencial ainda

    no explorado e que pode, a princpio, produzir consideravelmente mais energia do que

    consumido atualmente na Terra. As tecnologias de solar trmica, solar termeltrica e

    fotovoltaica convertem a radiao em calor ou eletricidade de forma limpa e

    sustentvel, apresentando-se como fortes candidatas substituio da gerao por fontes

    fsseis.

    A tecnologia de aquecimento solar trmico a tendncia atual para aquecimento

    de guas para uso tanto em residncias quanto no comrcio e na indstria. a mais

    simples e mais difundida dentre as trs tecnologias descritas neste documento.

    A tecnologia solar termeltrica tem aplicaes, sobretudo em grandes usinas, em

    uma forma de gerao centralizada. Pode operar na base do sistema e competir

    diretamente com usinas termeltricas a base de carvo e gs natural. Apresenta,

    tambm, maior confiabilidade, por fornecer energia despachvel quando combinada a

    unidades de armazenamento trmico ou em sistemas hbridos.

    A tecnologia fotovoltaica considerada uma das mais apropriadas opes para

    eletrificao de populaes dispersas em localidades remotas e a Gerao Distribuda

    (GD). Do ponto de vista de engenharia, a modularidade provavelmente a caracterstica

    mais atrativa dessa tecnologia, pois amplia suas aplicaes para atender a diversos

    sistemas e condies de operao. Podem-se ainda destacar os baixos custos de

    manuteno, a facilidade de instalao, o baixo peso e a sua longa vida til como

    grandes vantagens.

    A reduo dramtica dos custos de converso da luz do Sol em energia eltrica

    ou da radiao infravermelha em energia trmica permanece como o maior desafio da

    indstria atual expanso do mercado. Entretanto, diversos pases como Japo,

    Alemanha, Estados Unidos, Espanha e China tm investido fortemente em programas

    de pesquisa e desenvolvimento e de incentivo a essas tecnologias, visando superao

    dos desafios tcnicos, ao desenvolvimento de novos materiais mais eficientes, ao

    aumento da produo e implantao dos sistemas nas regies mais propcias.

    No Brasil, sistemas de gerao de calor para aquecimento de guas podem ser

    aplicados em todo o territrio, em combinao com outras fontes, como a eletricidade e

    o gs. A cidade de Belo Horizonte j referncia mundial em aplicaes a sistemas

    multifamiliares. Outras cidades, como So Paulo, j contam com legislao que exige

    que as novas construes sejam adaptadas para receber tais sistemas.

    A gerao solar termeltrica apropriada para algumas regies no interior do

    Pas, tendo como principais requisitos a disponibilidade de radiao solar direta, ou seja

    poucos dias nublados, e de gua para resfriamento. Entretanto, as aplicaes ainda se

    restringem a projetos-piloto em centros tecnolgicos.

  • 137

    Devido s extenses continentais do Brasil, a tecnologia fotovoltaica surge como

    uma alternativa gerao centralizada, podendo atender s regies rurais e isoladas do

    sistema eltrico e ainda GD. Essa motivao fez com que o Pas se tornasse referncia

    em eletrificao rural. A conexo dessas regies se torna vivel, uma vez que dispensa a

    construo de novas linhas de transmisso que levariam a energia produzida em grandes

    usinas, muitas vezes distantes dos centros de consumo. O Pas tambm tem a

    oportunidade de se inserir no mercado internacional como exportador de silcio grau

    solar, principal matria-prima usada nas clulas fotovoltaicas.

    9.8 Referncias

    1 PEREIRA, E. B. (Coord.) Atlas Brasileiro de Energia Solar. Disponvel em: . Acesso em: 20 de

    mai. 2011.

    2 INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. Technological Roadmap: Concentrating Solar Power. Disponvel em: Acesso em: 22 de mai. 2011.

    3 CEMIG. P&D 051 - Usina termeltrica solar experimental de 10 kW utilizando concentradores cilndrico-parablicos. Disponvel em: .

    Acesso em: 18 de abr. 2011.

    4 WAPSEC WATER & POWER SECURITY. Concentrating Solar Power. Disponvel em: . Acesso em 10 de mai. 2011.

    5 GREENPEACE. Concentrating Solar Power Global Outlook 2009. Disponvel em: . Acesso em: 15 de mai. 2011.

    6 NT-SOLAR. Energia Solar Fotovoltaica. Disponvel em: . Acesso em: 18 de mai. 2011.

    7 INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. World Energy Outlook. Disponvel em: . Acesso em: 19 de mai. 2011.

    8 SHAYANI, R. A., OLIVEIRA, M. A. G., CAMARGO, I. M. T. Comparao do Custo entre Energia Solar Fotovoltaica e Fontes Convencionais. Disponvel em:

    . Acesso em: 20 de mai. 2011.

    9 ELETRIC POWER RESEARCH INSTITUTE. Energy Savings and Carbon Emissions Reductions Enabled. Disponvel em:

    . Acesso

    em: 17 de mai. 2011.

    10 JOINT RESEARCH CENTRE. PV Status Report 2009. Disponvel em: . Acesso em 25 de mai. 2011.

    11 INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. Technological Roadmap: Solar Photovoltaic Energy. Disponvel em: . Acesso em: 5 de jun. 2011.

  • 138

    10 ENERGIA DA BIOMASSA

    O termo biomassa abrange toda a gama de slidos originados de seres vivos,

    excluindo-se deste conceito os combustveis fsseis e ainda os que possam ter se

    constitudo em biomassa no passado. A biomassa uma fonte importante de energia

    para a Humanidade desde a descoberta do fogo, que era alimentado e transportado por

    meio da lenha.

    Com o tempo, houve uma grande diversificao dos usos da biomassa na

    produo de energia. O tratamento adequado pode gerar combustveis slidos, lquidos

    e gasosos. A seguir, sero tratados os combustveis lquidos, geralmente usados em

    veculos como substitutos ou aditivos a combustveis fsseis. Os trs principais

    representantes desse tipo so o etanol, o biodiesel e o biobutanol. Eles tm como

    vantagem sobre os combustveis fsseis o fato de ser renovveis e mais limpos, em

    termos de emisses atmosfricas. As principais desvantagens so a grande rea

    necessria para o plantio da matria-prima e superposio, em alguns casos, com a

    cadeia produtiva de alimentos.

    10.1 Etanol

    O etanol ou lcool etlico um lquido incolor, voltil e inflamvel. Sua frmula

    molecular C2H5OH e quimicamente classificado como um lcool, isto , possui um

    grupo hidroxila (OH) ligado a um grupo metilnico (CH2), conforme indica a Figura

    10.1. Outros exemplos de alcois so o metanol e o butanol.

    Figura 10.1: Estrutura qumica do etanol.

    1

    O etanol mais conhecido por suas capacidades psicoativas, sendo uma das

    primeiras drogas recreativas da humanidade.2 Tambm largamente usado como

    solvente e, recentemente, como combustvel automotivo.

    As duas principais rotas para a sntese do etanol so a hidratao do etano,

    subproduto do refino do petrleo, e a fermentao alcolica da glicose, realizada por

    bactrias e leveduras. A fermentao alcolica uma das reaes qumicas mais antigas

    da histria humana. At meados do sculo XIX, ele era utilizado principalmente como

    combustvel para aquecimento e iluminao. Desde 1826, j existia um motor movido a

    etanol, mas foi em 1896 que Henry Ford construiu o primeiro automvel que usava esse

    combustvel. Em 1908, Ford construiria o Modelo T, um carro flex.3

    Na dcada de 1920,

    a gasolina se popularizou como combustvel de veculos, e o etanol passou a ser apenas

    um aditivo para aumentar sua octanagem. Durante as altas da gasolina, ele voltava a

    ganhar destaque, para ser novamente relegado a segundo plano nas baixas.

    Nos ltimos anos do sculo XX e na primeira dcada do sculo XXI,

    preocupaes com o fim das reservas de petrleo, mudanas climticas e criao de uma

    economia sustentvel trouxeram o etanol de volta como destaque no cenrio energtico.

  • 139

    Suas maiores vantagens esto no fato de j haver uma tecnologia desenvolvida para a

    produo de etanol, para seu uso como combustvel, alm de ele ser um combustvel

    renovvel.

    O primeiro pas que vem mente ao se falar de produo de etanol o Brasil,

    com o etanol de cana, seguido de perto pelos Estados Unidos com o etanol de milho.

    Outros pases produtores, embora produzam bem menos, so a China, a ndia e a

    Frana. A Tabela 10.1 mostra a produo de etanol, por regio do mundo, em 2008. A

    Figura 10.2, a seguir, mostra essa produo ao longo de dez anos.4

    Tabela 10.1: Produo de etanol em 2008, de acordo com a BP.

    4

    Produo de Etanol 2008 (milhares de toneladas equivalentes de petrleo)

    Amrica do Norte 18154 52,2%

    Amrica do Sul e Central 13723 39,4%

    Europa 1337 3,8%

    Pacfico Asitico 1586 4,6%

    Total do Mundo 34800 100,0%

    Brasil 13549 38,9%

    Figura 10.2: Produo de etanol por pas em 2005.

    4

    A produo de etanol como combustvel no pas comeou em 1927, com a

    produo da Usga (mistura de lcool, teres e leo de rcino).5

    Esse combustvel se

    anunciava como sucessor da gasolina e, em uma poca em que o preo desta estava em

    alta, fez algum sucesso.Os dois grandes choques do petrleo (1973 e 1979) levaram o

    Brasil a voltar a pesquisar o uso do etanol como combustvel alternativo gasolina. Em

    1975, foi lanado o Programa Nacional do lcool (Pr-lcool), com financiamento do

    BNDES para esse fim. A partir de 1976, o etanol passou a ser obrigatoriamente

    misturado gasolina em propores fixadas pelo governo, variando de 10 a 22%.

    Depois do segundo choque do petrleo, carros movidos a lcool passaram a ser

    vendidos em territrio nacional e rapidamente passaram a responder quase pelo total de

    vendas de veculos.6

    Os carros a lcool, porm, tinham uma srie de problemas em

    relao aos tradicionais: demoravam a dar partida quando o tempo estava frio, tinham

    muito menos potncia (uma vez que o etanol tem cerca de 35% menos energia que a

    gasolina para um mesmo volume) e pouca autonomia.7 Isso levou a um gradual

    abandono deles em favor dos modelos a gasolina, quando esta se recuperou da crise e

    voltou a ter preos mais baixos. Em 1989, a indstria do etanol entrou em crise.6

  • 140

    Apesar desse cenrio, a mistura obrigatria de lcool gasolina manteve o setor

    funcionando e desenvolvendo sua logstica. Em 2003, uma nova conjuno entre altos

    preos da gasolina e o lanamento dos motores flex (capazes de funcionar com gasolina,

    etanol ou qualquer mistura entre os dois) reaqueceu o setor e o elevou ao status de lder

    mundial. Em agosto de 2009, a frota de carros flex alcanou a marca de 94%.8

    Um fator importante que regula a produo de etanol no Brasil a produo de

    acar. Quando os preos do acar esto altos, compensa mais s usinas a produo

    deste. O que mantm o custo do etanol brasileiro muito mais baixo que o produzido em

    outras partes do mundo a alta produtividade da cana brasileira, aprimorada com o

    passar do tempo, a grande disponibilidade de espao para plantaes, a infraestrutura j

    estabelecida e seus baixos custos de produo, quando comparados a outras fontes de

    etanol.

    Os maiores importadores do etanol brasileiro so os EUA, a Europa e o Japo,

    embora o pas tenha clientes em todas as partes do mundo. A Tabela 10.2 mostra os

    demais importadores do etanol brasileiro.

    Tabela 10.2: Exportaes brasileiras de etanol em 2007.

    9

    Exportaes brasileiras de etanol por pas (2007) (1)

    (milhes de litros) %

    EUA(2)

    932,75 26,4

    Pases da CBI(3)

    910,29 25,8

    Jamaica 308,97 8,7

    El Salvador 224,40 6,3

    Costa Rica 170,37 4,8

    Trinidad e Tobago 158,87 4,5

    Mxico 42,21 1,2

    Unio Europeia 1.004,17 28,4

    Holanda 808,56 22,9

    Sucia 116,47 3,3

    Japo 364,00 10,3

    Nigria 122,88 3,5

    Coreia 66,69 1,9

    ndia 0 0

    Total do mundo 3.532,67 100 Notas: (1) Apenas pases com mais de 100.000 lde importaes so mostrados. (2) Inclui exportaes a Porto Rico e Ilhas Virgens. (3) Inclui o Mxico, que

    comercializa com os EUA via NAFTA.

    10.2 Biodiesel

    Quimicamente, as molculas de biodiesel so steres alqulicos de cidos graxos,

    produzidos com a mistura de leo vegetal, gordura animal ou leos residuais com um

    lcool. Enquanto nos EUA, o termo biodiesel se refere especificamente aos steres metlicos, produzidos por transesterificao com o uso de metanol, no Brasil comum o

    termo ser usado para uma mistura contendo uma pequena porcentagem do biodiesel

    propriamente dito. Na Figura 10.3, mostrada a reao de formao do biodiesel

    Ester Metanol Glicerol Biodiesel

    Figura 10.3: Reao de transesterificao usando metanol, uma das que produz o biodiesel.10

  • 141

    Embora possa ser utilizado puro (quando atende pela sigla B100), o biodiesel

    geralmente misturado com o diesel fssil em misturas que podem variar de 2% (B2) a

    20% (B20). Misturas com porcentagens iguais ou inferiores a 20% podem ser usadas em

    motores a diesel sem necessidade de alterao. Teores maiores demandaro

    modificaes em alguns componentes, como os selos e juntas de borracha do motor (o

    biodiesel reage com eles), o tempo do motor, alm de mudanas para prevenir

    problemas com baixas temperaturas.11

    O biodiesel possui caractersticas fsico-qumicas muito semelhantes s do diesel

    e algumas vantagens sobre ele, como maior viscosidade e maior ponto de fulgor, alm

    da quase ausncia de enxofre (ou seja, suas emisses de SOx so virtualmente zero).12

    Quando Rudolf Diesel criou seu motor, em 1893, ele era desenhado para ser

    movido a leos vegetais e promover o desenvolvimento da agricultura.13

    Com o tempo,

    o baixo preo do petrleo tornou o uso do petrodiesel dominante, e os motores diesel

    foram adaptados para isso. O biodiesel s voltou a ter destaque com os choques do

    petrleo, na mesma ocasio em que o etanol se destacou como combustvel. Enquanto o

    etanol um substituto gasolina, o biodiesel um substituto ao diesel.

    Os maiores produtores de biodiesel do mundo so os pases da Unio Europeia,

    particularmente Alemanha, Frana e Itlia.14

    , conforme indica a Figura 10.4 Eles so

    seguidos pelos EUA e por pases como o Brasil e a Argentina, mas em escala muito

    menor. Na Figura 10.5, indicada a projeo da produo mundial de biodiesel at o

    horizonte de 2017.

    Figura 10.4: Principais produtores de biodiesel no mundo (dados de 2007).

    15

    Figura 10.5: Projeo para a produo de biodiesel em um horizonte de dez anos (dados de 2007).

    15

  • 142

    No Brasil, a Lei n 11.097, de 13 de janeiro de 2005, define o biodiesel como um

    biocombustvel derivado de biomassa renovvel para uso em motores a combusto interna com ignio por compresso ou, conforme regulamento, para gerao de outro

    tipo de energia, que possa substituir parcial ou totalmente combustveis de origem

    fssil.16 Uma das primeiras patentes sobre a produo do biodiesel brasileira, na dcada de 1970. Porm, o Programa Nacional de Produo e Uso do Biodiesel (PNPB)

    s foi estruturado em 2003. Em 2005, a adio de 2% de biodiesel no diesel de petrleo

    foi permitida por lei e se tornou obrigatria em 2008.10

    Em janeiro de 2010, esse teor

    subiu para 5%, e a expectativa que chegue a 20% nas metrpoles brasileiras j em

    2015.17

    A principal matria-prima do biodiesel no Brasil o leo vegetal. As fontes

    desse leo variam de regio para regio e estoresumidas na Tabela 10.3. A soja possui

    um grande papel na produo agrcola nacional, mas conveniente lembrar que, neste, o

    leo um subproduto ou coproduto, pois o produto principal a torta proteica para a

    alimentao animal e at humana.

    Tabela 10.3: Oleaginosas utilizadas no Brasil divididas por regio.

    18

    Regio leos vegetais disponveis

    Norte dend, babau e soja

    Nordeste babau, soja, mamona, dend, algodo e coco

    Centro-oeste soja, mamona, algodo, girassol, dend e gordura animal

    Sudeste soja, mamona, algodo e girassol

    Sul soja, milho, colza (canola), girassol e algodo

    A mamona, embora inicialmente fosse apontada como a grande promessa na

    produo de biodiesel em larga escala, acabou sendo relegada a um segundo plano. Os

    problemas apresentados por essa oleaginosa so vrios, como a existncia de um

    mercado de cosmticos que absorve boa parte do leo produzido, a impossibilidade de

    outros usos da planta, no caso de uma eventual superproduo, entre outros. A queima

    do biodiesel de mamona pode produzir acroleina e a torta, neste caso, no comestvel.

    Apesar das buscas constantes por uma planta que no apresente esses problemas

    e no impacte no mercado de alimentos, a soja ainda a oleaginosa que sustenta o

    programa de biodiesel brasileiro, uma vez que sua indstria extremamente bem

    desenvolvida no pas. Na Figura 10.6, apresentada a evoluo da produo de

    biodiesel de 2005 a 2009. Na Figura 10.7, encontram-se as fraes das principais fontes

    para a o produo de biodiesel.

    Figura 10.6: Produo de biodiesel no Brasil em m (dados da ANP, 2010).

  • 143

    Figura 10.7: Produo brasileira de biodiesel por fonte do leo/gordura (ms de referncia:

    maro/2010).19

    10.3 Biobutanol

    O butanol um lcool que possui uma cadeia de quatro carbonos. O biobutanol

    o butanol produzido pela fermentao dos mesmos materiais utilizados na manufatura

    de etanol, mas por micro-organismos diferentes. Ele pode ser usado como

    biocombustvel e apresenta um comportamento muito mais prximo da gasolina que o

    etanol.20

    Na Figura 10.8, mostrada a estrutura deste composto qumico.

    Figura 10.8: Estrutura qumica do butanol.

    O butanol pode ser tanto sintetizado pelos derivados do petrleo quanto

    produzido biologicamente. O processo biolgico a fermentao. Diferentemente da

    produo de etanol, que usa a fermentao alcolica, a produo de butanol se aproveita

    da fermentao ABE (acetona-butanol-etanol). Esse processo realizado por bactrias

    do gnero Clostridium (sendo a mais famosa a Clostridium acetobutylicum) e forma trs

    partes de acetona, seis de butanol e uma de etanol a partir do amido. A fermentao

    ABE passou por um longo perodo de pouca ateno, j que a produo dos solventes

    mais barata quando feita a partir do petrleo. Porm, em pocas de escassez e de alta do

    barril, como na Segunda Guerra, foi utilizada para manufatura de acetona. Atualmente,

    com o interesse no desenvolvimento de biocombustveis avanados, a fermentao ABE

    voltou a ter destaque.

    Algumas das vantagens do biobutanol sobre o etanol so: seu maior contedo

    energtico, a maior dificuldade em separ-lo da gasolina com o uso de gua, pode ser

    misturado gasolina em maiores propores sem requerer modificaes no motor, tem

    grande potencial de ser transportado por dutos, entre outras.21

    Suas desvantagens so

    sua toxicidade aos micro-organismos que o produzem, que morrem antes de produzir

    uma grande concentrao, e a dificuldade de separ-lo do etanol e da acetona tambm

    produzidos, um processo que consome muita gua e energia.

    Fbricas de biobutanol foram abertas nos EUA, no Reino Unido e em outros

    pases nos ltimos anos. Sua produo ainda no expressiva, mas h um clima geral de

  • 144

    otimismo quanto ao potencial do biobutanol. O Brasil produz butanol a partir da cana-

    de-acar desde 2006, quando foi fundada a HC Sucroqumica.26

    A Butamax, parceria

    entre a Dupont e a BP, pretende construir no pas uma planta de produo em larga

    escala de biobutanol de cana entre 2012 e 2014, assim como plantas nos EUA e no

    Reino Unido.22

    10.4 Mercado

    As cadeias produtivas dos biocombustveis atualmente esto conectadas a

    cadeias produtivas de alimentos, uma vez que so feitos de vegetais produtores de

    acar ou leos vegetais. No coincidentemente, os maiores produtores de

    biocombustveis so justamente grandes exportadores agrcolas.

    10.4.1 Etanol

    A cadeia produtiva do etanol envolve o plantio e transporte da matria-prima, a

    produo do etanol, sua distribuio e o uso final. A matria-prima atualmente utilizada

    constituda de plantas ricas em acares, especialmente milho, cana-de-acar, trigo,

    cevada, entre outras. Essas plantas so cultivadas em larga escala para a produo de

    alimentos em grandes fazendas monocultoras. Nos EUA, a quantidade de milho usada

    para a produo de etanol era pequena em comparao ao milho utilizado para

    alimentao, mas est crescendo rapidamente ao longo do tempo, conforme indica a

    Figura 10.9.

    Figura 10.9: Uso domstico do milho, nos EUA.

    23

    Esse crescimento pode levar a uma presso no preo do etanol devido

    concorrncia com os alimentos, no futuro. Presentemente, o que permite o crescimento

    da produo de milho a grande rea cultivvel.

    A crescente demanda por etanol atrelou os preos do milho aos preos do

    petrleo, de forma que a alta do milho, na mesma poca da alta histrica do petrleo,

    causou alarme entre os americanos em 2007 e 200824

    , conforme indica a Figura

    10.10.O grande problema que o milho tambm usado em larga escala em rao

    animal e na indstria de massas para alimentao humana, o que faz com que a parcela

  • 145

    do mercado atingida pela flutuao dos preos do milho, caso flutue ao sabor dos preos

    do petrleo, seja muito grande.

    Figura 10.10: Preos histricos do milho e do petrleo de 2004 a 2008 (os preos esto em dlares para o

    barril de petrleo e em cents para o alqueire 27,2 kg de milho).25

    A mesma preocupao pode ser estendida ao acar, j que a cana usada no

    Brasil uma de suas principais matrias-primas. Historicamente, as grandes altas no

    preo do acar nesse sculo ocorreram justamente aps os choques do petrleo (1973 e

    1979), em que a produo de etanol subiu drasticamente, como pode ser visto na Figura

    10.11. Assim como acontece com o milho, uma alta do acar causa um impacto

    importante em uma larga parcela do setor alimentcio.

    Figura 10.11: Altas histricas do preo do acar, em cents/lb.

    26

    Recentemente, o mesmo fenmeno visto no caso do milho ocorreu com o

    acar: seu preo parece ter se atrelado ao da gasolina mais fortemente desde que

    comearam os programas governamentais de incentivo ao uso do etanol, no incio dos

    anos 2000, da forma indicada na Figura 10.12. Mesmo levando-se em conta fatores

    ambientais e climticos, que podem levar a colheitas maiores ou menores, a tendncia

    do acar depender do preo do petrleo e da produo de etanol cada vez mais,

  • 146

    especialmente no Brasil, em que a maior parte da cana colhida j utilizada na

    produo de combustvel.

    Figura 10.12: Preo nominal do acar no refinado e da gasolina.

    27

    O preo do etanol em si varia de pas para pas, mas o do Brasil conhecido por

    ser excepcionalmente barato (nos EUA, ele geralmente maior que o da gasolina). As

    pesquisas feitas pelo pas para aumentar a produtividade da cana possibilitaram esse

    cenrio. De fato, a partir de 2004, o etanol brasileiro tem se mantido mais barato que a

    gasolina. A Figura 10.13 apresenta esta comparao.

    Figura 10.13: Comparao entre os preos do etanol no Brasil e da gasolina internacional

    ao longo do tempo (1980-2004).28

    As maiores empresas de etanol do mundo so a TnPetrleo (formada pela juno

    entre ETH Bioenergia e a Companhia Brasileira de Energia Renovvel), a ADM (dos

    EUA), a LDC-Sev (fuso entre LDC Bioenergia e Santelisa Vale) e a Cosan, que

    recentemente fez uma parceria com a Shell.

  • 147

    10.4.2 Biodiesel

    A cadeia produtiva do biodiesel bastante semelhante do etanol, assim como

    os problemas relacionados sobreposio entre essa cadeia e a de produtos

    alimentcios. Os leos vegetais a partir dos quais o biodiesel preparado tambm so

    usados por outros setores industriais, entre indstrias qumicas, de cosmticos e de

    alimentos. Os preos do biodiesel ainda so mais altos que os do petrodiesel, mas a

    distncia entre os dois est diminuindo com o passar do tempo, com a busca por

    produtividade do leo e a otimizao geral da produo, como indicado na Figura 10.14.

    Figura 10.14: Comparao entre os preos de combustveis alternativos e o diesel de petrleo.

    (DGE = equivalente a um galo de diesel).29

    Assim como o milho e a cana, a soja, principal fonte de leo para a produo de

    biodiesel, tem seus preos cada vez mais atrelados aos do petrleo, nos ltimos tempos,

    conforme apresenta a Figura 10.15.

    Figura 10.15: Srie histrica de preos do petrleo e da soja (2003-2008).

    30

    O mesmo pode ser visto em relao a outras fontes de leo para o biodiesel

    (Figura 10.16), mas o caso da soja particularmente preocupante, uma vez que, assim

    como o milho, ela matria-prima de rao animal e de uma infinidade de produtos

    alimentcios.

  • 148

    Figura 10.16: Comparao entre a flutuao de preos de vrios leos vegetais

    e o leo diesel de petrleo.31

    Na Alemanha, maior produtora de biodiesel da Europa, o biodiesel produzido a

    partir de sementes de colza desde 1999. O que tem permitido sua produo em larga

    escala a poltica alem de reservar 10% da terra cultivvel para plantaes no-

    alimentcias, para evitar a superproduo. A grande fragilidade do comrcio do

    biodiesel alemo que ele mais barato porque est isento de certos impostos. Ele s

    permanecer mais barato se o governo continuar dando seu apoio.32

    J quanto ao Brasil, a revista Exame publicou um artigo chamado O que falta para o biodiesel decolar no Brasil, elencando as dificuldades do mercado brasileiro de biodiesel para se equiparar ao mercado de etanol.

    33 De acordo com o artigo, as razes

    seriam quatro: a falta de uma matria-prima vivel para a expanso do programa, o

    sistema de leiles de compra de biodiesel pela ANP, a indefinio do papel da Petrobrs

    no setor e o excesso de investidores, o que estaria causando a superproduo. A questo

    da matria-prima reside nos problemas com as matrias-primas cultivadas no Brasil: ou

    elas tm limitaes para serem plantadas em larga escala (dend, girassol, pinho-

    manso), ou tm baixo rendimento (soja), ou tm um mercado desfavorvel para o

    biodiesel (mamona). As outras trs razes, de certa forma, esto interligadas. Os leiles

    da ANP estariam obrigando os produtores de biodiesel a produzir abaixo da capacidade

    e, consequentemente, no conseguir pagar seus investimentos. Ainda mais que a

    Petrobrs parece ter interesse em se tornar produtora de biodiesel e, como ela a nica

    compradora do pas, a incerteza sobre seu papel futuro no mercado desencoraja grandes

    investimentos na rea.

    A maior empresa de biodiesel do Brasil a Brasil Ecodiesel. Grandes empresas

    ao redor do mundo so, nos EUA, a REG e a GreenEarth Fuels (forma a Sustainable

    Oils em parceria com Targeted Growth plantam camelina), a Neste, da Finlndia, produtora do NexBTL (biodiesel de alta qualidade) e a Sunx, do Canad.

    10.4.3 Biobutanol

    A produo de biobutanol ainda muito pequena, e sua utilizao como

    combustvel virtualmente inexistente. Algumas empresas focam em produzir micro-

    organismos fermentadores mais eficientes que os atuais. As empresas envolvidas com

    biobutanol ao longo do mundo so: Arbor Fuels, BUTALCO GmBH (Sua), Bioenergy

    International, Butamax (DuPont/BP), Cobalt Biofuels, Gevo, Inc., Green Biologics, Ltd.

    (Reino Unido), METabolic Explorer (Frana), TetraVitae Bioscience.34

    Em janeiro de

    2011, a Cobalt abriu sua primeira planta de produo de biobutanol.35

    O Brasil s tem

    uma fbrica, a HC Sucroqumica.

  • 149

    10.5 Aspectos tcnicos relacionados produo de energticos

    Neste captulo, no sero tratados os aspectos de produo de energia. Tais

    consideraes sero feitas na Seo II Tecnologias Emergentes e Conceituais. Deve ser lembrado que as mesmas tecnologias para a o aproveitamento de biomassa tambm

    so aplicveis para a produo de energia, utilizando-se de resduos slidos urbanos,

    industriais e agroflorestais.

    10.5.1. Etanol

    O etanol pode ser classificado como sendo de primeira, segunda ou terceira

    gerao, de acordo com a matria-prima para sua fermentao. O etanol de primeira

    gerao, praticamente o nico produzido mundialmente, feito com a fermentao do

    amido contido nas plantas. O de segunda gerao, da fermentao da celulose e o de

    terceira seria produzido por algas ou bactrias, sem a necessidade de plantas.

    Para a produo de primeira gerao, necessrio quebrar as clulas da planta

    para extrair o amido armazenado nela e hidrolisar esse amido. Isso porque o amido

    constitudo de vrias unidades de glicose, o acar que efetivamente fermentado. Essa

    hidrlise feita em duas etapas. Na primeira, h a adio de gua e de amilase (a

    enzima que causa a hidrlise do amido) ao milho modo, e essa mistura aquecida. Na

    segunda, os acares da primeira so hidrolisados com a enzima glucoamilase para a

    formao de glicose, que s ento encaminhada fermentao.

    A fermentao gera lcool, gs carbnico e calor, como indica a Figura 10.17.

    Como as leveduras responsveis pela fermentao operam em, no mximo, 32C, o

    sistema precisa ser constantemente refrigerado.

    Figura 10.17: Processo de hidrlise da sacarose e fermentao da glicose/frutose.

    O etanol celulsico, ou de segunda gerao, envolve um processo um pouco

    diferente. Para sua produo, so usadas partes no comestveis da planta, ricas em

    celulose, hemicelulose e lignina. A celulose, assim como o amido, um polmero de

    glicose. A diferena est na forma como as ligaes entre as molculas de glicose so

    feitas, o que muda as propriedades fsicas do polmero e faz com que no possa ser

    fermentado diretamente. Antes de a celulose ser hidrolisada, o material precisa passar

    por uma etapa chamada pr-tratamento. O pr-tratamento uma etapa muito custosa,

    que envolve processos qumicos, fsicos e biolgicos para expor o material

    lignocelulsico hidrlise. A hidrlise feita em duas etapas, como no caso do etanol

    de primeira gerao. A primeira pode ser acdica ou enzimtica. A acdica pode ser feita

    com cido sulfrico concentrado (72% m/m) e aquecimento a 120C ou com cido

    sulfrico diludo (1% m/m) a 180C - 220C. A desvantagem do processo com o cido

    concentrado o grande consumo de cido. J no processo com o cido diludo, as

    temperaturas mais altas podem degradar os acares. A hidrlise enzimtica usa

    celulase e hemicelulase como enzimas para a quebra dos acares correspondentes e

    acontece em condies muito mais brandas que a hidrlise acdica, mas exige um

    controle do meio muito maior. A segunda etapa da hidrlise acontece juntamente com a

    fermentao. A lignina que sobra como resduo pode ser usada como combustvel de

  • 150

    caldeira. O lcool resultante destilado e seco da mesma forma que o etanol de primeira

    gerao.

    Uma vez produzido, independente da via ou da matria-prima, o etanol possui

    uma quantidade de gua de cerca de 4%, e chamado etanol hidratado. Ele pode ser

    usado em motores flex, especialmente adaptados para no sofrerem corroso por ele. O

    etanol hidratado tambm pode ser seco e se tornar etanol puro (ou anidro) para ser

    misturado gasolina. Essa secagem necessria, uma vez que a gua presente no etanol

    hidratado compromete sua miscibilidade com a gasolina.

    A desidratao do etanol pode ser feita por adio de ciclo-hexano a ele e nova

    destilao. A gua ser completamente separada e o ciclo-hexano pode ser

    reaproveitado. Outra forma de desidratao a peneira molecular. Essa peneira, na verdade, um mineral chamado zelita, que absorve as molculas de gua, mas no as

    de etanol.36

    Aps realizar a desidratao, a zelita pode ser recuperada e reaproveitada.

    Os motores flex, em relao aos motores a gasolina normal, foram modificados

    em alguns pontos, como a capacidade de trabalhar com diferentes relaes ar-

    combustvel. Um sensor chamado sonda lambda mede os nveis de oxignio do gs de

    escape e determina qual deve ser a quantidade de ar injetada no motor no prximo ciclo.

    Isso foi feito para evitar problemas com partidas a frio, comuns nos primeiros carros a

    lcool.37

    Os componentes tambm receberam proteo contra a ao corrosiva do

    etanol.

    De acordo com um estudo do BNDES, o custo da matria-prima para a produo

    de etanol de cana fica entre US$0,153 e US$0,206 por litro, alcanando picos de

    US$0,27 durante uma alta dos preos de acar. O custo final giraria em torno de

    US$0,353 e US$0,406 o litro. Esse custo equivalente ao do petrleo custando entre

    US$50 e US$57 (os preos atuais do petrleo esto em cerca de US$70 ou mais).38

    As Figuras 10.18 e 10.19, a seguir, mostram a distribuio desses custos, tanto

    na matria-prima quanto em seu processamento.

    Figura 10.18: Custos mdios de matria-prima para a produo de etanol em 2005.

    38

    Figura 10.19: Custos mdios de operao e manuteno de uma destilaria em 2005.

    38

  • 151

    10.5.2. Biodiesel

    A primeira etapa na produo de biodiesel a separao do leo de sua fonte.

    Quando a fonte vegetal, a oleaginosa simplesmente esmagada para a obteno do

    leo, e o farelo restante usado em alimentao animal. Outra fonte o chamado licor

    negro, resduo da fabricao de papel, que pode ser saponificado para gerar um leo

    contendo cidos graxos, cidos resinosos e steres.

    H trs rotas principais para a produo de biodiesel a partir dos leos:

    transesterificao catalisada por base e usando etanol, transesterificao catalisada por

    cidos e usando metanol e transformao do leo vegetal em cido graxo e ento a de

    steres metlicos por catlise cida.39

    Independente da rota, o processo o mesmo: os leos so misturados ao lcool

    desejado em excesso (etanol ou metanol) e um catalisador (cido ou bsico) em um

    reator que ir produzir o biodiesel. Por decantao, a glicerina separada, e o biodiesel

    lavado com gua para a retirada do excesso de lcool (que pode ser recuperado e

    reutilizado). Na Figura 10.20, esquematizado o processo de produo de biodiesel.

    Figura 10.20: Esquema de produo do biodiesel.

    40

    Os custos do biodiesel variam de acordo com o pas, a matria-prima e o

    processo. Um estudo interministerial sobre biodiesel estimou os custos do combustvel

    produzido pelas quatro principais matrias-primas brasileiras e seu preo final para o

    consumidor na forma de B100 (Tabela 10.4).41

    Tabela 10.4: Custos de produo e preo de venda do biodiesel brasileiro.

    41

    B100 obtido a partir de Custo de Produo (R$/Litro) Preo ao Consumidor * (R$)

    Palma 0,514 0,775

    Girassol 0,688 0,95

    Mamona 0,806 1,069

    Soja 1,16 1,426 * Includas margens de distribuio e de revenda, fretes e CPMF

  • 152

    10.5.3 Biobutanol

    As etapas da produo de biobutanol so semelhantes s da produo do etanol,

    j que ele tambm produzido por fermentao. As diferenas residem nos micro-

    organismos usados (so bactrias do gnero Clostridium) e na purificao do butanol,

    que produzido juntamente com etanol e acetona. O grande problema desse processo,

    conhecido como ABE, so os baixos rendimentos, uma vez que o butanol txico para

    as bactrias. Os rendimentos ficam entre 15% e 25%, com uma concentrao de menos

    de 1,3% de butanol no meio.

    A associao entre duas bactrias com diferentes metabolismos (Clostridium

    acetobutylicum e Clostridium tyrobutyricum) aumenta o rendimento para 42%, e ainda

    h a produo de hidrognio como subproduto.

    Ainda assim, pesquisas ainda esto sendo realizadas para a viabilizao

    econmica do biobutanol, para que possa ser produzido e utilizado em larga escala.42

    10.6 Impactos ambientais e riscos

    Os biocombustveis so as alternativas mais difundidas para a substituio de

    combustveis fsseis em curto prazo. Por um lado, eles so renovveis e, de fato,

    liberam uma quantidade menor de poluentes atmosfricos quando queimados (Figura

    10.21). Por outro, os impactos de sua produo so srios, e seu papel no efeito estufa

    ainda controverso.

    Figura 10.21: Comparao entre as emisses de vrios combustveis com o diesel de petrleo.

    43

    Os combustveis produzidos a partir da biomassa no contm enxofre, o que j

    uma grande vantagem em relao aos de origem fssil. Quando o assunto produo de

    gs carbnico, a incerteza maior. Argumenta-se que a fotossntese das plantas que

    produziro a biomassa tornam nulas as emisses de CO2 dos biocombustveis. A

    produo dos biocombustveis incorpora emisses no relacionadas matria-prima, e

    no existe um consenso sobre o efeito que pode ter a liberao de uma s vez de uma

    quantidade de carbono que levou meses ou anos para ser capturada. Se, por um lado, os

    biocombustveis poluem menos a atmosfera que os fsseis, por outro, esto longe de

    serem ideais.

  • 153

    O etanol ainda contribui para a formao de oznio troposfrico (fenmeno

    conhecido como smog), e o biodiesel produz mais xido de nitrognio que o diesel,

    devido presena de largas quantidades de substncias nitrogenadas no corpo das

    plantas.44

    Outro impacto negativo do uso de biocombustveis o desmatamento de mata

    nativa para a plantao de matria-prima, alm da agresso e empobrecimento do solo

    quando h monocultura extensiva.

    10.7 Pesquisa e perspectiva futura

    As pesquisas em biocombustveis se concentram, principalmente, em produzi-

    los com maior rendimento e a partir de matrias-primas no comestveis. No caso do

    biodiesel, trata-se de encontrar uma planta com alto teor de leo e/ou submet-la a uma

    melhoria gentica para o aumento desse teor e de um leo que no seja usado em outros

    processos industriais. No caso do etanol e do biobutanol, a corrida por micro-

    organismos que faam uma fermentao mais rentvel e a partir de celulose, que est

    presente em todas as plantas, nos rejeitos de produo de alimentos e nos papis do lixo

    urbano e industrial.

    A Embrapa, Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuria, define como metas,

    na pesquisa de biocombustveis, desenvolvimentos de: novas tecnologias de energia

    (etanol celulsico, produtos de biorrefinaria, hidrognio); rota enzimtica para produo

    de etanol celulsico; enzimas, fungos, bactrias e catalisadores para a produo de

    energia; uso econmico de glicerina e outros subprodutos da produo de biodiesel; uso

    de subprodutos da indstria do carvo vegetal para a produo de biofertilizantes e

    biopesticidas e uso econmico dos subprodutos e rejeitos da produo de etanol de 1 e

    2 gerao.45

    Uma corrida mundial est acontecendo pelo desenvolvimento de

    biocombustveis de 2 e 3 gerao. Os de 2 gerao seriam os derivados de materiais

    celulsicos e os de 3, de algas, embora algumas pessoas classifiquem como 3 gerao

    aqueles derivados de plantas geneticamente alteradas.46

    A empresa Algenol investe em um processo que obtm etanol a partir da

    fermentao feita por algas em gua salgada, ainda em escala-piloto.

    Algas tambm so vistas como potencial fonte de leos combustveis, j que

    suas clulas possuem alto teor de leo, muitas vezes, 60% em peso.47

    Embora muito

    promissora, a tecnologia das algas ainda no economicamente vivel. Um dos

    principais entraves a delicadeza das condies de cultivo das algas e a dificuldade da

    separao dos produtos.

    A primeira empresa a investir em leo gerado por algas no Brasil e na Amrica

    Latina a Algae, do grupo Ecogeo.48

    10.8 Consideraes finais

    Biomassa o termo utilizado para matria rica em carbono que tem origem

    recente, vinda de organismos vivos. Essa definio muito abrangente, e muitas so as

    formas de se gerar energia a partir da biomassa. Uma possvel diviso dessas formas,

    que no necessariamente a nica ou a mais correta, em biocombustveis,

    gaseificao, digesto anaerbica, pirlise e combusto direta.

    Em ltima anlise, o petrleo, o gs natural e o carvo vegetal nada mais so do

    que combustveis derivados de biomassa. Eles no entram na definio, porm, por sua

    origem antiga. Enquanto a produo de combustveis fsseis leva tempo demais para ser

  • 154

    considerada renovvel, a biomassa pode ser cultivada e transformada em pouqussimo

    tempo. Sendo assim, no surpresa que as transformaes a que o homem submete a

    biomassa resultem em substitutos aos combustveis fsseis.

    Para a fabricao dos biocombustveis, a biomassa pode ser fermentada (etanol,

    biobutanol) ou transesterificada (biodiesel). A gaseificao produz um gs de sntese,

    que pode ser usado para sintetizar vrios lquidos orgnicos de importncia para a

    indstria qumica, para gerar energia por sua queima ou mesmo ter seu hidrognio

    purificado. A digesto anaerbia produz um gs com alto teor de metano, o biogs. E,

    por fim, a pirlise produz slidos, lquidos e gases em propores variadas, com

    importncia energtica e qumica.

    As tecnologias de biomassa atualmente comerciais so o etanol e o biodiesel

    (biocombustveis), a produo de carvo vegetal e a energia gerada por queima simples

    da biomassa.

    As demais tecnologias enfrentam muitos desafios para a viabilidade, como

    pouca disponibilidade de matria-prima, alto custo da energia, dificuldades em aumento

    de escala, falta de infraestrutura para a distribuio do produto ou da energia geradas,

    entre outros. No entanto, o potencial da biomassa como substituta dos combustveis

    fsseis to grande que as pesquisas continuam, para solucionar os problemas das

    tecnologias existentes e desenvolver novas rotas alternativas de produo de energia.

    10.9 Referncias

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  • 158

  • 159

  • 160

    11 DIGESTO ANAERBIA

    Na natureza, a reciclagem da matria orgnica, gerada pela morte ou excreo

    dos seres vivos, realizada por micro-organismos. Eles podem fazer a quebra dos

    nutrientes com a utilizao ou no de oxignio como oxidante. Quando no utilizam, a

    digesto chamada anaerbica.

    A digesto anaerbica (DA) chama a ateno em termos de produo de energia,

    devido produo de metano, chamado de biogs. A digesto acontece em quatro

    etapas: hidrlise, acidognese, acetognese e metanognese. Todas as etapas so

    complexas, e as duas primeiras dependem do material de partida. O metano ser

    formado na ltima etapa da digesto.

    Figura 11.1: Esquema das transformaes sofridas pela matria orgnica na digesto anaerbica.

    .

    Alm do biogs, so gerados uma massa slida e um lquido ou licor, que podem

    ser usados como fertilizantes.

    11.1. Situao no Brasil

    A produo de energia pela DA uma das que ganhou destaque no Brasil desde

    as crises energticas, iniciadas com os choques do petrleo, na dcada de 1970. Assim

    como no resto do mundo, a produo de biogs no Brasil acontece principalmente no

    meio rural, com aproveitamento de resduos agropecurios. Atualmente, existem nove

    usinas de produo de energia eltrica no pas, em So Paulo, Paran e Minas Gerais.

    Duas delas operam com esgotos urbanos, conforme indica a Tabela 11.1.

    Anualmente, o Brasil libera muitas toneladas de metano para a atmosfera,

    causando poluio, sobretudo no setor agrcola, e a decomposio de resduos urbanos.

    No caso dos resduos urbanos, a recuperao desse metano para a produo de energia

    por queima de biogs no s mitiga o problema, como transforma o que seria um

    problema ambiental em algo de valor econmico.

  • 161

    Tabela 11.1: Usinas de biogs em operao no Brasil.1

    USINAS do tipo UTE em Operao

    Usina Potncia

    (kW)

    Destino da

    Energia

    Proprietrio Municpio

    Bandeirante 20.000 APE

    PIE

    70% Biogerao Energia S/A

    30% Unio de Bancos

    Brasileiros S.A.

    So Paulo - SP

    So Joo Biogs 21.560 PIE 100% So Joo Energia

    Ambiental S/A

    So Paulo - SP

    Energ-Biog 30 REG 100% para Biomass Users

    Network do Brasil

    Barueri - SP

    Unidade Industrial

    de Aves

    160 REG 100% Cooperativa

    Agroindustrial Lar

    Matelndia - PR

    Unidade Industrial

    de Vegetais

    40 REG 100% Cooperativa

    Agroindustrial Lar

    Itaipulndia - PR

    ETE Ouro Verde 20 REG 100% Companhia de

    Saneamento do Paran Sanepar

    Foz do Iguau -

    PR

    Granja Colombari 32 REG 100% Jos Carlos Colombari So Miguel do

    Iguau - PR

    Asja BH 430 REG 100% Consrcio Horizonte

    Asja

    Belo Horizonte -

    MG

    Arrudas 2.400 REG 100% Companhia de

    Saneamento de Minas Gerais

    Belo Horizonte -

    MG

    Total: 9 Usina(s) Potncia Total: 44.672 kW SP = Servio Pblico, PIE = Produo Independente de Energia, APE = Autoproduo de Energia.

    11.2 Consideraes tcnicas sobre a biodigesto

    difcil se falar em um mercado de biogs gerado por DA, uma vez que ele geralmente usado em gerao distribuda de energia.

    A digesto anaerbica, como todo processo biolgico, tem sua produtividade

    refm de vrios fatores, como temperatura, pH, razo entre gua e slidos e entre

    carbono e nitrognio, tamanho da partcula sendo digerida, composio do material

    digerido, tempo de reteno, entre outros.

    A temperatura um dos fatores mais importantes. Embora haja bactrias

    anaerbicas que sobrevivem em temperaturas extremas, o processo de gerao de

    metano tem seus picos de produtividade em 36,7C (processo mesoflico) e em 54,4C

    (processo termoflico). Essa produtividade decai abaixo de 35C e entre 39,4C e

    51,7C.2 O processo termoflico mais rpido que o mesoflico, mas necessita de mais

    energia para ser mantido, alm de um cuidado ainda maior com as condies ambientes.

    H vrias maneiras de se conduzir uma digesto anaerbica. A forma mais

    simples, utilizada em estaes de tratamento de esgotos, a lagoa anaerbica. So

    lagoas profundas, da ordem de 3 a 5 metros3, alimentadas com o material orgnico e

    deixadas em repouso. A profundidade e a ausncia de aerao fazem com que o

    ambiente se torne pobre em oxignio e as bactrias anaerbicas sejam favorecidas. Elas

    podem ser cobertas ou descobertas.

    A digesto tambm pode acontecer em digestores, que tm como vantagem a

    menor rea que ocupam, apesar do maior custo. Existem dois tipos de digestores para a

    DA, em lote e contnuo. O digestor em lote aquele em que o material introduzido,

    deixado em repouso para a digesto e retirado totalmente para a introduo de novo

    material. No digestor contnuo, o material introduzido e retirado continuamente, em

    uma dada taxa. Ele mais complexo, mas prefervel a plantas de larga escala.

  • 162

    Os digestores contnuos se dividem em reatores de leito fluidizado (AFBR) e

    digestores de fluxo ascendente, que podem ser com manta de lodo (UASB) ou com

    processo de filtragem (UAFP). Os digestores de processo de filtragem podem ser de

    fluxo descendente, tambm (DAFP). A Figura 11.2 ilustra esses tipos de reatores.

    No UASB, o lquido a ser tratado injetado no fundo do digestor e passa pelo

    manto de lodo, onde esto os micro-organismos que iro digerir o material. O tempo de

    reteno hidrulica (HRT) desse material no digestor varia de 2,5 horas a dois dias,

    dependendo da concentrao do lquido que entra. Um separador ir direcionar o biogs

    para o topo, onde ser recolhido, e o lquido e o slido restantes para outra sada.4

    O processo de filtragem consiste em introduzir o lquido a ser digerido em cima

    ou embaixo, faz-lo passar por um leito slido, feito de pedras ou anis plsticos, onde

    os micro-organismos esto aderidos. Assim como no UASB, o biogs recolhido no

    topo. O lquido resultante da digesto pode ser recolhido no topo ou no fundo,

    dependendo de onde foi introduzido.11

    Ainda h os reatores de leito fluidizado, os AFBR (Figura 11.3), onde o meio em

    que esto os micro-organismos fluidizado. A eficincia desses reatores maior e sua

    tolerncia a mudanas de temperatura tambm.4

    (a) (b) Figura 11.2: Reatores anaerbicos tipo UASB (a) e tipos UAFP e DAFP (b).

    5

    Figura 11.3: Esquema de reator anaerbico de leito fluidizado (AFBR).

    4

    Variaes desses digestores so propostas na literatura, uma vez que o digestor

    que funciona para uma dada composio do resduo pode no funcionar muito bem para

  • 163

    outra. Como exemplo, pode-se citar o reator CSTR (Contact Stirred Tank Reactor),

    mais adequado para esgoto com alto teor de slidos, o digestor EGSB (expanded

    granular sludge bed), uma variao do UASB, com diferentes parmetros de operao.6

    Esses tipos so apresentados na Figura 11.4.

    (a) (b)

    Figura 11.4: Reatores CSTR (a) e EGSB (b).6

    No caso dos aterros sanitrios, o digestor o prprio lixo enterrado. O biogs

    recolhido por tubulaes e tratado. economicamente vivel produzir biogs em aterros

    se, quando o aterro recebe 200 t de resduo/dia, tem capacidade mnima de recepo da

    ordem de 500000 toneladas e altura mnima de carregamento de 10 m.7 Na Figura 11.5,

    pode ser visto o arranjo para captao de biogs em aterros.

    Figura 11.5: Processo de recolhimento, purificao e produo de energia por gases de aterros sanitrios.

    7

  • 164

    Uma vez recolhido, o biogs precisa ser limpo de impurezas, como o gs

    sulfdrico. O gs resultante, composto principalmente de metano, pode ser utilizado na

    produo de energia em turbinas a gs, da mesma forma que o gs natural.

    11.3 Custos

    Os custos da digesto anaerbica variam de acordo com o mtodo e a matria-

    prima. Geralmente, os estudos de custos de digesto anaerbica se referem aos custos de

    implantao em uma fazenda, para que esta faa digesto de resduos animais. Uma

    comparao entre a energia gerada pelo biogs nos EUA e outras formas de produo de

    energia pode ser vista nas Figuras 11.6-11.7. Essas figuras mostram que vantajoso

    para o pecuarista a implantao desse sistema em sua fazenda.

    De acordo com a EPA (Agncia de Proteo Ambiental dos EUA), preparar um

    aterro sanitrio para a produo de energia envolve custos capitais de US$600.000 a

    US$750.000 e custos de operao de US$40.000 a US$50.000. O custo da energia varia

    de acordo como mtodo usado para obt-la.9

    Figura 11.6: Custos de implantao e produo de energia por meio de digesto anaerbica nos EUA

    (dados de 2007).8

    Figura 11.7: Comparao entre os custos de gerao da digesto anaerbica e os de formas fsseis de

    energia.8

  • 165

    11.4 Impactos ambientais e riscos

    A digesto anaerbica possui vrios impactos ambientais positivos, em

    comparao com as atuais fontes de energia. O primeiro a eliminao quase completa

    de compostos malcheirosos dos resduos, assim como dos patgenos presentes. As

    emisses de gases-estufa tambm so diminudas, j que o metano que seria liberado

    para a atmosfera usado na produo de energia. Aps esse uso, ele gera gs carbnico

    que mais de 20 vezes menos poluente.

    O lquido e o slido restantes da digesto podem ser utilizados como

    fertilizantes, evitando o uso de derivados do petrleo, e a gua tratada pode ser

    reciclada. Tambm no h liberao do chorume que poderia poluir os solos e guas em

    torno da fonte de resduos que sero digeridos.10

    Como impactos negativos, tem-se o fato de que as emisses de gs carbnico

    podem ser diminudas, mas no desaparecem.

    11.5 Pesquisa e perspectiva futura

    A digesto anaerbica j se provou uma alternativa vivel para aumentar a

    competitividade de pecuaristas, mas ainda h muito a ser desenvolvido em termos de

    melhoria da eficincia e de criao de uma infraestrutura para a comercializao da

    energia gerada.

    A empresa Biotec define seus campos de pesquisa na gerao de biogs como:11

    Produo de biogs, usando grama e forrageiras;

    Produo de biogs a partir de glicerina;

    Produo de biogs a partir de vinhaa de destilarias de etanol;

    Gerenciamento e manejo da lama de lagoas anaerbicas;

    Produo de metanol a partir de biogs;

    Biogs como combustvel veicular;

    Metodologia de projetos CDM (Clean Development Mechanism);

    Fermentao termoflica acdica. Esses campos so bem representativos das principais frentes de pesquisa em

    digesto anaerbica de resduos agropecurios. Em termos de digesto anaerbica em

    aterros sanitrios, para a produo de biogs, a pesquisa se concentra em purificar e

    transportar o metano gerado no aterro.

    11.6 Referncias

    1 ANEEL. Capacidade de Gerao no Brasil. Disponvel em: . Acesso em: 10 de ago. 2011.

    2 RENEWABLE ENERGY INSTITUTE. What is an Anaerobic Digester? Disponvel em: . Acesso em: 15 de jul. 2011.

    3 CASAN. Biogs. Disponvel em: . Acesso em 16 de jul. 2011.

    4 FAO. Chapter 4 - Methane production. Disponvel em: . Acesso em: 14 de ago. 2011.

  • 166

    5 PARR, J. Anaerobic treatment of municipal wastewater: How appropriate is it for low-income countries? Disponvel em: . Acesso em: 01 de ago. 2011.

    6 IRWIN, T. Fundamentals. Disponvel em: . Acesso em: 03 de ago. 2011.

    7 ASIA BIOGAS. Anaerobic Treatment of Wastewater: Principles, Basic Design Considerations and Practical Applications. Disponvel em: . Acesso em: 15 de ago.

    2011.

    8 NATURAL RESOURCES CONSERVATION SERVICE. An Analysis of Energy Production Costs from Anaerobic Digestion Systems on U.S. Livestock Production Facilities. Disponvel em:

    . Acesso em: 17 de ago. 2011.

    9 WINDOW ON STATE GOVERNMENT. Landfill Gas. Disponvel em: . Acesso em: 17 de ago. 2011.

    10 ALTERNATIVE ENERGY. Anaerobic Digestion of Biomass. Disponvel em: . Acesso em: 01 de jul. 2011.

    11 BIOTEC. Research and Development. Disponvel em: . Acesso em: 20 de ago. 2011.

  • 167

    12 GASEIFICAO

    Gaseificao de biomassa um processo trmico a partir do qual matria

    carboncea, de origem orgnica e recente, decomposta em condies controladas para

    a gerao de um gs combustvel, conhecido como gs de sntese.

    As reaes qumicas que acontecem em um gaseificador de biomassa formam

    uma rede bastante complexa. Em um primeiro momento, ocorre a oxidao parcial da

    biomassa e, em seguida, as altas temperaturas favorecem que os produtos sofram novas

    reaes, gerando um gs de sntese, composto basicamente de hidrognio, metano, gs

    carbnico e monxido de carbono. Embora os dois ltimos no sejam de interesse na

    produo de energia, os dois primeiros so altamente energticos e podem ser usados,

    at mesmo em clulas a combustvel.

    Outra utilizao do gasognio a sntese de biocombustveis. Uma das formas

    o chamado processo Fischer-Tropsch, que produz hidrocarbonetos a partir de

    hidrognio e monxido de carbono. Os hidrocarbonetos podem sofrer novas reaes

    para a produo de praticamente qualquer substncia orgnica conhecida. isso o que

    faz o petrleo to verstil e o que pode tornar a biomassa seu substituto. A Figura 12.1

    apresenta uma sntese do processo de gaseificao.

    Figura 12.1: Resumo do processo de gaseificao com liquefao da biomassa.

    2

    Os estudos a respeito de gaseificao de biomassa comearam ainda no sculo

    XVII com experimentos qumicos de Shirley e Clayton. A partir do final do sculo

    XVIII e incio do XIX, o processo passou a ser usado na produo de gs para a

    iluminao de casas e ruas, primeiramente a partir de carvo e depois, a partir de

    madeira e leo.3

    A gaseificao passou por um declnio aps a Segunda Guerra Mundial, com a

    facilidade de acesso a combustveis fsseis baratos, mas, como muitas tecnologias

    alternativas para a produo de energia, voltou cena com os choques do petrleo em

    1973 e 1979. Atualmente, a gaseificao aplicada principalmente a combustveis

    fsseis a biomassa corresponde a apenas 2% do total da matria carboncea gaseificada. O National Energy Technology Laboratory, dos EUA, apresenta uma srie

    de estatsticas sobre gaseificao de matria fssil e biomassa, conforme apresenta a

    Figura 12.2.

  • 168

    (a) (b)

    (c) (d)

    Figura 12.2: Volume de material gaseificado por: localizao das plantas (a), matria-prima (b), produtos

    finais (c) e empresas donas das plantas (d).4

    12.1 Situao no Brasil

    Durante a Segunda Guerra Mundial, foi criada no Brasil a Comisso Nacional do

    Gasognio. Essa tecnologia de gaseificao j era antiga e muito difundida na poca,

    mas, como muitas outras, tinha ficado em segundo plano com o barateamento do

    petrleo. Depois do fim da guerra, o gasognio voltou a cair em desuso, at o primeiro

    choque do petrleo, em 1973.5

    No incio da dcada de 1990, a gaseificao era praticada

    em pequena escala, em propriedades rurais. A Eletrobrs e a CHESF, em 1991,

    propuseram um projeto chamado Sistema Integrado de Gaseificao de Madeira e

    Produo de Eletricidade, que propunha construir um gaseificador que funcionaria

    base de lascas de madeira e bagao de cana. O Banco Mundial aprovou o financiamento

    do projeto, hoje concludo. O consrcio contou tambm com a presena da Cientec, da

    Vale do Rio Doce, da Shell e do MCT. Como resultados, o SIGAME apresentou o

    projeto de um gaseificador capaz de produzir 32MW de energia, alm de estudos sobre

    o tema.6

    Projetos como o GASEIFAMAS e o GASEIBRAS, do Centro Nacional de

    Referncia em Biomassa (CENBIO), em 2004, avaliaram a viabilidade de se utilizar

    biomassa na produo de energia eltrica em populaes afastadas do Amazonas.

    Ambos chegaram concluso de que possvel, mas exige adaptao dos atuais

  • 169

    motores a diesel para evitar a acumulao de resduos.7

    Apenas quatro usinas, usavam

    biogs, em So Paulo em 2008.

    12.2 Mercado

    Os gaseificadores de biomassa ainda esto em fase de desenvolvimento e

    demonstrao. Aqueles disponveis comercialmente no produzem gs purificado.9

    Aqueles que j praticam essa modalidade de obteno de energia geralmente o fazem

    para consumo prprio.

    12.3 Consideraes tcnicas sobre a produo de energia

    A tecnologia dos gaseificadores antiga e, dentro de certos limites, dominada e

    comercialmente disponvel. Eles podem ser divididos entre gaseificadores de leito fixo e

    de leito fluidizado.

    Gaseificadores de leito fixo so os mais antigos e mais difundidos. So

    subdivididos entre concorrente (ou downdraft) e contracorrente (ou updraft). O

    gaseificador contracorrente (Figura 12.3) para a queima de carvo o mais antigo e o

    mais simples dos projetos. Nele, o combustvel alimentado no topo do gaseificador,

    enquanto o ar (ou oxignio) alimentado na grelha, formando duas correntes de

    sentidos opostos. O combustvel que alcana a grelha queimado, e os gases quentes

    (CO2 e H2O) resultantes sobem e trocam calor com o combustvel que est descendo.

    Essa troca de calor provoca a reduo do CO2 e da gua a CO e H2, alm de pirolisar o

    combustvel. Essa mistura de gases reduzidos, umidade e volteis da pirlise recolhida

    no topo do gaseificador.

    Figura 12.3: Esquema de um gaseificador contracorrente.

    11

    O mais famoso gaseificador contracorrente o gaseificador Lurgi, usado com

    alimentao de carvo. As vantagens desse tipo de gaseificadores esto na simplicidade

    de operao e nas altas temperaturas que a grelha pode alcanar. As desvantagens so a

    presena de alcatres no gs produzido, a necessidade de granulometria uniforme do

    combustvel e a necessidade de diminuio da temperatura da grelha se vapor dgua e CO2 estiverem presentes no ar introduzido atravs dela.

    Nos gaseificadores concorrentes (Figura 12.4), tanto o combustvel quanto o ar

    (ou oxignio) so injetados na parte superior da grelha, fluindo para baixo. Isso faz com

    que o material sofra, em um primeiro momento, aquecimento e secagem. Aps isso, ele

    sofre pirlise flamejante at se tornar carvo vegetal. Mais abaixo, o carvo vegetal ser

    gaseificado e absorver energia at que a temperatura alcance 800C e as reaes

    parem. Nesse ponto, restam as cinzas, que sero retiradas pela grelha.

  • 170

    Figura 12.4: Esquema de um gaseificador co-corrente.

    11

    Esse processo tem como vantagens produzir gases com teores quase desprezveis

    de alcatro e ser uma tecnologia bastante difundida os gasognios, muito utilizados na Segunda Guerra, eram gaseificadores co-correntes. As desvantagens so que o

    combustvel deve apresentar baixo teor de umidade, caso contrrio no sofrer a pirlise

    flamejante antes de atingir a regio de baixa temperatura, e no h um aproveitamento

    do calor dos gases produzidos em altas temperaturas.

    Gaseificadores de leito fluidizado (Figura 12.5) surgiram para a gaseificao de

    grandes quantidades de carvo (gaseificador Winkler) e para o craqueamento cataltico

    de hidrocarbonetos pesados, entre outras aplicaes. Neles, o ar ou o oxignio

    introduzido em uma cmara com um leito particulado. A passagem do gs faz com que

    as partculas fiquem suspensas e se comportem como um fluido. A vantagem do leito

    fluidizado em comparao ao leito fixo que as partculas suspensas facilitam as trocas

    de calor com o combustvel a ser gaseificado. Eles podem ser divididos em leito

    borbulhante e leito circulante.

    Os gaseificadores de leito borbulhante so aqueles em que a passagem do ar tem

    velocidade tal que, alm de fluidizar o leito de areia, ainda cria bolhas de gs no

    fluido. A velocidade de arraste das partculas nele tipicamente de 1 m/s. No leito circulante, as partculas so arrastadas a velocidades entre 7 e 10 m/s, recolhidas em um

    ciclone e voltam ao leito.

    Figura 12.5: Esquema de gaseificadores de leito borbulhante e de leito circulante, respectivamente.

    11

    A vantagem de se usar um leito fluidizado a possibilidade de se lidar com taxas

    de umidade elevadas (at 65%). So mais flexveis com relao ao combustvel

    utilizado, embora tenham problemas com granulometrias superiores a 10 cm e muito

    finas. As desvantagens so as dificuldades em se trabalhar em presses maiores que a

    atmosfrica e a incompatibilidade com combustveis com alto teor alcalino (embora o

    uso de caulim seja apontado como soluo para esse problema). O primeiro gaseificador

    de biomassa integrado e com leito circulante o sueco Vrnamo IGCC.

  • 171

    A escolha do melhor gaseificador depende da situao e da composio da

    biomassa. Em termos de escala da planta, os gaseificadores podem ser distribudos

    conforme indica a Figura 12.6.

    Figura 12.6: Distribuio das tecnologias de gaseificadores dependendo do input.

    12

    12.4 Produo de energia eltrica

    Uma vez gaseificada, a biomassa pode gerar energia sendo liquefeita para a

    gerao de combustveis ou sendo utilizadas em uma turbina a gs. Cada matria-prima

    fornece gs de sntese com uma determinada composio, e essa composio determina

    sua utilizao final.

    As turbinas a gs so desenhadas para funcionar com gs natural, que

    composto principalmente de metano e uma pequena porcentagem de hidrocarbonetos

    mais pesados. O gs de sntese composto de hidrognio, monxido de carbono e um

    volume considervel de gases no combustveis, o que acaba fazendo que seu poder

    calorfico seja tipicamente de 15% o do gs natural ou at menos. Esse poder calorfico

    menor faz com que o fluxo de gs na turbina tenha de ser aumentado para que a turbina

    opere em sua temperatura ideal. Quanto menor o poder calorfico do gs de sntese,

    maior deve ser a energia gasta para aumentar o fluxo do gs e, consequentemente,

    menor o rendimento lquido da produo de energia.14

    Na Tabela 12.1, apresentada

    uma comparao entre o poder calorfico por gaseificao.

    Tabela 12.1: Composio do gs de sntese de vrias matrias-primas e seu poder calorfico. O gs natural

    foi colocado para fins de comparao. (Adaptado.) 15

    Combustvel Mtodo de

    Gaseificao

    Porcentagem em Volume Poder

    Calorfico

    MJ/m3 CO H2 CH4 CO2 N2

    Gs Natural - - - 97 - - 19-5616

    Carvo vegetal Contracorrente 28-31 5-10 1-2 1-2 55-60 4.60-5.65

    Madeira com 12-

    20% de umidade

    Contracorrente 17-22 16-20 2-3 10-15 55-50 5.00-5.86

    Peletes de palha

    de trigo

    Contracorrente 14-17 17-19 - 11-14 - 4.50

    Cabelo de coco Contracorrente 16-20 17-

    19.5

    - 10-15 - 5.80

    Cascas de coco Contracorrente 19-24 10-15 - 11-15 - 7.20

    Cana prensada Contracorrente 15-18 15-18 - 12-14 - 5.30

    Carvo vegetal Cocorrente 30 19.7 - 3.6 46 5.98

    Sabugo de milho Contracorrente 18.6 16.5 6.4 - - 6.29

    Peletes de casca

    de arroz

    Contracorrente 16.1 9.6 0.95 - - 3.25

    Cubos de caules

    de milho

    Contracorrente 15.7 11.7 3.4 - - 4.32

  • 172

    Assim como ocorre com o gs natural, as usinas de biomassa podem realizar

    cogerao e realizar ciclo combinado (CC). Na cogerao (sistemas CHP Combined Heat and Power), depois de gerar energia eltrica na turbina a gs, os gases aquecidos

    que seriam descartados so usados para gerar calor (Figura 12.7). J no ciclo

    combinado, os gases aquecidos so usados para trocar calor com um fluido e gerar mais

    energia em uma turbina a vapor (Figura 12.8).

    Figura 12.7: Esquema de um sistema de cogerao (CHP).

    17

    Figura 12.8: Produo de eletricidade em ciclo combinado.

    18

    Outra forma de utilizao da biomassa a cocombusto, em que biomassa e

    carvo so queimados para a produo de energia, conforme indicado na Figura 12.9. A

    cocombusto pode ser direta, com o carvo e a biomassa sendo queimados na mesma

    caldeira, pode ser indireta, com a biomassa sendo gaseificada antes de ser introduzida

    na caldeira do carvo e pode ser paralela, quando a biomassa e o carvo so queimados

    em caldeiras diferentes e no entram em contato.

    Figura 12.9: Cocombusto de biomassa e carvo nas modalidades direta, indireta e paralela,

    respectivamente.19

    As vantagens da cocombusto so a flexibilidade no uso de combustvel, j que

    no h uma proporo fixa entre a biomassa e o carvo, alm do aumento da eficincia

    da usina. Os investimentos iniciais so menores que os de uma usina s de biomassa ou

  • 173

    uma de pulverizao de carvo e as emisses de CO2 so menores, graas maior

    eficincia. Por fim, o teor de carbono nas cinzas menor.

    As limitaes desse sistema so que a biomassa deve ser seca e peletizada antes

    da utilizao, aumentando custos. A corroso do aparelho tambm maior, graas

    formao de HCl na queima e da liberao de compostos corrosivos que podem estar

    presentes na biomassa. As cinzas tambm so um problema, porque podem ser

    inadequada a uma utilizao em outros tipos de indstria.19

    . Na Figura 12.2

    apresentado uma comparao entre os sistemas de converso de biomassa em energia.

    Tabela 12.2: Comparao entre a escala e a eficincia de produo de eletricidade de plantas que utilizam

    biomassa.20

    Categoria do Sistema de Converso Escala (MWe) Eficincia

    Combusto/SAPS 20.0 100.0 2040

    Combusto/CHP 0.1 1.0 6090 (C+E)

    Combusto/CHP 1.1 10.0 80100 (C+E)

    Co-Combusto 5.0 20.0 3040

    Gaseificao/ Turbina a diesel 0.1 1.0 1525

    Gaseificao/Turbina a gs 1.0 10.0 2530

    Gaseificao/BIG-CC 30.0 100.0 4055

    Digesto/Biomassa mida Muitos MWe 1015 Stand Alone Power System: usina fora do grid. Combined Heat and Power C+E = Calor e energia (cogerao).

    A trigerao um sistema que, alm de gerar energia eltrica e calor, gera

    tambm resfriamento. A tecnologia vista como uma maneira de aumentar ainda mais a

    alta eficincia dos sistemas de cogerao, como ilustrado nas Figuras 12.10-12.11.

    Figura 12.10: Esquema de funcionamento de um sistema de trigerao.

    21

    Figura 12.11: Escala versus eficincia das diversas maneiras de aproveitamento do gs de sntese para a

    produo de energia eltrica.22

  • 174

    12.5 Liquefao

    Quando o gs de sntese no possui poder calorfico o bastante para ser

    queimado e produzir energia eltrica, ele pode ser usado na sntese de lquidos

    orgnicos, que podem ser convertidos em combustveis.

    Os dois principais processos de liquefao de gs de sntese so o processo

    Fischer-Tropsch (FT) e o processo Mobil23

    . Esses processos permitem biomassa ser

    um substituto para o petrleo na produo de produtos qumicos e combustveis, mas o

    custo ainda alto se comparado ao refino do petrleo.

    12.6 Custos

    Uma vez que a gaseificao da biomassa uma tecnologia estabelecida e at

    mesmo antiga, algum pode se perguntar por que ainda no feita em larga escala,

    competindo diretamente com os combustveis fsseis. O maior obstculo para isso no

    tcnico, mas econmico.

    O custo capital de uma usina de gaseificao que produza biocombustveis

    quase dez vezes maior que o custo de uma refinaria de petrleo (Figura 12.12).24

    Embora seus custos ainda sejam mais vantajosos que os relacionados ao etanol

    celulsico, por exemplo (Tabela 12.3), ainda uma das maneiras mais caras de se

    produzir eletricidade (Figura 12.13).

    Tabela 12.3: Custos da gaseificao de biomassa comparados com a fermentao de celulose para a

    produo de etanol.25

    Enzima/fermentao Gaseificao

    Rendimento terico (gal/t) 114 230

    Rendimento verdadeiro 70 114 (est.)

    Custo capital aproximado/gal/ano US$4,45 US$2,23

    Custo aproximado/gal US$1,44 US$0,78

    Figura 12.12: Faixa de custo de implantao de uma usina de gaseificao de biomassa em comparao

    com outras formas de produo de combustveis lquidos, em dlares por capacidade diria de barris

    (dados de 2004).25

  • 175

    Figura 12.13: Custo da eletricidade gerada por vrias maneiras. As siglas se referem, respectivamente,

    Combusto de biomassa em leito fluidizado borbulhante, Turbina a gs em ciclo aberto, Gaseificao de

    carvo integrada com ciclo combinado, Turbina a gs com ciclo combinado, Combusto de carvo em

    leito fluidizado circulante e Carvo pulverizado.26

    Os custos de implantao de uma usina BIG-GT, tecnologia estudada no Brasil,

    ficam na faixa de US$2.000,00 e US$2.500,00 por kW, e a construo desse sistema

    comparvel implantao de uma usina de acar e lcool. J os de manuteno, no

    caso de uso de bagao e palha de cana secos como combustvel, podem ser resumidos

    na Tabela 12.4.

    Tabela 12.4: Custos operacionais de uma usina BIG-GT.

    27

    Item US$ milho

    Manuteno 1.2

    Palha 1.0

    Pessoal 0.3

    Materiais, combustveis auxiliares etc. 0.4

    Custo total anual, incluindo combustveis 2.9

    12.7 Impactos ambientais e riscos

    Os pontos positivos esto na menor emisso de gs carbnico e nos nveis

    virtualmente desprezveis de SOx, graas ao baixo contedo de enxofre da biomassa.

    Alm disso, a energia gerada pela biomassa renovvel, uma vez que a biomassa leva

    pouco tempo para ser formada, em comparao com os milhares de anos dos

    combustveis fsseis.

    Tabela 12.5: Comparao entre um gerador de eletricidade a diesel e uma usina eltrica de gaseificao

    de biomassa (BGBPP).28

    Tipo de produo de

    energia (400 kW)

    Diesel

    consumido (L)

    CO2 Emitido

    (kg)

    SO2 Emitido

    (g)

    Gerador diesel 1280 3392 107.52

    BGBPP 80 212 6.72

    Os pontos negativos so a grande emisso de NOx, em parte devido ao grande

    teor de compostos nitrogenados em tecidos vivos, e a monocultura das espcies

  • 176

    cultivadas para a produo de energia, que pode empobrecer o solo. Alm disso, a

    plantao de espcies vegetais para a produo de energia compete diretamente com a

    produo de alimentos. Outro fator importante que organismos geneticamente

    modificados para a obteno de melhores rendimentos so frequentemente utilizados, e

    ainda no h um estudo conclusivo sobre o impacto de cada um desses organismos na

    Natureza.

    Se, por um lado, a gaseificao de biomassa proveniente de resduos slidos

    urbanos no tem impactos sobre o uso do solo, ela gera cinzas ricas em metais pesados.

    As altas temperaturas atingidas no gaseificador podem, ainda, volatilizar esses metais.

    Os riscos operacionais so relacionados a vazamentos de gs e risco de

    incndios, sobretudo quando o sistema manual. Sistemas automatizados diminuem

    bastante esses riscos.

    Em termos de investimento, o maior risco est associado matria-prima. Ela

    necessita de disponibilidade de terras frteis e gua, que pode ser comprometida caso o

    setor de alimentao experimente um crescimento muito grande. Esse risco pode ser

    contornado caso os rendimentos das safras energticas aumentem nos prximos anos,

    com os avanos da biotecnologia. O custo da biomassa tambm fator importante e

    pode variar muito. O valor vivel para qualquer empreendimento desse setor geralmente

    fixado como, no mximo, de US$4/GJ.

    12.8 Pesquisa e perspectiva futura

    Embora a tecnologia da gaseificao seja antiga e conhecida, muita pesquisa

    realizada para que ela se torne economicamente vivel em larga escala e no contexto da

    produo de energia.

    Uma das tecnologias que busca a melhoria da eficincia do processo a

    gaseificao solar. A empresa Sundrop Fuels utiliza painis para concentrar a luz do sol

    na fornalha para atingir temperaturas superiores a 1000C. O grande problema dessa

    tecnologia de logstica, j que as maiores fontes de radiao solar geralmente esto

    longe dos maiores produtores de biomassa. Mesmo assim, a tecnologia est em fase de

    testes.32

    As universidades do Colorado, a Colorado State University e o National

    Renewable Energy Laboratory (NREL) tambm tm um projeto nessa rea.

    Devido ao alto custo e ao surgimento de outras formas renovveis de produo

    de energia eltrica, no h previses que apontem a queima de gs de sntese como uma

    opo de gerao promissora no curto prazo.

    Por outro lado, em um cenrio de esgotamento das reservas petrolferas, a

    gaseificao de carvo e biomassa torna-se a maneira de contornar uma possvel crise.

    A universidade de Aston, na Inglaterra, prope duas questes fundamentais para o

    futuro da gaseificao:

    O que queremos gerar com a biomassa: energia e/ou produtos qumicos?

    Depois de 15 anos de muita pesquisa, desenvolvimento e financiamento, ainda h apenas poucas plantas operando comercialmente. Por qu?

    12.9 Referncias

    1 KLEPPER, R. Gasification. Disponvel: . Acesso em: 27

    de ago. 2011.

    2 INSTITUTO DE PESQUISAS TECNOLGICAS. Biomassa. Disponvel em: . Acesso em: 10 de jul. 2011.

  • 177

    3 HUMANITY DEVELOPMENT LIBRARY. Gasification History and Development. Disponvel em: . Acesso em

    10 de ago. 2011.

    4 U. S. DEPARTMENT ENERGY. Gasification. Disponvel em:

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    7 CENBIO. Gaseifamaz. Disponvel em: < http://cenbio.iee.usp.br/projetos/gaseifamaz.htm>. Acesso em: 20 de ago. 2011.

    8 ANEEL. Parte II: Fontes Renovveis. Disponvel em: . Acesso em: 15 de set. 2011.

    9 PETERSON, D., HAASE, S. Market Assessment of BiomassGasification and CombustionTechnology for Small- andMedium-Scale Applications. Disponvel em: . Acesso em: 31 de ago. 2011.

    10 CENBIO. Comparao entre tecnologias de gaseificao de biomassa existentes no Brasil e no exterior e formao de recursos humanos na regio Norte. Disponvel em:

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    11 SNCHEZ, C. G. Tecnologia da Gaseificao. Disponvel em: . Acesso em: 15 de set. 2011.

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    13 MSPC. Termodinmica. Disponvel em: . Acesso em: 16 de set. 2011.

    14 OLUYEDE, E. O. Fundamental impact of firing syngas in gas turbines. Disponvel em: . Acesso em 09/06/2010.

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    16 NATURALGAS.COM. Natural Gas. Disponvel em: . Acesso em: 19 de set. 2011.

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    17 CHP SYSTEMS. Combined heat and power systems. Disponvel em: . Acesso em: 18 de set. 2011.

    18 U. S. DEPARTMENT OF ENERGY. Biomass Energy. Disponvel em: . Acesso em 14 de set. 2011.

    19 VGB POWER TECH. Advantages and Limitations of Biomass Co-combustion in Fossil Fired Power Plants. Disponvel em:

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    20 WORLD ENERGY COUNCIL . Renewable Energy Projects Handbook. Disponvel em: . Acesso em: 19 de set. 2011.

    21 COGEN PORTUGAL. O que p cogerao? . Disponvel em: . Acesso em:

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    22 RENEWABLE ENERGY INSTITUTE. Synthesis Gas. Disponvel em: . Acesso em: 19 de set. 2011.

    23 PINHEIRO, B. B. Produo de combustveis sintticos a partir do gs natural. Disponvel em: .

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    24 BP STATISTICAL Review of World Energy 2009. Disponvel em , acessado em 6 de junho de 2010.

    25 RAPPER, R. Cellulosic Ethanol vs. Biomass Gasification. Disponvel em: . Acesso em: 17 de set. 2011.

    26 PARLIAMENT UK. Chapter 3: Technologies For Renewable Electricity Generation . Disponvel em: . Acesso em 12 de set.

    2011.

    27 INSTITUTO DE ECONOMIA AGRCOLA. Tecnologia BIG-GT: energia a partir da gaseificao da biomassa da cana. Disponvel em: . Acesso em:

    01 de out. 2011.

    28 MUKHOPADHYAY,K. An assessment of a Biomass Gasi cation based Power Plant in the Sunderbans Disponvel em:

    .

    Acesso em 15 de out. 2011.

  • 179

    13 PIRLISE E QUEIMA DIRETA

    A maneira mais antiga e rudimentar de se obter energia da biomassa a

    combusto, sem tratamento prvio. A descoberta de como produzir o fogo em gravetos

    secos considerada uma das primeiras grandes revolues tecnolgicas da

    Humanidade.1 At hoje, a lenha ainda fonte importante de calor para muitas pessoas,

    assim como a queima de outras formas de biomassa (papel e bagao de cana, por

    exemplo).

    Outro processo antigo de produo de energia que surgiu e se desenvolveu em

    reas arborizadas a produo de carvo vegetal. Ele um slido preto ou acinzentado,

    obtido da madeira por meio da chamada pirlise lenta e usado como fonte de calor.

    Pirlise um processo de decomposio trmica que tem como produtos slidos,

    lquidos e gases, que podem ser usados para fins energticos ou para a sntese de

    produtos qumicos. Durante a pirlise, o contato com o oxignio diminudo para se

    evitar uma combusto simples.

    O uso da lenha e a produo do carvo vegetal foram responsveis pelo intenso

    desmatamento das florestas europeias. importante notar que no foram os nicos

    culpados pela perda de boa parte da cobertura vegetal do continente, mas esto entre as

    causas principais. Outra causa, por exemplo, o intenso uso da madeira como matria-

    prima para casas e navios.2 A descoberta da transformao do carvo mineral em coque

    relegou o uso do vegetal ao segundo plano.3 Foi o carvo mineral que alimentou a

    Revoluo Industrial, nos sculos XVIII e XIX, enquanto o vegetal era usado apenas

    quando o primeiro faltava. Atualmente, o maior uso energtico do carvo vegetal a

    coco de alimentos. Na Figura 13.1, indicada a produo de carvo vegetal no

    mundo.

    Figura 13.1: Produo de madeira para propsitos energticos (queima e fabricao de carvo vegetal)

    por continente e por pas.4

    Nos ltimos anos, ganhou destaque a chamada pirlise rpida, que produz um

    teor maior de lquido. Esse lquido, preto ou castanho, chamado bio-leo e pode ser

    refinado para dar origem a uma srie de produtos qumicos. O bio-leo produzido pela

    pirlise rpida mais rico em compostos leves, o que permite maior versatilidade em

    termos de produtos de refino. importante notar que a gaseificao um tipo de

  • 180

    pirlise, s que feita em temperaturas mais altas e gera praticamente s produtos

    gasosos. Na Tabela 13.1, apresentada uma comparao entre tecnologias de biomassa.

    Tabela 13.1: Comparao entre a pirlise rpida, a pirlise lenta e a gaseificao.5

    Lquido Carvo Gs

    Pirlise rpida Temperatura de processo moderada (450 -

    550C), curtos tempos de residncia dos

    vapores e biomassa (< 2 s) com baixa

    granulometria.

    75% 12% 13%

    Pirlise lenta Baixas temperaturas (400 - 450C), curtos

    tempos de residncia (pode ser de horas ou

    dias), partculas grandes.

    30% 35% 35%

    Gaseificao Alta temperatura (900C), longos tempos de

    residncia.

    5% 10% 85%

    A transformao qumica sofrida pelos componentes principais da biomassa

    durante a pirlise pode ser esquematizada na Figura 13.2. A pirlise rpida e a

    utilizao do bio-leo para a sntese de combustveis ainda esto na fase de

    desenvolvimento, para a obteno de maiores rendimentos e pureza de produtos.

    Figura 13.2: Produtos de pirlise dos principais componentes da biomassa.

    13.1 Situao no Brasil

    O Brasil um pas tropical com imensa cobertura vegetal nativa, alm de um

    grande potencial agrcola. Isso o torna propcio para a utilizao da madeira como fonte

    energtica, e o pas , de fato, o terceiro em utilizao de combustvel de madeira, de

    acordo com a FAO.4 O setor energtico nacional ainda tem uma participao muito

    grande da lenha como fonte energtica 34,6% da energia (em milhares de toneladas equivalentes de petrleo) do setor. Boa parte dessa lenha destinada produo de

    carvo vegetal. Apenas um volume muito pequeno desse carvo destinado

    importao. O restante destinado produo interna, principalmente siderurgia6,

    conforme apresenta a Figura 13.3.

  • 181

    Figura 13.3: Porcentagem dos usos da lenha e do carvo vegetal produzidos no Brasil.

    7

    Outra forma muito importante de utilizao da biomassa no Brasil a queima do

    bagao de cana-de-acar para a produo de energia eltrica e calor. Desde os choques

    do petrleo e do aumento da produo de lcool, as usinas sucroalcooleiras se

    preocupam com sua grande demanda de energia. Hoje, uma parcela muito importante da

    energia gerada pelo pas se deve a essa queima de bagao.

    De acordo com o portal DataCogen, das 869 usinas de cogerao do Brasil, 656

    tm como combustvel o bagao de cana, o que corresponde a cerca de 75% das

    unidades.8 A cogerao regulamentada desde 1981 com o decreto-lei n 1.872, que

    permitia a compra de energia eltrica excedente de autoprodutores. Em 1996, o decreto

    n 2.003 traria uma nova regulamentao para o setor. Todas as usinas sucroalcooleiras

    realizam a cogerao, embora poucas vendam o excedente de energia produzida. Em

    2007, das 130 usinas de So Paulo, apenas 50 comercializavam seu excedente.9

    importante notar que essa viso algo recente. At recentemente, o bagao era tratado

    como um resduo a ser incinerado e no como uma fonte energtica importante.

    13.2 Mercado

    O mercado para os produtos de pirlise s est desenvolvido para o carvo

    vegetal. Embora o Brasil o utilize em processos industriais, particularmente na

    siderurgia, isso no ocorre em pases desenvolvidos.

    A principal utilizao do carvo mineral nesses pases o carvo para churrasco

    e o carvo ativado, para uso qumico ou limpeza de guas. As maiores empresas

    internacionais do ramo so a Kingsford e a Royal Oak.10

    As importaes e exportaes de carvo vegetal so principalmente regionais.

    Os maiores importadores da Unio Europeia so a Alemanha, a Polnia, a Espanha, a

    Bulgria e o Reino Unido. Eles importam principalmente dos maiores exportadores

    europeus: Polnia, Frana e Alemanha, alm de pases de outros continentes, como a

    Malsia, a Indonsia e a frica do Sul.11

    A Somlia importa grandes quantidades de carvo para os pases rabes, sendo

    essa uma das maiores riquezas do pas.12

    O mercado interno africano de grande

    importncia para a economia local.13

  • 182

    13.3 Consideraes tcnicas sobre o processo de pirlise

    Nos pases subdesenvolvidos, onde a fabricao de carvo vegetal ainda

    intensa, comum o uso de fornos cilndricos com o topo fechado por uma abbada

    (Figura 13.4). Eles so feitos de tijolos e so pequenos. O rendimento tpico desse tipo

    de forno de 25 a 35% da massa da madeira seca.14

    Grandes empresas de carvo

    vegetal tambm utilizam grandes fornos de alvenaria, com o mesmo princpio dos

    fornos de tijolos. O ciclo de produo do carvo nos grandes fornos retangulares de

    alvenaria obedece, em geral, a um ciclo de sete dias: um para a retirada do carvo

    anteriormente produzido e alimentao com a madeira, trs para a carbonizao e trs

    para o resfriamento.15

    O tempo em que a biomassa permanece no forno chamado

    tempo de residncia.

    Figura 13.4: Fornos de carvo para a produo de ao verde.16

    Os fornos podem assumir outras formas, mas seu princpio bsico o mesmo.

    Na indstria, o forno fechado onde ocorre a produo de carvo vegetal conhecido

    como retorta, conforme indica a Figura 13.5. A retorta fornece um carvo mais

    homogneo e maior produtividade.

    Figura 13.5: Esquema de funcionamento de uma retorta.

    17

    13.4 Pirlise rpida

    A pirlise rpida tem um tempo de residncia da biomassa bem menor e pode

    ser realizada em diversos tipos de reatores. Os principais so: reator de leito fluidizado

    (borbulhante e circulante), reator de prato rotativo, reator de cone rotativo, reator de

    vrtice e reator de pirlise a vcuo. O mais utilizado deles para a pirlise de materiais

    lignocelulsicos o de leito fluidizado borbulhante.

    Os reatores de leito fluidizado so semelhantes aos usados na gaseificao da

    biomassa, apenas operando sobre condies diferentes.

  • 183

    Os trs reatores seguintes, de prato rotativo, de cone rotativo e de vrtice, so

    usados na chamada pirlise ablativa. Nessa modalidade, so prensados na superfcie

    quente do reator, onde se aquece at a formao de um filme lquido. Esse filme

    removido por atrito, para que apaream novas camadas de lquido.

    No reator de prato rotativo, a prensagem feita por um prato rotatrio aquecido,

    conforme a Figura 13.6.

    Figura 13.6: Esquema de funcionamento de um reator de prato rotatrio (adaptado).

    18

    O reator do tipo cone rotativo (Figura 13.7) uma tcnica recente comparada s

    demais. Ela consiste em um cone aquecido, em forma de funil, onde a biomassa

    pulverizada introduzida a partir do fundo. O movimento giratrio compele as

    partculas a descreverem um movimento ascendente, enquanto trocam calor com o cone.

    Esse calor causa a pirlise. No usado nenhum tipo de gs ou lquido inerte para o

    carreamento da biomassa, o que reduz custos.19

    Figura 13.7: Esquema de funcionamento do cone rotativo.

    19

    Outra forma de pressionar as partculas contra o reator aquecido a que ocorre

    no reator de vrtice (Figura 13.8). Ele consiste em um tubo giratrio, alimentado com

    nitrognio em altas velocidades (400 m/s), que atua como carreador da biomassa. O bio-

    leo formado nas paredes rapidamente evapora e coletado no topo. As partculas que

    no so convertidas podem entrar novamente no ciclo. O nmero estimado de ciclos

    para a total converso de 15. um nmero grande, mas, em contrapartida,

    rendimentos de 80 % em massa de bio-leo j foram reportados.20

    Figura 13.8: Esquema de um reator de pirlise de vrtice.

    20

  • 184

    No reator de pirlise a vcuo (Figura 13.9), a biomassa alimentada em um

    reator de vrios ncleos e desce por ao da gravidade e de raspadores. A temperatura

    no ncleo do topo de 200C e aumenta conforme a biomassa desce at os 400C. A

    bomba de vcuo usada para manter a presso do sistema em 1 kPa. Essa bomba torna

    o reator muito difcil de ter sua escala ampliada.20

    Figura 13.9: Esquema de um reator de pirlise a vcuo.

    18

    Outro tipo de reator o reator de arraste ou de tubo. Como o nome diz, esse

    reator tem formato tubular. No fundo, ar e propano so introduzidos e queimados. Os

    gases quentes resultantes da combusto fluem para o alto, carregando a biomassa

    introduzida e fornecendo a ela a energia necessria para a pirlise. Seu grande consumo

    de nitrognio como gs carreador sua principal desvantagem,20

    conforme indica a

    Figura 13.10.

    Figura 13.10: Esquema de funcionamento de um reator de pirlise de arraste.

    20

    O ltimo tipo de reator, o do tipo parafuso, apresentado na Figura 13.11. Nesse

    reator, a biomassa misturada areia quente em um parafuso, que ir permitir o contato

    entre as duas e a transferncia do calor da areia. Os vapores so coletados no fim do

    parafuso, assim como a mistura de areia e carvo. So adequados para pequena escala e

    requerem um sistema para o aquecimento da areia.

    Figura 13.11: Esquema de reator do tipo parafuso.

  • 185

    Cada um desses reatores est em um nvel de desenvolvimento tecnolgico.

    Nenhum deles comercialmente vivel, ainda. A Tabela 13.2 resume a situao de

    vrios reatores.

    Tabela 13.2: Situao tecnolgica dos reatores de pirlise mais comuns no mercado.

    Reator Situao Bio-leo

    m%

    Comple-

    xidade

    Tamanho

    do alimen-

    tador

    Necessidade

    de gases

    inertes

    Tamanho

    especfico

    Aumento

    de escala

    Leito

    fluidizado

    Demons-

    trao

    75 Mdio Pequeno Alta Mdio Fcil

    CFB Piloto 75 Alta Mdio Alta Grande Fcil

    Arraste Nenhum 65 Alta Pequeno Alta Grande Fcil

    Cone

    rotativo

    Piloto 65 Alta Muito

    Pequeno

    Baixa Pequeno Difcil

    Prato

    Ablativo

    Labora-

    trio

    75 Alta Grande Baixa Pequeno Difcil

    Parafuso Labora-

    trio

    65 Baixa Pequeno Baixa Mdio Fcil

    Vcuo Demons-

    trao

    60 Alta Grande Baixa Grande Difcil

    Quanto mais escura a clula, menos desejvel

    o processo.

    Laboratrio: 1 20 kg h-1 Piloto: 20 200 kg h-1 Demo: 200 2000 kg h-1

    OBS: CFB = Circulating Fluid Bed reactor.

    13.5 Impactos ambientais e riscos

    O impacto ambiental mais importante da produo de carvo vegetal o

    desmatamento para a obteno da matria-prima. As pssimas condies de trabalho

    para a produo de carvo vegetal marcaram a opinio pblica com uma viso negativa

    deste.

    A produo de carvo vegetal libera vapores ricos em metano, etano, metanol,

    dixido de carbono, monxido de carbono, cido actico, alcatres e leos pesados.

    Esses produtos costumavam ser condensados e vendidos para indstrias qumicas, mas

    esse processo se tornou invivel depois do incio da era do petrleo. Na maior parte das

    carvoarias de pequeno porte, os gases so simplesmente liberados para a atmosfera.21

    A pirlise, como qualquer tecnologia de decomposio trmica, libera gases,

    material particulado e resduos slidos que, se no forem manejados adequadamente,

    podem causar poluio. As altas temperaturas levam formao de xidos nitrosos e de

    cido clordrico e vaporizao de metais txicos, como cdmio e mercrio,

    especialmente quando se fala em pirlise de resduos slidos urbanos.

    Por outro lado, a pirlise de resduos slidos urbanos oferece uma alternativa

    para a reciclagem destes, alm de diminuir a emisso de metano dos resduos no

    aproveitados.22

    13.6 Pesquisa e perspectivas futuras

    Muitos obstculos ainda dificultam a implantao da pirlise em larga escala. O

    Grupo de Pesquisa em Bioenergia da Universidade de Aston elenca vrios deles23

    . Os

    mais importantes so: as matrias-primas no esto disponveis em um preo vivel; o

    aumento de escala das plantas de pirlise ainda no foi realizado; h pouca

    disponibilidade de bio-leo para os ensaios e pesquisas; a nfase contnua na inovao e

    novos processos desvia a ateno do desenvolvimento dos j existentes; h uma viso

  • 186

    de que a pirlise e a gaseificao so concorrentes, quando, na verdade so

    complementares.

    Esses so os desafios que a pesquisa em pirlise deve enfrentar. Se as

    dificuldades forem contornadas, ela se tornar um meio eficaz de manejar o lixo, alm

    de uma fonte para matrias-primas que, atualmente, so obtidas apenas a partir do

    petrleo.

    13.7 Referncias

    1 PRICE, D. Energy and Human Evolution. Disponvel em: . Acesso em 29 de set. 2011.

    2 ARQUITETURA UFSC. O uso da madeira no decorrer da histria . Disponvel em: . Acesso em: 10 de out. 2011.

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    6 DUBOC, E., ET AL. Panorama Atual da Produo de Carvo Vegetal no Brasil e no Cerrado. Disponvel em: . Acesso em: 13 de out. 2011.

    7 EMPRESA DE PESQUISA ENERGTICA. Balano Energtico Nacional 2009. Disponvel em: . Acesso em: 17 de out. 2011.

    8 DATA COGEN. Tipos de Combustvel. Disponvel em: . Acesso em 10 de out. 2011.

    9 OLIVEIRA, J. G. Perspectivas para a cogerao com bagao de cana-de-acar: potencial do mercado de carbono para o setor sucro-alcooleiro paulista. Disponvel em:

    . Acesso em 02 de out. 2011.

    10 FOREST PRODUCTS LABORATORY. Chapter 3Charcoal. Disponvel em: . Acesso em: 13 de out. 2011.

    11 EUROPEAN PARLIAMENT. Notice to Members. Disponvel em: . Acesso em

    14 de out. 2011.

    12 SOMALIA WATCH. Focus on Charcoal Trade. Disponvel em: . Acesso em: 16 de out. 2011.

    13 FPAN. Chapter 6. Disponvel em: . Acesso em: 18 de out. 2011.

  • 187

    14 BRITO , J. O., BARRICHELO, L. E. G. Consideraes Sobre A Produo De Carvo Vegetal Com Madeiras Da Amaznia. Disponvel em: . Acesso

    em 17 de out. 2011.

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    16 ASCON MMA. Siderrgicas multadas por uso ilegal de carvo vegetal. Disponvel em: .

    Acesso em 16 de out. 2011.

    17 BRITO, J. O. Princpios De Produo E Utilizao de Carvo Vegetal de Madeira. Disponvel em: . Acesso em 18 de out. 2011.

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    20 FAO. The research progress of biomass pyrolysis processes. Disponvel em: . Acesso em: 19 de out. 2011.

    21 SAWYER, G. Small woodland owners and charcoal. Disponvel em: . Acesso em: 25

    de out. 2011.

    22 WASTE BALKAN NETWORK. Pyrolysis. Disponvel em: . Acesso em: 28 de

    out. 2011.

    23 A V BRIDGWATER. The future for biomass pyrolysis and gasification: status, opportunities and policies for Europe. Disponvel em:

    . Acesso em 30 de out.

    2011.

  • 188

    14 HIDROGNIO E SUAS TECNOLOGIAS

    O hidrognio, como substncia, um gs incolor, inodoro e inflamvel, presente

    em grande quantidade no sol e em traos, no ambiente. formado por dois tomos do

    elemento qumico hidrognio (H2) ligados covalentemente e a substncia qumica de

    menor massa molecular encontrada na Natureza.

    As pesquisas com o hidrognio comearam relativamente cedo, no sculo XVII.

    Seu nome foi dado por Lavoisier, pelo fato de o gs produzir gua, quando queimado

    (do grego, hydro = gua, gnos = gerar). Tambm foram conduzidos estudos sobre a

    energia eltrica produzida por uma pilha movida a hidrognio e oxignio. Pilhas em que

    o hidrognio e o ar atmosfrico so continuamente introduzidos, para que produzam

    energia constantemente so chamadas clulas combustveis, e essa a aplicao do

    hidrognio para produo de energia mais promissora.

    A primeira clula combustvel foi produzida no sculo XVIII por Willian R.

    Grove1, mas foi s durante a corrida espacial, na dcada de 1960, que uma clula

    combustvel construda pela GE foi usada comercialmente pela primeira vez.2 Com o

    abandono do programa espacial, ela foi relegada a segundo plano por seu alto custo,

    mas voltou a despertar interesse aps a crise do petrleo, como vrias outras formas de

    energia.

    Uma vez que o hidrognio uma molcula muito pequena, leve e pouco densa,

    difcil ret-lo. Ele existe em pouca quantidade na Terra, o que quer dizer que, para ser

    usado como fonte energtica, o hidrognio precisa ser produzido a partir de uma fonte

    primria.

    Essa produo pode ser feita por reforma de hidrocarbonetos, por eletrlise ou

    termlise. A reforma um processo em que os hidrocarbonetos substncias orgnicas constitudas de tomos de carbono e de hidrognio sofrem uma transformao qumica e, como consequncia, liberam gs hidrognio. A eletrlise consiste em aplicar uma

    corrente eltrica gua (H2O), o que possibilita a ocorrncia da separao desta nos

    gases oxignio e hidrognio. Essa reao no espontnea, o que quer dizer que

    consome grandes quantidades de energia, bem mais do que o hidrognio produzido

    poder oferecer, gerando um balano energtico negativo para o processo. A termlise

    tambm realiza essa decomposio da gua, mas com o uso de calor a gua se decompe a partir de 2500C. Algumas outras formas de produo de hidrognio

    incluem a gaseificao de biomassa e o processo fotoqumico, dentre outras.

    Embora a produo de hidrognio tenha um balano negativo, a alta eficincia

    das clulas combustveis faz com que ele ainda leve vantagem em relao a fontes

    fsseis. Alm disso, o resduo da utilizao do hidrognio a gua, o que torna as

    clulas combustveis ambientalmente muito atraentes.

    Atualmente, o hidrognio produzido consumido em uma srie de aplicaes.

    Entre elas, a produo de metanol e amnia e a dessulfurizao do petrleo.3 Como

    combustvel, o hidrognio usado apenas em transportes espaciais. Os maiores

    consumidores do gs so os pases industrializados, que geralmente produzem o

    hidrognio in situ. Em 2009, apenas cerca de 13% do hidrognio produzido foi

    comercializado.

    Nas Figuras 14.1-14.3, so apresentadas algumas estatsticas mundiais sobre o

    hidrognio.

  • 189

    Figura 14.1: Consumo mundial de hidrognio por regio em 2009.

    4

    Figura 14.2: Produo mundial de hidrognio em trilhes de ps cbicos ao longo de cinco anos (dados

    de 2009).5

    Figura 14.3: Maiores refinarias de petrleo em produo de hidrognio (dados de 2009).

    5

    A maior parte do hidrognio produzida da reforma de combustveis fsseis. A

    Tabela 14.1 mostra o percentual de participao das vrias origens do hidrognio.

  • 190

    Tabela 14.1: Origens do hidrognio produzido ao redor do mundo (dados de 2004).6

    Origem Quantidade em bilhes de

    Nm3/ano

    Percentual

    Gs natural 240 48

    Petrleo 150 30

    Carvo 90 18

    Eletrlise 20 4

    TOTAL 500 100

    Esse hidrognio vendido comprimido em cilindros de capacidades variadas,

    para pequenas quantidades. Para as grandes, ele pode ser comprimido em um grande

    trailer tubular ou liquefeito e transportado em um caminho apropriado.6

    No caso do uso de carros movidos a hidrognio, ser necessria uma grande

    infraestrutura de postos de abastecimento. Essa parte da atratividade da reforma

    interna, isto , feita dentro do prprio veculo, de combustveis fsseis, que faria com

    que fosse aproveitada a infraestrutura de abastecimento j existente.

    O Brasil conta com apenas uma estao fornecedora de hidrognio, de acordo

    com a base de dados do governo dos EUA, o Laboratrio do Hidrognio da Unicamp,

    embora os dados mais recentes que eles possuem sejam de 2006. Juntamente com uma

    estao de demonstrao em Pico Truncado, na Argentina, essas so as nicas da

    Amrica do Sul.5 Devido ao grande destaque que o pas tem em termos de produo de

    etanol, a reforma desse combustvel pesquisada como possvel fonte de hidrognio

    renovvel.

    14.1 Mercado

    A chamada economia do hidrognio se refere a um sistema de comercializao de energia, baseado no hidrognio, que substituiria a economia dos combustveis

    fsseis. O mundo ainda se encontra na fase de pesquisa e desenvolvimento dessa

    economia.

    No que tange s clulas a combustvel propriamente ditas, h diversos

    fornecedores, especialmente nos Estados Unidos. Quanto ao hidrognio, o pouco

    hidrognio produzido que comercializado j tem utilizaes em vrios setores

    industriais, como a indstria qumica. O preo atual do hidrognio est entre

    US$2,10/gge a US$9,10/gge. A unidade gge significa galo equivalente de gasolina, que quer dizer que, para um veculo viajar 100 milhas, um motorista usando hidrognio

    pagaria por ele o mesmo que pagaria por gasolina se o preo dela estivesse entre U$2,10

    e US$9,10. Espera-se que a pesquisa, no futuro, diminua o preo do hidrognio faixa

    de US$1,75/gge a US$4,25/gge.6 Apenas a ttulo de comparao, o preo mdio atual da

    gasolina nos EUA de US$2,70/gal.

    A Figura 14.4 mostra o mercado existente de clulas a combustvel nos EUA.

    Ela mostra as companhias que fabricam a clula, os que as integram ao veculo e as que

    manufaturam o veculo. A Toyota o nico caso em que uma empresa domina todos os

    setores.

  • 191

    Figura 14.4: Mercado norte-americano de clulas a combustvel.

    7

    Um ponto importante a se considerar a competio que as clulas a

    combustvel podem causar no mercado da platina. Ela usada na fabricao de

    catalisadores de veculos, em joalheria, e nos setores eltrico, qumico, de vidros e de

    petrleo. A demanda de platina vem crescendo a cada dia, e o uso dela em clulas a

    combustvel pode causar uma presso nesse mercado. Os maiores produtores de platina

    so a frica do Sul e a Rssia, seguidos pela Amrica do Norte e o Zimbbue8

    conforme apresenta a Figura 14.5. De maneira geral, a demanda e a oferta da platina

    andam bem prximas, mas, ultimamente, tem se observado um aumento na oferta

    (Figura 14.6).

    Figura 14.5: Demanda mundial de platina por aplicao, de 1976 a 2001.

    9

    Figura 14.6: Comparao entre o crescimento da oferta e da demanda de platina, de 1976 a 2001.

    9

  • 192

    Armazenar o hidrognio produzido um desafio parte. As duas formas

    principais de armazenamento de hidrognio so a qumica e a fsica. Na armazenagem

    qumica, o gs reage com uma substncia para formar um composto que, ao ser

    aquecido, ir decompor-se e liberar novamente o hidrognio. No armazenamento fsico,

    nenhuma reao qumica estar envolvida.

    As formas tradicionais de estocagem de hidrognio so a compresso, a

    liquefao e o hidrognio em lama. Na compresso, o gs mantido em tanques sob presses de 350 bar (5000 psi) ou 700 bar (10000 psi). A desvantagem da compresso

    est na baixa compressibilidade do hidrognio. Isso , so necessrias presses muito

    grandes para se obterem redues de volume apreciveis. So gastos 2,1% do contedo

    de energia de uma massa de hidrognio para realizar sua compresso e, depois, sua

    expanso.10

    A liquefao consiste em resfriar o hidrognio at seu ponto de ebulio (-

    252,882C) e coloc-lo em tanques adequados para armazenagem criognica. As perdas

    de energia para realizar todo o processo so muito grandes. A vantagem da liquefao

    vem da maior densidade de energia por volume do hidrognio lquido, o que significa

    tanques de armazenagem menores.

    A estocagem por hidrognio em lama semelhante por lquido. A diferena que a presso e a temperatura so ajustadas para que a substncia atinja seu ponto

    triplo, isto , a temperatura em que podem existir ao mesmo tempo as fases slida,

    lquida e gasosa do hidrognio. A vantagem da lama est em sua maior densidade (at 16% maior que a do hidrognio lquido) e maior capacidade calorfica.

    11

    A Figura 14.7 mostra uma comparao do volume em litros dos tanques de

    vrios combustveis, permitindo ver que os tanques de hidrognio so muito maiores

    que os de combustveis fsseis. No caso do hidrognio lquido, o tanque no muito

    maior que o de gs natural, mas precisa ser muito mais robusto e mais isolado.

    Figura 14.7: Volume de tanques por combustvel. Os clculos foram feitos para 5 kg de hidrognio

    equivalente, para a gasolina e o gs natural.10

    Ainda sendo pesquisadas, h a armazenagem qumica e uma srie de formas de

    armazenagem fsica.

    Os compostos qumicos capazes de absorver hidrognio mais conhecidos so os

    hidretos metlicos. Eles podem ser lquidos ou slidos e possuem uma boa densidade de

    energia por volume. Porm, ou necessitam de temperaturas muito altas para liberar o

    hidrognio absorvido, ou precisam de grandes presses para se manterem estveis com

    o hidrognio a mais. Um exemplo de hidreto muito estudado o borohidreto de sdio,

    usado pela Millenium Cell, que libera H2 segundo a seguinte reao:

    NaBH4 + 2H2O NaBO2 + 4H2

  • 193

    Outra substncia cogitada para a armazenagem qumica de hidrognio a

    amnia. Ela libera hidrognio de forma mais favorvel que hidretos e hidrocarbonetos,

    mas tem o problema de ser muito voltil e txica a seres humanos e a clulas a

    combustvel do tipo PEM. Uma tentativa de diminuir os problemas de armazenagem da

    amnia a utilizao de complexos de aminas, que liberam amnia em temperaturas

    relativamente baixas.-12

    Boranos de amnia (ou borazanos), como o NH3BH3, tambm tm sido

    estudados como materiais propcios. O processo ocorre em duas etapas, a primeira a

    menos de 120C e a segunda, a aproximadamente 160C.13

    NH3BH3 NH2BH2 +H2 NHBH + H2

    Uma segunda forma de armazenagem qumica de hidrognio a

    hidrogenao/desidrogenao de compostos orgnicos. Um dos exemplos mais comuns

    a reao decalina-naftaleno, que ocorre a 210C.

    C10H18 C10H8 + 5H2

    As vantagens desse tipo de sistema no precisar de gua, e se basear em

    lquidos, bem mais fceis de transportar que os slidos. A maior desvantagem est no

    uso de catalisadores de platina ou metais nobres, que tm alto custo.

    Para a armazenagem fsica, aproveitado o fenmeno de adsoro. Materiais

    porosos capazes de fixar temporariamente o hidrognio so estudados ou desenvolvidos,

    como nanotubos de carbono, esferas ocas de vidro, capilares de vidros e muitos outros.

    14.2 Consideraes tcnicas sobre produo de energia usando hidrognio

    O princpio de funcionamento de uma clula a combustvel o mesmo de uma

    pilha. A nica diferena reside no fato de que as clulas so constantemente alimentadas

    com o hidrognio e o ar atmosfrico.

    O hidrognio (H2) introduzido na clula e entra em contato com um eletrodo,

    geralmente de platina. Ele perde eltrons para o eletrodo e se dissocia em dois prtons

    (H+). Surge, ento, um fluxo de eltrons pelo eletrodo, que passa por um fio, gera

    energia eltrica para a clula e desponta no outro eletrodo. Molculas de oxignio (O2)

    recebem eltrons, dissociam-se e, em combinao com os prtons disponveis no meio,

    do origem a molculas de gua. O eletrlito funciona permitindo um fluxo de prtons

    para o eletrodo do oxignio, para manter um equilbrio de cargas da clula. A Figura

    14.8 apresenta o esquema de funcionamento deste equipamento.

    Figura 14.8: Esquema de funcionamento de uma clula a combustvel. O eletrodo onde o hidrognio

    alimentado chamado anodo, o outro o catodo.

  • 194

    Atualmente encontram-se em desenvolvimento, no mundo, diversos tipo de clulas a

    combustvel, em diferentes nveis tecnolgicos de evoluo. Todas elas funcionam a

    partir do mesmo princpio, mas com algumas variaes que buscam maior eficincia e

    menor gasto para a produo de energia. Por exemplo, os ons transportados pelo

    eletrlito podem variar. A seguir, os principais tipos.

    Clulas Alcalinas (AFC - Alkaline Fuel Cell): utilizam como eletrlito hidrxido de potssio em meio aquoso com concentraes de 30-85%, tm rendimento de 70%,

    trabalham na faixa de temperatura de 65-260C (baixa-alta temperatura). Essas

    clulas esto sendo produzidas na faixa de potncia 100 W 11,5 kW e somente para

    aplicaes especiais, principalmente espaciais, devido aos altos custos envolvidos.

    Como grande desvantagem, pode-se citar a alta sensibilidade presena de CO, que

    envenena os stios e desativa o funcionamento da clula.

    Clulas de cido Fosfrico (PAFC - Phosphoric Acid Fuel Cell): utilizam como eletrlito o cido fosfrico, tm rendimento de 40%, trabalham em temperatura de

    205C. A International Fuel Cell produziu clulas com potncia de 200 kW e

    comercializou vrias unidades no mundo. No Brasil, a COPEL, por meio do

    LACTEC, adquiriu trs clulas PAFC ao preo unitrio de US$900.000,00

    (US$4.500/kW). Contudo, atualmente, elas no se encontram em funcionamento

    contnuo fornecendo potncia. Apenas a unidade localizada no campus da UFPR

    encontra-se em funcionamento demonstrativo. Segundo alguns especialistas, essas

    clulas, apesar de disponveis comercialmente, no devem avanar muito mais no

    mercado, pois tecnologicamente no h muito espao para sua evoluo e a

    consequente reduo de custos. Cabe ressaltar que so equipamentos de operao e

    manuteno bastante complexas. Atualmente, as empresas Hydrogen e UTC Power

    so as que provavelmente comercializaro esse tipo de clula.

    Clulas Polmeros Slidos (PEM - Proton Exchange Membrane): utilizam como eletrlito uma membrana polimrica, tm rendimento de 34-36% e trabalham em

    temperatura da ordem de 40-80C. Essas clulas vm tendo grande ateno dos

    centros de pesquisas principalmente para aplicaes na indstria automobilstica.

    Elas vm sendo desenvolvidas tambm para equipamentos portteis e para aplicaes

    estacionrias no suprimento de pequenas cargas. Essas clulas para aplicaes

    veiculares j esto disponveis na forma de prottipos. Observando os lanamentos

    de prottipos das montadoras de veculos, pode-se perceber que todas elas possuem

    algum veculo que utilize clulas a combustvel. Em 2008, a Honda lanou o FCX

    Clarity. Esse veculo o primeiro a ser disponibilizado no mercado (na forma de

    lease: USD 600/ms durante trs anos) usando a tecnologia de clulas a combustvel

    e est restrito apenas a uma regio do Canad que possui infraestrutura para

    abastecimento de hidrognio. So muitas as empresas que divulgam que esto

    comercializando clulas desse tipo, contudo existem muitas dificuldades de se obter

    informaes. Em contatos realizados em 2008, as empresas ou ainda encontram-se

    no estgio de testes de prottipos ou em fase de desenvolvimento, no vendendo o

    produto. As poucas que se manifestaram positivamente quanto a vender o produto

    indicaram forte resistncia em faz-lo. Vale lembrar tambm que, em caso de

    aquisio desses equipamentos, sendo o fornecedor internacional, pode haver

    problemas com aspectos de assistncia tcnica e manuteno.

    Clulas de Carbonato Fundido (MCFC - Molten Carbonate Fuel Cell): utilizam como eletrlito o carbonato de sdio, tm rendimento da ordem de 47-50% e

    trabalham em temperatura de 650C. Clulas de 250kW foram comercializadas em

  • 195

    fase inicial pela MTU (Alemanha) ao preo de US$2,2 milhes (US$8.800/kW) em

    2002. Essas clulas permitem processo de cogerao.

    Clulas a xido slido (SOFC - Solid Oxide Fuel Cell): utilizam como eletrlito compostos cermicos de clcio ou zircnio, apresentam rendimentos da ordem de 45-

    60%, trabalham em temperatura da ordem de 600-1000C. Clulas de 250kW esto

    previstas para iniciar comercializao em 2009, pela SIEMENS. Acredita-se que

    essas clulas de SOFC sero a principal tecnologia para atender o mercado de

    energia estacionria, em face das possibilidades de reduo de custos, rendimento,

    cogerao e maior resistncia a desativao de stios, devido contaminao pelos

    combustveis.

    Clulas a combustvel zinco-ar (ZAFC- Zinc-Air Fuel Cell): O ZAFC uma clula a combustvel que usa xido metlico com fsica relativamente simples. Ela

    usa uma combinao de oxignio atmosfrico e zinco na forma de pellets, em um

    lquido alcalino como eletrlito, para gerar produtos como eletricidade, xido de

    zinco e zincatos de potssio. Em operao, a clula combustvel consome todo o

    zinco. Como vantagens em relao s clulas do tipo PEM, podem-se citar: uma

    grande reduo de custo, ser um processo mais seguro que o hidrognio e permitir a

    operao contnua. Faixa de potncia: 600W 15 kW.

    Clulas a combustvel de cido slido (SAFC Solid Acid Fuel Cell): possui planos para introduo no mercado e comercializao at 2012. So clulas de cido

    slido, do tipo CsHSO4 e trabalham na faixa de temperatura de 100-300C. Toleram

    entre 1-2% de CO.

    Clula a combustvel microbiana (MFC Microbial Fuel Cell): Clulas que utilizam micro-organismos vivos, que oxidam o substrato ao redor e atuam como

    fontes de eltrons e prtons, em vez de hidrognio. O substrato pode ser de

    carboidratos (glicose, amido), cidos graxos volteis, aminocidos, protenas e

    compostos inorgnicos, como sulfetos.14

    MFCs podem perder eficincia caso o

    oxignio contamine o compartimento das bactrias, pois o processo de respirao faz

    com que elas deixem de trocar eltrons com o eletrodo de platina.

    14.3 Impactos e riscos

    No tocante ao hidrognio, o nico risco que o gs representa para a sade

    humana o de asfixiante simples, isso , em uma atmosfera saturada de H2, ele pode

    impedir que o oxignio chegue aos pulmes da pessoa. Esse risco, entretanto,

    pequeno, uma vez que a molcula de H2 muito leve e se dispersa facilmente.

    Um possvel impacto ambiental que vazamentos de hidrognio poderiam causar

    a diminuio da temperatura da estratosfera, o que impactaria na camada de oznio.

    Porm, no h certeza sobre o tamanho de tal impacto, uma vez que os mecanismos de

    absoro do hidrognio pelo solo ainda so pouco conhecidos, e as quantidades de

    hidrognio envolvidas em sua futura utilizao so desconhecidas.15

    Cada forma de produo e armazenamento de hidrognio tem seus prprios

    impactos ambientais. Uma anlise de emisses de CO2 foi feita de uma planta de

    energia que usa uma clula a combustvel alimentada com hidrognio produzido a partir

    de gs natural. O resultado est na figura abaixo, mostrando quantos g de CO2 so

    necessrios para produzir 1 kg de hidrognio, conforme indica a Figura 14.9.

  • 196

    Figura 14.9: Emisses de gases-estufa da produo de hidrognio a partir de gs natural.

    16

    14.4 Pesquisa e perspectiva futura

    A economia do hidrognio est em sua fase de pesquisa e desenvolvimento. A

    tecnologia ainda precisa se mostrar vivel para a utilizao em larga escala, e, at agora,

    h muitos gargalos a vencer em todas as frentes da tecnologia. No Brasil, muito

    grande o nmero de grupos de pesquisa, das mais diversas reas, pesquisando sobre

    hidrognio e clulas a combustvel. Alguns grupos pesquisam polmeros condutores

    para serem utilizados na PEM; outros pesquisam a produo de hidrognio, e muitas

    outras linhas.

    14.5 Consideraes finais

    A economia do hidrognio, isto , a economia que tem o hidrognio como

    principal combustvel em lugar do petrleo, ainda est em seu estgio inicial. Vrias

    questes ainda precisam ser respondidas a respeito da produo e do armazenamento do

    hidrognio e do funcionamento das clulas a combustvel.

    Mesmo com as dificuldades surgidas, o uso do hidrognio continua a ser uma

    tecnologia tentadora, por vrios motivos: sua matria-prima pode ser gua, ele pode ser

    transportado em tanques para gerar eletricidade in situ, e o resduo de sua combusto

    gua. Em um mundo cada vez mais preocupado com a renovabilidade dos recursos e

    com os resduos gerados, essas vantagens de um combustvel de veculos no podem ser

    levianamente deixadas de lado.

    A economia do hidrognio pode no ter uma data fixa para chegar, mas as

    clulas a combustvel como fontes altamente confiveis de energia, eventualmente

    encontraro seu nicho no mix energtico do futuro.

    14.6 Referncias

    1 WIKIPEDIA. William Robert Grove. Disponvel em: . Acesso em 15 de nov. 2011.

    2 U. S. CENTENNIAL OF FLIGHT COMISSION. Project Gemini. Disponvel em: . Acesso em: 10 de nov. 2011.

  • 197

    3 CALIFORNIA FUEL CELL PARTNERSHIP. Hydrogen: more than fuel. Disponvel em: . Acesso em: 01 de nov. 2011.

    4 IHS CHEMICAL. Hydrogen. Disponvel em: . Acesso em: 25 de nov. 2011.

    5 CRUZ, F. E. Produo de hidrognio em refinarias de petrleo. Disponvel em: . Acesso em: 23 de nov. 2011.

    6 FUEL CELL & HYDROGEN ENERGY ASSOCIATION. Hydrogen Production. Disponvel em: . Acesso em: 13 de anov. 2011.

    7 THE HYDROGEN COMPANY. Hydrogen System. Disponvel em: . Acesso em: 12 de nov. 2011.

    8 WIKIPEDIA. Lista de Pase por produo de Platina. Disponvel em: .

    Acesso em: 17 de nov. 2011.

    9 RICCIARDI, O. P. Platina. Disponvel em: . Acesso em:

    22 de nov. 2011.

    10 INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. Hydrogen. Disponvel em: . Acesso em: 16 de nov. 2011.

    11 WIKIPEDIA. Hydrogen Storage. Disponvel em: . Acesso em: 12 de nov. 2011.

    12 RCS ADVANCING CHEMICAL SCIENCES. Hydrogen gets onboard. Disponvel em: . Acesso em 10 de nov. 2011.

    13 U. S. DEPARTMENTO OF ENERGY. Chemical Hydrogen Storage. Disponvel em: . Acesso em: 03 de nov. 2011.

    14 MICROBIAL FUEL CELLS. Anode process: microbial oxidation of substrate. Disponvel em: . Acesso em: 17 de nov. 2011.

    15 PHYSICSWORLD.COM. Fuel cells: environmental friend or foe?. Disponvel em: . Acesso em: 19 de nov. 2011.

    16 OERTEL,D., FREISHER, T. Fuel Cells:Impact and consequences of Fuel Cells technology on sustainable development. Disponvel em: . Acesso em: 26 de nov. 2011.

  • 198

    15 GERAO DISTRIBUDA

    A Gerao Distribuda (GD) de eletricidade definida como a produo de

    energia eltrica realizada junto ou prxima ao consumidor. O sistema de GD

    conhecido, tambm, como descentralizado, por ser uma soluo alternativa produo

    centralizada de energia. A nova tendncia aparece com novos tipos de centrais eltricas,

    contrapondo-se s centrais convencionais e desenvolvendo um objetivo que tem maior

    enfoque na atual e futura situao das reservas energticas de combustveis, bem como

    na preocupao relativa poluio ambiental. Esse tipo de sistema engloba geradores

    movidos a combustveis fsseis, biomassa, turbinas de combusto, sistemas de

    concentrao solar e fotovoltaica, clulas a combustvel, microturbinas, conjuntos

    motores geradores, pequenas centrais hidreltricas (PCH) e turbinas elicas. O conceito

    envolve, ainda, equipamentos de medida, controle e comando, responsveis por articular

    a operao de geradores e realizar um eventual controle de cargas.

    Pode-se trabalhar com Gerao Distribuda seguindo-se duas vertentes: como

    Reserva de Energia ou como Fonte de Energia. A primeira funciona com um parque

    descentralizado que tem o objetivo de suprir excessos de demanda (demanda de ponta),

    cobrir apages e melhorar parmetros qualitativos do fornecimento em regies

    atendidas deficientemente quanto a tenses ou frequncias. J a segunda vertente

    funciona atendendo cargas que lhe so conectadas, seja para autoconsumo industrial ou

    predial, podendo ter ou no excedente de produo exportvel, para suprir necessidades

    locais de distribuio de eletricidade.

    No Brasil, a Gerao Distribuda foi definida de forma oficial pelo decreto

    nmero 5.163 de 30 de julho de 2004, da seguinte forma:

    Art. 14. Para os fins deste Decreto, considera-se gerao distribuda a produo de energia eltrica proveniente de empreendimentos de agentes

    concessionrios, permissionrios ou autorizados, incluindo aqueles tratados

    pelo art. 8 da Lei n 9.074, de 1995, conectados diretamente no sistema

    eltrico de distribuio do comprador, exceto aquela proveniente de

    empreendimento:

    I - hidreltrico com capacidade instalada superior a 30 MW; e

    II - termeltrico, inclusive de co-gerao, com eficincia energtica inferior a

    setenta e cinco por cento, conforme regulao da ANEEL, a ser estabelecida

    at dezembro de 2004.

    Pargrafo nico. Os empreendimentos termeltricos que utilizem biomassa ou resduos de processo como combustvel no estaro limitados ao

    percentual de eficincia energtica prevista no inciso II do caput.

    O PRODIST (Procedimentos de Distribuio) define gerao distribuda como

    produo de energia eltrica, de qualquer potncia, conectada diretamente ao sistema

    eltrico de distribuio ou mediante instalaes de consumidores, podendo operar em

    paralelo ou de forma isolada e despachadas ou no pelo ONS 1. O panorama da gerao centralizada foi perturbado com as grandes crises do

    petrleo, que introduziram, por exemplo, a importncia da vertente de coproduo de

    energia. A partir da dcada de 1990, a reforma no setor eltrico brasileiro permitiu a

    competio no setor energtico, o que possibilitou a concorrncia e o estmulo a todos

    os potenciais eltricos com custos competitivos. O fim do monoplio da produo de

    energia eltrica, na dcada de 1980, resultou no desenvolvimento de tecnologias que

    foram importantes para reduo de custos no mercado. A Figura 15.1 mostra o

    comportamento dos custos e do tamanho de usinas termeltricas ao longo do tempo; fica

    evidente a queda dos custos com o aumento do tamanho dos empreendimentos, no

  • 199

    entanto, a tendncia para a reduo do porte das centrais no interfere nesse

    comportamento.

    Figura 15.1: Tamanho timo das usinas termeltricas, custo/MW, 1930-1990.

    2

    Atualmente a procura constante por servios e tecnologias mais eficientes, com

    reduzidos impactos ambientais, seja na gerao, transmisso ou distribuio de energia

    eltrica, associada aos necessrios investimentos para o aumento da capacidade

    instalada no setor eltrico brasileiro, tem colocado a gerao distribuda como

    alternativa s tradicionais solues seja para instalao local ou para integrao

    regional. Algumas tecnologias de gerao distribuda, como a fotovoltaica e as clulas a

    combustvel, ainda apresentam altos custos, porm estudos e incentivos em projetos de

    P&D so de grande valia para garantir maior eficincia e segurana, possibilitando a

    introduo dos novos sistemas no mercado de energia o quanto antes.

    15.1 Tecnologias de Gerao Distribuda

    As tecnologias de gerao descentralizada podem ser classificadas em trs

    categorias: tecnologias de fontes renovveis, tecnologias de alta eficincia e cogerao e

    tecnologia de aproveitamento em rejeitos industriais (Industrial energy recycling and

    On-site Power). 3

    Na primeira categoria, esto os painis fotovoltaicos, centrais elicas de gerao,

    pequenas e microcentrais hidreltricas, energia geotrmica, gerao trmica a partir da

    biomassa, incluindo motores de combusto interna, turbinas a vapor, turbinas a gs e

    microturbinas.

    O grupo de alta eficincia e cogerao inclui tecnologias que utilizam

    combustvel fssil e biocombustveis (gs, liquido ou slido) e incluem: turbinas a gs,

    turbinas a vapor, clulas a combustvel, motores Stirling e microturbinas.

    A ltima categoria tem como objetivo aproveitar o grande potencial de fluxos de

    resduos industriais para a produo de energia limpa sem adio de combustvel e sem

    adio de emisses.

    A seguir, ser apresentado um breve descritivo de algumas tecnologias de GD

    ainda no citados nos captulos anteriores.

  • 200

    15.1.1 Pequenas centrais Hidreltricas (PCH)

    As Pequenas Centrais Hidreltricas so aproveitamentos hidreltricos realizados

    em rios de pequeno e mdio porte, dotados de desnveis suficientes durante seu trajeto

    para movimentar as turbinas de um hidrogerador. As PCHs so classificadas por todo o

    empreendimento hidreltrico com potncia entre 1MW e 30 MW de potncia, com rea

    total de reservatrio igual ou inferior a 3,0 km. 4

    As instalaes a fio dgua so as mais comuns nesse tipo de instalao. Essa possibilidade no permite a regularizao do fluxo dgua; assim, no perodo de seca, as usinas ficam ociosas, e nos perodos de muita chuva, quando as vazes so maiores, a

    gua vertida, uma vez que h impossibilidade de aproveitamento desse potencial pela

    capacidade de engolimento das mquinas.

    15.1.2 Microturbinas

    As microturbinas so equipamentos de referncia GD pela sua simplicidade de

    operao. Trata-se de pequenas turbinas de combusto na faixa de 20 a 250kW, que

    geralmente podem ser aplicadas em hospitais, cogerao, sistemas de emergncia

    (arranque rpido), sistemas isolados e para a produo em horas de ponta para

    regularizao tarifria. O funcionamento do dispositivo pode se dar por meio de vrios

    combustveis, dentre eles: gasolina, gs natural, gs propano liquefeito (GPL), biogs,

    gs de poos de petrleo, diesel e querosene.

    As principais vantagens do equipamento so: a ausncia de lquidos refrigerantes

    e lubrificantes, a pouca manuteno exigida, altos rendimentos quando operam em

    sistemas de cogerao, a possibilidade de poder operar em paralelo com a rede ou

    isoladamente, os vrios mdulos operarem em paralelo entre si e com a rede sem a

    necessidade de sincronismo, tempos de arranque rpido, nveis de emisses muito

    baixos e o controle totalmente automatizado.

    O sistema composto por uma turbina de combusto que inclui um compressor,

    um recuperador, um combustor e um gerador, conforme indica a Figura 15.2. As partes

    rotativas esto montadas em um eixo simples, suportado por rolamentos de ar com altas

    velocidades de rotao. O gerador de m permanente resfriado por um fluxo de ar

    para a parte interna do equipamento. A sada do gerador tem tenso e frequncia

    variveis em corrente alternada. Por possuir inversores, as microturbinas geram energia

    com uma grande qualidade de onda.

    Figura 15.2: Modelo esquemtico de uma microturbina.

    5

    As microturbinas operam da seguinte forma: o ar aspirado e forado para

    dentro da turbina a alta velocidade (microturbinas operam com velocidades de rotao

  • 201

    entre 50000rpm e 70000rpm) e presso; o ar misturado ao combustvel e queimado na

    cmara de combusto onde o processo de queima controlado para se obter a mxima

    eficincia e baixos nveis de emisso; os gases produzidos na combusto sofrem

    expanso nas palhetas da turbina que est realizando trabalho; os gases no aproveitados

    so emitidos na atmosfera.

    O equipamento possui um controlador digital de potncia que controla a

    operao da microturbina e todos os subsistemas. O controlador digital desempenha as

    funes de converso de potncia, convertendo a tenso em frequncia varivel do

    gerador em tenso CC e ento para corrente em frequncia constante ou tenso CC

    varivel. Durante a partida, o controlador opera como um inversor de frequncia e

    motoriza o gerador at que a potncia esteja disponvel a partir da microturbina. O

    controlador opera novamente como um inversor de frequncia durante o resfriamento

    para dissipar o calor armazenado no recuperador e na estrutura, a fim de proteger os

    vrios componentes da microturbina.

    Outro componente importante da tecnologia o sistema integral de controle de

    entrada de combustvel. O sistema padro projetado para combustveis baseados em

    hidrocarbonetos gasosos pressurizados. Outros modelos esto disponveis para

    combustveis gasosos de baixa presso, combustveis gasosos com baixo poder

    calorfico, com componentes corrosivos e combustveis lquidos.

    As microturbinas podem operar conectadas rede ou isoladas. Quando

    conectada rede ligada em paralelo e fornece energia eltrica para cargas tambm

    conectadas. A energia eltrica gerada por ela somente fornecida a essas cargas quando

    a rede da concessionria est presente. Durante as interrupes do fornecimento pela

    concessionria no ponto onde a microturbina esteja conectada, esta detecta a interrupo

    e imediatamente se desconecta da rede. Quando h o retorno do fornecimento, a

    microturbina pode reiniciar automaticamente e fornecer energia para as cargas

    conectadas. No modo conectado rede, a microturbina somente uma fonte de

    corrente. Assim, tanto a frequncia quanto a tenso da rede so as referncias para a

    operao deste equipamento.

    Operando no modo isolado da rede, cargas podem ser supridas diretamente, e a

    microturbina uma fonte de tenso e corrente. Um sistema com baterias fornece energia

    para partida e o gerenciamento de demanda transitria.

    O elemento-chave do equipamento o recuperador, que utilizado para

    preaquecer o ar na entrada da turbina, aumentando a sua temperatura de operao,

    obtendo assim um aumento da eficincia global do sistema. O calor transmitido dos

    gases de exausto para o ar de admisso.

    15.1.3 Motores Stirling

    Trata-se de motores de combusto externa e de ciclo fechado, muito conhecidos

    por sua simplicidade de funcionamento. O equipamento constitudo por duas cmaras

    em temperaturas diferentes que aquecem e resfriam um gs de forma alternada,

    provocando expanses e contraes cclicas; assim dois mbolos ligados a um eixo em

    comum so movimentados nesse processo. O simples fato de haver diferena

    significativa de temperatura entre as cmaras implica a produo de trabalho, sendo que

    quanto maior for essa diferena, maior a eficincia do ciclo. Existem trs tipos de

    configuraes bsicas no que se diz respeito disposio dos mbolos e cilindros em

    relao ao eixo, podendo ser: configurao alfa (cilindros em V), beta (com mbolos

    coaxiais em um cilindro comum) e gama (com cilindros em linha), conforme ilustra a

    Figura 15.3.

  • 202

    Figura 15.3: Tipos de configuraes no motor (alfa-1, beta-2 e gama-3).

    6

    Geralmente instalado um recuperador entre as cmaras quentes e frias a fim de

    armazenar o calor para a fase seguinte do aquecimento, diminuindo as perdas trmicas e

    contribuindo para a eficincia termodinmica do motor. O fluido de trabalho utilizado

    nos modelos mais simples o prprio ar, porm motores de alta potncia e rendimento

    fazem uso de hlio, hidrognio ou nitrognio pressurizado, por serem gases com

    condutividade mais elevada e menor viscosidade, o que significa um transporte de calor

    mais rpido e uma resistncia ao escoamento reduzida, implicando menores perdas por

    atrito.

    A combusto no motor Stirling contnua, permitindo uma queima mais

    completa e eficiente do combustvel; assim o dispositivo pode ser considerado pouco

    poluente quando comparado a motores de ciclo Diesel e Otto. Essa continuidade implica

    um motor silencioso e com baixas vibraes. A possibilidade de utilizao de vrios

    tipos de combustveis (gs natural, leo combustvel, biomassa, diesel, gasolina, lcool,

    solar, entre outros) um grande atrativo para o seu desenvolvimento como fonte

    alternativa de energia.

    As dificuldades na partida e na variao da velocidade de rotao em um curto

    espao de tempo representam problemas no emprego desses motores em carros e

    caminhes, por exemplo. O sistema de vedao representa outra problemtica, pois

    ainda passa por aprimoramentos, principalmente nos casos em que se empregam gases

    inertes e leves que devem ser armazenados a alta presso. O pouco uso da tecnologia

    ainda acarreta altos preos de aquisio e manuteno.

    Motores Stirling tm alta eficincia quando comparados a outros. Isso se explica

    pelo ciclo Stirling ser muito prximo do ciclo de Carnot, que estabelece o limite

    mximo terico das mquinas trmicas. O ciclo composto por quatro fasese

    executado em dois tempos no pisto. Dentre as fases (Figura 15.4) esto: compresso

    isotrmica (1-2), transferncia de calor ao fluido de trabalho a volume constante (2-3),

    expanso isotrmica (3-4), resfriamento a volume constante (4-1).

    Figura 15.4 Diagrama P x V do ciclo Stirling.

  • 203

    15.2 Tecnologias de armazenamento de energia eltrica

    Faz-se necessrio o estudo de tecnologias de armazenamento de energia quando

    h fontes que no garantem uma produo contnua, como as das geraes solares e

    elicas.

    Apesar de o sistema de gerao descentralizada utilizar a rede como sistema de

    apoio para excedentes e demandas de carga, deve-se sempre procurar certa autonomia,

    principalmente quando se atende uma regio isolada de pequenos produtores.

    Dentre as tecnologias de armazenagem em GD, podem ser citadas as baterias

    qumicas, os supercapacitores e os volantes de inrcia. As duas ltimas ainda esto em

    processo de estudo e desenvolvimento para a aplicao em sistemas de GD.

    A Figura 15.5 exibe as diversas tecnologias de armazenamento e suas

    caractersticas, podendo-se atentar para o detalhe que os supercapacitores e os volantes

    de inrcia (Flywheels) dispem de alta energia, porm tempos e descargas baixos.

    Figura 15.5: Caractersticas das tecnologias de armazenamento.

    7

    15.2.1 Baterias qumicas

    A bateria um dispositivo que armazena energia qumica e a disponibiliza na

    forma de energia eltrica. As baterias so compostas por clulas, podendo ser

    galvnicas, combustveis ou de fluxo. Dentre os principais tipos esto as de hidreto

    metlico de nquel, a de hidreto de nquel cdmio, as de on ltio e as de chumbo-cido.

    O rendimento dessas baterias varia de 70 a 85%. Sua capacidade dada em Ah (Ampr-

    hora), e quanto maior a quantidade de eletrlito e maior o eletrodo da bateria maior a

    capacidade desta. Baterias caracterizam-se por disponibilizar tenso contnua pela

    origem qumica da energia.

    15.2.2 Supercapacitores

    Um mtodo bastante eficiente de se armazenar energia eltrica por meio de

    capacitores, mas estes permitem o armazenamento de pouca energia em um perodo

  • 204

    curto de tempo. Porm, nos ltimos anos, os mtodos de construo desses dispositivos

    esto sendo aperfeioados, recorrendo-se a novos materiais, princpios e geometria. Da

    o surgimento dos supercapacitores que possuem maior capacitncia, densidade de

    energia e potncia. Esses equipamentos possuem taxas de descarga muito altas, mas

    tempos relativamente baixos, alm de apresentarem um alto rendimento de ciclo (cerca

    de 95%). Os supercapacitores so feitos a partir de nanotubos de carbono e polmero, ou

    aerogels (material de alta porosidade).

    15.2.3 Volantes de inrcia

    As baterias eletromecnicas so dispositivos que armazenam energia sob a

    forma cintica numa massa inercial que roda a grande velocidade; essa massa

    conhecida como volante de inrcia. Equipamentos como estes tm capacidade de debitar

    elevadas potncias instantneas, possuem grande robustez carga e descarga, porm

    baixos tempos de descarga. Seu tempo de vida til alto, no sendo necessrias muitas

    manutenes. Ao armazenar energia eltrica que no ser consumida localmente, em

    um volante, o sistema fica preparado para uma sbita carga e pode assim responder a

    esta sem a necessidade de ir buscar energia na rede de eletricidade.

    15.3 Impactos da Gerao Distribuda no Sistema Eltrico

    A gerao centralizada faz com que os sistemas de distribuio sejam

    desenvolvidos para captar potncia das subestaes e dividi-la entre consumidores; com

    isso, o fluxo de potncia proveniente dos mais altos nveis de tenso para os mais

    baixos, fazendo com que a rede tenha fluxo em sentido unidirecional, sendo um

    elemento passivo. Com a introduo dos geradores no sistema de distribuio, verifica-

    se uma mudana no sentido do fluxo, principalmente em uma situao de gerao maior

    que a carga; portanto a rede de distribuio passa a ser um elemento ativo, podendo

    funcionar em qualquer sentido durante o dia. Essa mudana no fluxo de potncia nos

    sistemas de distribuio acarreta srias consequncias tcnicas e econmicas no

    planejamento desses sistemas.

    No Brasil, h um grande esforo por parte das empresas de energia,

    principalmente no ramo de distribuio, para se conhecer a fundo as tecnologias de GD

    tanto do ponto de vista de operao e gerao como tambm de proteo, com o

    objetivo de planejar o sistema de forma tal a conciliar a insero da gerao

    descentralizada.

    Um grande problema se d quando empreendimentos de grande gerao so

    conectados em redes fracas, sendo necessrio reforar essas redes, responsabilidade das

    distribuidoras de cada regio. Outro agravante quanto ao despacho das tecnologias,

    feito de forma descentralizada, o que pode acarretar problemas operativos.

    Os principais fatores relativos ao impacto na rede a serem observados pelas

    empresas de distribuio so os nveis de curto-circuito e proteo, a estabilidade do

    sistema, a capacidade disponvel, as perdas eltricas e os perfis de tenso em regime

    permanente.

    O fluxo reverso de potncia passvel de extrema importncia por partes dos

    rgos de regulamentao e as empresas de distribuio, e pode ser considerada a

    temtica de maior importncia quanto a impactos de ligao descentralizada na rede,

    uma vez que, ao surgir um fluxo em outra direo e sentido, os sistemas de proteo

    devem ser estrategicamente distribudos, principalmente na presena de

    transformadores, para fornecer segurana a equipes de manuteno. Os sistemas de GD

    devem adotar estratgias de controle e proteo, sensveis o suficiente para se

  • 205

    desconectar da rede sempre que houver problemas, ou transitrios, evitando, por

    exemplo, um fenmeno de ilhamento com o gerador, onde a alimentao passa a ser

    introduzida no sistema remanescente com a potncia que estava programada.

    O balano de energia na malha permite perceber que a inverso do fluxo ocorre,

    principalmente, em situaes nas quais a gerao maior que a carga. A variao do

    fluxo no sistema fator diretamente vinculado s perdas que compem a rede, portanto

    a alterao da distribuio do fluxo gera variaes nas perdas, sendo estas dependentes

    da localizao do gerador, da relao entre o nvel de gerao e a carga e da topologia

    da rede na qual a tecnologia est inserida. O aumento dos nveis de curto circuito

    tambm detectado pela presena do gerador no sistema de distribuio e ao fluxo

    reverso proveniente dele.

    A regulao de tenso nos diversos geradores um fator crucial para a insero

    de tecnologias rede, levando em considerao o compromisso das empresas de

    garantirem nveis de tenso predeterminadas, no caso do Brasil, pela resoluo

    normativa da ANEEL n. 505. A insero da GD nos sistemas de distribuio altera os

    perfis de tenso na rede devido mudana dos fluxos ativos e reativos nos sistemas, a

    situao crtica detectada quando se verifica gerao mxima nos perodos de cargas

    mnimas, podendo ocorrer transgresso do limite mximo de tenso estabelecido.

    Com a introduo de GD a capacidade de gerao da rede pode ser elevada,

    possibilitando a entrada de novos consumidores, podendo permitir o aumento de carga

    dos clientes j existentes ou postergar investimentos na ampliao dessa rede com o

    objetivo de atender crescimento de demanda futura.

    As tecnologias de GD, geralmente, fazem uso de mquinas sncronas,

    equipamentos bastante difundidos pela fcil e verstil operao, uma vez que operam

    sob fator de potncia constante e permite controle de reativo, sendo assim passveis de

    conexo rede de distribuio.

    Os impactos da conexo de GD nos sistemas eltricos so diversos, podendo ser

    positivo ou negativo, contudo, existe uma troca de benefcios entre a gerao

    descentralizada e a centralizada, onde cada uma pode dar suporte outra. Enquanto a

    gerao em grande escala, por suas condies tcnicas especficas, pode cobrir

    desligamentos emergenciais ou programados dos geradores distribudos, esses tm

    condies de prestar ao sistema servios da mesma natureza.

    15.4 Principais aplicaes e desafios para a GD

    A Gerao Distribuda de energia eltrica pode ser uma soluo prtica para

    qualquer aplicao onde energia trmica e eletricidade so necessrias. As tecnologias

    de GD esto sendo aplicadas em todo o mundo em reas que contm ou no rede

    eltrica j disponvel. Diferentes aplicaes de GD so comuns tanto em pases

    emergentes como em pases desenvolvidos. A GD pode ser implantada em situaes de

    complemento para lugares que j tenham disponibilidade de gerao central, no entanto

    existem diversas aplicaes independentes como:

    Uso residencial;

    Construes no geral, como em universidades, hotis, supermercados, bancos etc.

    Sistemas de aquecimento e refrigerao comercial e residencial;

    Indstria pesada, como: siderrgicas e segmentos da indstria petroqumica; A aplicabilidade da Gerao Distribuda para determinada ocasio exige uma

    anlise sistmica e tcnica para a compreenso clara das prioridades em questo. Em

    algumas situaes, a aplicao da GD mais comum, por fatores econmicos, tcnicos

  • 206

    ou at de segurana. Os sistemas de gerao distribuda utilizados atualmente usam

    tecnologias avanadas, que tm a importante funo de atender as necessidades do

    consumidor de forma econmica e segura. Em alguns casos, podem dar origem a uma

    economia ou qualidade de energia superior do que a comprada nas entidades

    responsveis pela comercializao de energia.

    A gerao descentralizada ganha grande enfoque quando h a presena de

    consumidores que necessitam de altas qualidades de fornecimento de energia eltrica.

    Tanto relacionada ausncia de interrupes, quanto qualidade de onda disponvel no

    sistema, onde os parmetros caractersticos devem estar muito prximos dos valores

    nominais que o definem (frequncia, tenses e formas de onda).

    Zonas rurais e isoladas muitas vezes podem propiciar esse tipo de instalao;

    isso se explica pelos considerveis encargos fixos de transmisso e distribuio e pelo

    alto investimento inicial em sistemas de rede proveniente da gerao centralizada de

    eletricidade. Entre as aplicaes prticas de GD no meio rural se destacam:

    Bombeamento de gua;

    Eletrificao rural;

    Artesanato;

    Segmento txtil;

    Usinas de acar e lcool;

    Silvicultura; As dificuldades para a difuso da Gerao Distribuda de energia eltrica esto

    relacionadas, principalmente, separao das funes de distribuio e comercializao

    de eletricidade e ao aumento do nmero de entidades envolvidas, sendo necessria uma

    regulamentao complexa e eficiente para o sistema como um todo. O planejamento e a

    operao do sistema eltrico ficariam mais complexos, no que se diz respeito a

    parmetros administrativos, comerciais e contratuais. Problemas em relao a medidas

    de segurana, inspeo e manuteno dos sistemas tambm podem ser citados como

    agravantes imediatos para uma intensificao da GD. Do ponto de vista de custos,

    destacam-se os altos preos inerentes s tecnologias de GD como uma atual dificuldade

    para implantao. Essa problemtica tende a ser amenizada com o desenvolvimento das

    tecnologias e com os incentivos governamentais a esse tipo de operao. Outro fator que

    afeta o desenvolvimento da GD a tendncia do aumento dos preos mdios de

    fornecimento a partir da gerao centralizada.

    15.5 Situao mundial

    A gerao distribuda segue a tendncia mundial do aumento de eficincia

    energtica, porm cada pas tem um diferente enfoque no setor, muitas vezes por

    questes de prioridade, mas tambm por falta de investimentos em pesquisa de

    desenvolvimento tecnolgico. A Figura 15.6 apresenta um grfico que demonstra o

    percentual da GD em relao gerao total de energia em cada regio no mundo.

    Observa-se que a mdia mundial est prxima a 10 %. Nas Amricas, Canad, Chile,

    Mxico, Uruguai, Estados Unidos, Brasil e Argentina se destacam no setor de gerao

    descentralizada. Os EUA e o Canad apresentam grande destaque no que se diz respeito

    a desenvolvimento tecnolgico em GD.

  • 207

    Figura 15.6: Grfico do percentual de GD em relao gerao total em cada regio no mundo.

    8

    15.6 Situao no Brasil

    O Brasil tem uma das maiores infraestruturas de gerao centralizada do mundo,

    principalmente devido participao de hidreltricas de grande porte na matriz

    nacional. Porm, a constante procura por servios e tecnologias mais eficientes, com

    reduzidos impactos ambientais, seja no processo de gerao, transmisso ou distribuio

    de energia eltrica, associada aos necessrios investimentos para o aumento da

    capacidade instalada no setor eltrico brasileiro, tem colocado a gerao distribuda

    como alternativa s tradicionais solues seja para instalao local ou para integrao

    regional.

    Em 2004, a GD tinha uma participao na capacidade de gerao de 3,9%,

    subindo para 4,4 % em 20059. Atualmente, esto em operao 806 unidades de sistemas

    de cogerao no pas, representando um montante de 7766,5 MW (cerca de 4% da

    capacidade nacional, somente para unidades de cogerao). Esses dados reforam o

    aumento da participao da gerao descentralizada no pas, principalmente relacionada

    ao crescimento de empreendimentos de cogerao. O crescimento da GD esteve

    prejudicado nos ltimos anos devido queda das tarifas de energia eltrica ocorrida no

    processo de reviso tarifria das distribuidoras e tambm pela instabilidade de

    disponibilidade de gs natural. Porm o cenrio deve mudar com a volta das altas tarifas

    e pela expectativa da estabilizao da oferta de gs natural.

    Muitos so os fatores que influenciam a Gerao Distribuda no pas, porm vale

    ressaltar que no se trata do principal enfoque, uma vez que a gerao centralizada

    ainda representa prioridade; um exemplo a implantao da hidreltrica de Belo Monte.

    As polticas e regulamentaes para uso de GD precisam de revises, o pas ainda no

    autossuficiente em gs natural, apesar da estabilidade momentnea, e os preos dos

    combustveis podem representar um gargalo, j que seguem os preos internacionais.

  • 208

    15.7 Potenciais de recursos para GD em Minas Gerais

    Minas Gerais apresenta boas perspectivas para uso de tecnologias de gerao

    descentralizada. O estado muito atuante no setor siderrgico, havendo assim a

    possibilidade de as usinas usufruir dos gases de alto forno para autoconsumo ou

    produo independente, aliviando a demanda nos horrios de pico e potencialmente

    atuando em paralelo com o sistema. Ainda no campo de cogerao, o estado de Minas

    Gerais possui um potencial considervel para produo de eletricidade a partir do

    bagao de cana, podendo este ser um participante mais considervel em cenrios

    futuros. A Figura 15.7 ilustra o potencial para esse tipo de gerao.

    Figura 15.7: Potencial de produo de energia no setor sucroalcooleiro no Sudeste.

    10

    Outra grande vertente em Minas o potencial hidrulico, que constitui a

    principal fonte da matriz mineira com aproximadamente 93% da capacidade de gerao,

    tendo presena de 43 usinas hidreltricas, 94 pequenas centrais hidreltricas e 71

    centrais geradoras hidreltricas. As CGHs e PCHs tm elevada representatividade no

    estado, considerando o panorama nacional, da surge uma das principais perspectivas

    para o desenvolvimento da GD na regio.

    A anlise de recursos para o estado de Minas Gerais permite afirmar que a

    Gerao Distribuda de energia j uma realidade na regio, principalmente pela grande

    importncia no setor siderrgico, sendo possvel a aplicao de cogerao, e tambm

    pelos recursos hdricos, contando com uma significativa presena de pequenas centrais

    hidreltricas. A perspectiva para Minas boa, tendo em vista, em um panorama futuro,

    os recursos elico e solar.

    15.8 Cogerao e trigerao

    A gerao distribuda de energia eltrica um caminho que visa eficincia para

    a produo de eletricidade, devido reduo da distncia entre gerao e consumo.

    Nesse mesmo contexto, caminha a tecnologia de cogerao, que se relaciona ao

    aproveitamento de calor no processo de gerao, uma vez que, em um aproveitamento

    termeltrico, a maior parte de energia proveniente do combustvel usado para seu

    acionamento transformada em calor e perdida para o ambiente.

    Os sistemas de cogerao so aqueles em que se faz, simultaneamente, e de

    forma sequenciada, a produo de energia eltrica ou mecnica e energia trmica,

  • 209

    podendo ser aproveitada para calor de processo ou para frio (trigerao), a partir da

    queima de um combustvel como os derivados de petrleo, o gs natural, o carvo ou a

    biomassa. O calor rejeitado proveniente de transformaes industriais nos de diversos

    ciclos pode ser aproveitado de vrias formas, desde aproveitamentos para processos

    urbanos, que no necessitam de temperaturas elevadas de operao, aproveitamentos da

    prpria indstria que utiliza processos tambm de baixas faixas de temperatura, at

    processos que fornecem calor em altas taxas e temperaturas que podem ser aproveitados

    em ciclos de potncia como no caso de altos fornos. A cogerao, ao produzir trabalho e

    calor teis, reduz as perdas de energia e permite abastecer demandas distintas com um

    consumo de combustvel quase na mesma quantidade quando utilizado em uma

    demanda separadamente. Os sistemas de cogerao sofreram um processo de evoluo

    recentemente quanto s motivaes bsicas de utilizao, aos equipamentos de gerao

    predominantes, aos combustveis empregados e relao com a concessionria. Essa

    evoluo se deve a fatores tecnolgicos e aos cenrios do setor energtico da poca, e

    pode ser analisado na Tabela 15.1.

    Tabela 15.1: Evoluo da cogerao.

    11

    Cogerao Tradicional Cogerao Moderna

    Motivao bsica Autossuficincia Venda de excedente

    Equipamentos de gerao Turbinas a vapor Turbinas a gs e ciclos combinados

    Combustveis empregados Residuais Todos

    Relao com a concessionria Operao independente Operao interligada

    O conceito de trigerao surge a partir da possibilidade da utilizao do calor

    aproveitado no processo de cogerao para a produo de frio. Os equipamentos que

    possibilitam este aproveitamento so os chillers, mquinas que tm funo de arrefecer

    gua ou outros lquidos em diferentes tipos de aplicaes, por meio de um ciclo

    termodinmico (Figura 15.8).

    Figura 15.8: Princpio bsico de uma mquina de refrigerao por absoro de efeito simples.

    12

  • 210

    15.9 Impactos Ambientais

    As tecnologias que compem o sistema de Gerao Distribuda no podem ser

    classificadas de uma forma geral quanto questo ambiental, pois, de um modo

    genrico, no so todas as possibilidades de GD que possuem status de ambientalmente

    corretas em um contexto, principalmente, do efeito estufa. Todavia, a partir da mesma

    temtica e do aspecto mais debatido na atualidade, o aquecimento global, o conjunto das

    tecnologias leva a emisses significativamente menores do que as baseadas no carvo e

    no petrleo, devido diversificao de fontes primrias e tecnologias.

    O conceito de gerao descentralizada, no entanto, no pode ser associado a

    aspectos ambientais, uma vez que a anlise de impactos se torna muito complexa e

    envolve diversos fatores, dependendo do recurso a ser utilizado; portanto os impactos ao

    meio ambiente devem ser analisados e avaliados em cada aplicao. Porm os impactos

    ambientais so classificados em cada situao para uma viso mais abrangente, quanto a

    emisses, alagamento, desmatamento e poluio sonora e ou visual, como mostra a

    Figura 15.9. A GD, como um conceito novo de eficientizao energtica e nova

    distribuio de fontes geradores na matriz, traz o contexto de reduzidos impactos

    ambientais na bagagem, visando a fontes renovveis e alternativas de energia, por

    exemplo, a biomassa, as clulas a hidrognio, a energia solar, os aproveitamentos

    hdricos de pequeno porte e a energia elica.

    Figura 15.9: Classificao de GD quanto ao impacto ambiental.

    13

    15.10 Legislao e marcos regulatrios brasileiros14

    Numa anlise do histrico da produo de energia eltrica no Brasil, percebe-se

    que, at a dcada de 1960, a autoproduo de eletricidade era praticamente proibida.

    Nas dcadas de 1970, 1980 e 1990, houve um crescimento de gerao no interligada,

    destinada autoproduo, proveniente do aperfeioamento da legislao.

    Da legislao em vigor podem-se destacar algumas leis, decretos e resolues

    que afetam de alguma forma o desenvolvimento da GD no Brasil.

  • 211

    A regulamentao da Lei n 9.074 se deu em 10 de setembro de 1996, quando

    foi publicado o Decreto n 2.003 (PLANALTO, 2005), que regulamenta a produo de

    energia eltrica por produtor independente e por autoprodutor. O produtor independente

    recebe autorizao ou concesso para produzir para o mercado, enquanto o autoprodutor

    recebe autorizao para produzir energia eltrica destinada a seu uso exclusivo. Est

    determinado no artigo 13 do Decreto n 2.003, de 1996, que o produtor independente e o

    autoprodutor, para garantirem a utilizao e a comercializao da energia produzida,

    tero assegurado o livre acesso aos sistemas de transmisso e de distribuio de

    concessionrios e permissionrios de servio pblico de energia eltrica, mediante o

    ressarcimento de custo de transporte envolvido. Como incentivo gerao distribuda,

    particularmente s PCHs, o Decreto institui que o aproveitamento de potencial hidrulico de potncia superior a 1.000 KW e igual ou inferior a 10.000 KW, por

    autoprodutor, ou o aproveitamento de potencial hidrulico ou inferior a 1.000 KW sero

    autorizados a ttulo no oneroso.

    A Lei n 9.648, de 27 de maio de 1998 (PLANALTO, 2005), instituiu incentivos

    gerao eltrica de pequenas centrais hidreltricas PCHs. Estabeleceu que o potencial hidrulico de potncia superior a 1 MW e igual ou inferior a 30 MW,

    destinado produo independente ou autoproduo, pode ser autorizado pela

    ANEEL, sem carter oneroso e ainda concedeu percentual de reduo no inferior a

    50% a ser aplicado aos valores das tarifas de uso dos sistemas eltricos de transmisso e

    distribuio. Alm disso, permitiu a comercializao de energia eltrica com

    consumidores cuja carga seja maior ou igual a 500 kW.

    Em 18 de Maio de 1999, a ANEEL publica a Resoluo n 112 (ANEEL, 2005),

    que estabelece os requisitos necessrios obteno de Registro ou Autorizao para

    implantao, ampliao ou repotenciao de centrais geradoras termeltricas, elicas e

    de outras fontes alternativas de energia. A Resoluo determina que a implantao,

    ampliao ou repotenciao de centrais geradoras termoeltricas, elicas e de outras

    fontes alternativas de energia, com potncia igual ou inferior a 5.000 kW, dever ser

    somente registrada na ANEEL, mas para potncia superior a 5.000 kW, a implantao,

    ampliao ou repotenciao dever ser autorizada pela ANEEL.

    A Lei n 10.438, de 26 de Abril de 2002 (PLANALTO, 2005), que dispe sobre

    a expanso de oferta de energia eltrica emergencial, recomposio tarifria

    extraordinria e universalizao do Servio Pblico de Energia Eltrica, criou o

    Programa de Incentivo s Fontes Alternativas de Energia Eltrica PROINFA e a Conta de Desenvolvimento Energtico CDE, alm de fornecer as diretrizes para a universalizao do servio pblico de energia eltrica.

    A Lei n 10.848, de 2004, considerada o novo marco regulatrio do setor

    eltrico, foi a Lei que introduziu a gerao distribuda oficialmente no pas. A seguir, o

    Decreto n 5.163, de 2004, veio regulamentar essa matria. O Decreto n 5.163 definiu

    gerao distribuda como gerao hidreltrica de potncia igual ou inferior a 30 MW

    (PCHs); gerao termeltrica, e at mesmo a cogerao qualificada, com eficincia energtica igual ou superior a 75%, e a gerao a partir de biomassa ou resduos de

    processo, independente de sua eficincia energtica. Outras fontes, reconhecidamente

    como de gerao distribuda, como as elicas e solares, no foram contempladas pela

    Lei.

    Em 2010, a Aneel abriu a audincia pblica N 015/2010, cujo objetivo

    indicado abaixo, que trata da Nota Tcnica n 0043/2010SRD/ANEEL de 08/09/2010, cujos resultados podero afetar a conduo de empreendimento em GD no pas:

  • 212

    Apresentar os principais instrumentos regulatrios utilizados no Brasil e em

    outros pases para incentivar a gerao distribuda de pequeno porte, a partir

    de fontes renovveis de energia, conectada na rede de distribuio, e receber

    contribuies dos agentes interessados e sociedade em geral sobre as

    questes que o regulador deve enfrentar para reduzir as barreiras existentes.

    15.11 Principais custos

    O principal desafio para a gerao distribuda como opo gerao centralizada

    est relacionado aos custos de implantao, tal como os custos de operao e

    manuteno, que interferem nos custos finais da energia gerada. O desenvolvimento

    tecnolgico das tecnologias acarreta gradativamente a reduo dos custos, porm

    algumas opes j se mostram competitivas, dependendo da disponibilidade e custo da

    fonte em determinado local.

    Uma srie de estudos foi realizada pela IEA (International Energy Agency)

    juntamente com a NEA (Nuclear Energy Agency) com o objetivo de projetar custos de

    produo de eletricidade provenientes de diversas fontes; a anlise contou com seletos

    grupos de especialistas de dezenove pases. Com o intuito de se observar a variao de

    custos por tecnologia de produo de energia eltrica, a partir da pesquisa realizada pela

    IEA, tem-se o grfico representativo da Figura 15.10, que considera os custos mdios

    avaliados nas diversas plantas admitidas no estudo, para cada fonte geradora.

    Figura 15.10: Grfico de custo mdio da energia gerada por tecnologia.

    15

    15.12 Referncias

    1 ANEEL. Procedimentos de Distribuio de Energia Eltrica no Sistema Eltrico Nacional PRODIST. Disponvel em: . Acesso em: 10 de jan.

    2012.

    2 BAYLESS, C. E. Micropower. Disponvel em: . Acesso em 10 de jan. 2012.

    3 WORLD ALLIANCE FOR DECENTRALIZED ENERGY. DE Technology. Disponvel em: . Acesso em: 10 de dez. 2011.

    4 ANEEL. PCHs. Disponvel em: . Acesso em: 11 de nov. 2011.

    050

    100150200250300350400450500550600650700

    Cu

    sto

    m

    dio

    (U

    SD/M

    Wh

    )

    Taxa dedescontode 5 %

    Taxa dedescontode 10%

  • 213

    5 BORBELY, A.M., KREIDER, J.F., Distributed Generation: the power paradigm for the new millennium, Ed. CRC, 2001.

    6 WIKIPEDIA. Motor Stirling. Disponvel em: . Acesso em: 13 de dez. 2011.

    7 FACULDADE DE CINCIAS E TECNOLOGIA DA UNIVERSIDADE DE COIMBRA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELETROTCNICA E DE COMPUTADORES. Gerao

    Distribuda De Energia Eltrica. Disponvel em:

    . Acesso em 02 de jan. 2012.

    8 WORLD ALLIANCE FOR DECENTRALIZED ENERGY. World Survey of Descentralized Energy 2006. Disponvel em: . Acesso em: 17 de jan.

    2012.

    9 SIAMIG. Setor Sucroenergtico Aposta Em Cogerao. Disponvel em: . Acesso em 14

    de dez. 2011.

    10 COELHO, S. T. Atlas de Biomassa. Disponvel em: . Acesso em: 17 de jan. 2011.

    11 LORA, E. E. S e NASCIMENTO, M. A. R.. Gerao Termeltrica. Planejamento, Projeto e Operao. Ed. Intercincia, 2004.

    12 OLIVEIRA, N., COSTA, P. Cogerao e Trigerao. Disponvel em: . Acesso em: 15 de dez. 2010.

    13 SEVERINO, M. M., CAMARGO, I. M. T., OLIVEIRA, M.A.G. Gerao Distribuda: Discusso conceitual e Nova Definio. Disponvel em: . Acesso em: 15 de jan.

    2012.

    14 FILHO, A. S.. Anlise Regulatria das Condies de Interconexo da GD. Disponvel em: . Acesso em: 17 de jan. 2012.

    15 INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. Projected costs of Generating Electricity. Disponvel em: . Acesso em: 18 de jan. 2012.

  • 214

    16 SMART GRID

    O termo Smart grid tem sido usado h pelo menos 10 anos, principalmente por

    meio do IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) e do EPRI (Electric

    Power Research Institute), sendo um conceito basicamente associado aplicao de

    processamento digital e comunicaes para a rede eltrica. As tecnologias associadas a

    este conceito surgiram a partir de tentativas de utilizao de controle eletrnico na

    medio e monitoramento. Na dcada de 1980, contadores automticos de leitura eram

    usados para monitoramento de carga de grandes consumidores; posteriormente, na

    dcada de 1990, esses contadores evoluram para constituir uma avanada infraestrutura

    de medio, cujas medies podiam ser armazenadas, permitindo uma anlise do uso de

    eletricidade em diferentes partes do dia. Os medidores inteligentes vieram adicionar

    comunicao contnua ao sistema, permitindo o monitoramento em tempo real.

    O conceito de Smart grid bastante abrangente e no h apenas uma definio

    para essa arquitetura que envolve tecnologias e configuraes diversas. Porm alguns

    atributos so comuns a todos os conceitos e dizem respeito s principais caractersticas

    que as redes inteligentes devem conter. Os arranjos devem apresentar: confiabilidade de

    fornecimento de energia, uso timo da gerao centralizada, juntamente com a gerao

    distribuda de eletricidade, mnimo impacto ambiental na produo e distribuio de

    eletricidade, alta eficincia nos sistemas de distribuio de energia eltrica e no uso

    final, segurana de fornecimento e distribuio em casos de fenmenos naturais e

    gerais, garantia de qualidade de energia para os consumidores que exigem e

    monitoramento dos componentes do sistema eltrico para possibilitar manuteno e

    preveno eficiente. Trata-se de componentes que abrangem diversos setores do sistema

    eltrico, relacionadas otimizao dinmica de operao, manuteno e planejamento, e

    tm o propsito de tornar a infraestrutura de energia eltrica em uma rede digitalizada,

    que garanta segurana, confiabilidade, condies para o crescimento da demanda, alm

    de agilidade em respostas a colapsos no sistema. A Figura 16.1 indica a abrangncia das

    redes inteligentes.

    Figura 16.1: Setores envolvidos no mbito do conceito de Smart Grid.

    1

  • 215

    A adaptao da rede permite a auto-organizao do sistema para atender

    repentinos crescimentos da demanda, bem como curtos-circuitos e blecautes na rede

    eltrica. O tratamento de forma inteligente das fontes de energia uma vertente

    importante no novo sistema, pois permitir que os consumidores tenham, em sua planta,

    gerao renovvel e alternativa ou at mesmo carros eltricos que ajudaro no controle

    da eficincia energtica da rede.

    O investimento em redes inteligentes significa a alterao um modelo de negcio

    de aproximadamente um sculo de existncia, permitindo maior autonomia e poder ao

    consumidor. Novas fontes de energia, preocupaes com as emisses de carbono e com

    a tarifa so fatores que impulsionam as tecnologias do setor eltrico a procurar solues

    prticas que atendam as necessidades dos consumidores e produtores de energia deste

    sculo.

    16.1 Smart grid e a questo ambiental

    Existem dois mecanismos garantidos pelo sistema de Smart grid que atuam na

    reduo da emisso de CO2 independentemente da economia de energia2.

    Primeiramente a maior integrao de fontes renovveis na matriz geradora. E, tambm,

    maior desenvolvimento e integrao de veculos eltricos hbridos rede (PHEVs Plug-in hybrid electric vehicles). Ambos os mecanismos, provocam, ao mesmo tempo,

    economia energtica e reduo nas emisses, enquanto fontes renovveis,

    particularmente as intermitentes, como solares e elicas, diminuem o uso de

    combustveis fsseis e reduzem a intensidade global de carbono emitido na atmosfera.

    Os veculos eltricos evitam emisses provenientes de motores de combusto interna

    convencionais no setor de transporte, resultando em uma reduo lquida de emisses de

    CO2 por meio de emisses de escape reduzidas.

    Como parte da iniciativa de eficincia energtica proposta pelo EPRI, foram

    desenvolvidas quantificaes de primeira ordem para economia de energia e emisses

    de CO2 previstas para 2030 a partir da implantao de mecanismos de Smart Grid

    (Tabela 16.1).

    Tabela 16.1: Economia de energia e reduo de CO2 provenientes da implantao de mecanismos

    habilitados pela Smart Grid nos EUA em 2030.2

  • 216

    Em um primeiro momento, foram feitas estimativas de emisso para cinco

    aplicaes habilitadas pela instalao de redes inteligentes, sendo elas: (1)

    Comissionamento contnuo para construes comerciais; (2) Controle de distribuio de

    tenso; (3) Reforo na resposta de demanda e controle de carga; (4) Relatrios diretos

    de uso de energia; (5) Reforo em programas de medio de eficincia energtica e

    verificao de capacidades do sistema. Tambm foram realizadas estimativas para os

    dois mecanismos no associados economia de energia, j citados: (6) integrao de

    fontes renovveis na matriz geradora e (7) integrao de veculos eltricos hbridos

    rede.

    16.2 Integrao de Veculos Eltricos rede

    O sistema de Smart grid facilitar a conexo e adoo de veculos eltricos na

    rede eltrica. Em um primeiro momento, quando se pensa em veculo eltrico,

    espontneo o relacionamento com a reduo de uso de combustveis fsseis, principais

    fontes de energia para motores de combusto interna adotados nos veculos atuais. Do

    ponto de vista global, a disseminao de veculos eltricos mais que isso, uma vez que

    a eficincia do processo energtico tende a aumentar e as perdas a diminuir, j que os

    motores de combusto interna tm menor rendimento do que os motores eltricos.

    Do ponto de vista do setor de utilidades, a capacidade para recarga dos veculos

    eltricos apresenta benefcios operacionais, tais como o aumento do fator de capacidade

    do sistema e utilizao de fontes energticas que operam na base da matriz geradora.

    Contudo, o comportamento dos consumidores na recarga dos carros ter de ser

    controlado, no intuito de se evitar sobrecarga em perodos de demanda de pico, o que

    pode resultar em custos operacionais. Da a importncia do desenvolvimento dos

    mecanismos de redes inteligentes que provero coordenao e automao na

    interconexo e relao entre consumidores e companhias eltricas que podero enviar

    sinais para o momento mais propcio da conexo dos veculos rede.

    Alternativamente, existe a possibilidade do uso de veculos eltricos para

    armazenamento de energia eltrica por meio das baterias, e o aproveitamento desta em

    horrios de pico e aplicaes nas quais se faz necessria alta qualidade energtica. Essa

    possibilidade demonstra a potencialidade do uso dos carros eltricos como

    complemento da rede eltrica. Assim, com avanos paralelos em veculos inteligentes e

    Smart Grid, os carros eltricos podero fazer parte integral do sistema de distribuio,

    provendo armazenamento, fornecimento emergencial e estabilidade na rede.

    16.3 Smart Grid no mundo

    Europa e Amrica do Norte se destacam no mbito de experincias

    internacionais quanto implantao do conceito das redes inteligentes. Diversos pases

    realizam, ou j realizaram estudos e anlises relacionadas ao assunto, e o que se percebe

    que, em alguns casos de sucesso, o governo, juntamente com os rgos reguladores,

    criou formalmente um plano para implantao em massa de equipamentos e

    dispositivos, definindo prazos, metas e responsabilidades. Nos EUA, por exemplo, em

    2005, o DOE (Department of Energy) juntamente com o NETL (National Energy

    Technology Laboratory) criaram o Modern Grid Strategy, planos de estratgias que tm

    o objetivo de acelerar o desenvolvimento e a modernizao das redes americanas.

    De acordo com a IEA, o consumo europeu de eletricidade est projetado para

    crescer a uma taxa anual de 1,4% at 2030, e a parcela de energias renovveis na

  • 217

    produo global europeia de eletricidade duplicar de 13% para 26% em 2030.

    Objetivos e diretrizes foram traadas pela Unio Europeia j para o ano de 2020,

    criando condies legislativas para a promoo de projetos estruturantes de

    investimentos nas redes eltricas. Dentre os objetivos esto: a reduo de emisso de

    CO2 em 20%, a reduo de 20% no consumo total de energia primria, e a participao

    de 20% de energias renovveis na gerao global. Para o cumprimento dos objetivos,

    foram estabelecidas diretrizes como a 2006/32/CE, e a 2005/89/CE. A primeira

    relacionada eficincia energtica e faturamento baseado em consumos efetivos: com a

    reduo de 1% ao ano do consumo energtico, e reduo de consumo de 2% ao ano para

    empresas pblicas. A segunda estabelece medidas que tm por objetivo garantir a

    segurana do fornecimento de eletricidade a fim de assegurar o bom funcionamento do

    mercado interno de energia e de assegurar um nvel adequado da capacidade de

    produo, um equilbrio adequado entre oferta e demanda e um nvel apropriado de

    interligao entre os Estados-membros, tendo em vista o mercado interno. A Figura

    16.2 apresenta um panorama das iniciativas mundiais

    Figura 16.2: Iniciativas no mbito de Smart Grid em curso na Europa.

    3

    No Brasil e nos demais pases da Amrica Latina, o tema chegou tardiamente at

    porque o uso da eletricidade per capita precisa se desenvolver, comparativamente aos

    padres norte-americanos e europeus. Diante das expressivas taxas de crescimento no

    uso de eletricidade, o governo tem concentrado suas atenes mais expanso na oferta

    de energia do que na busca de eficincia energtica. Porm, o conceito de redes

    inteligentes se incorpora cada vez mais ao cotidiano do setor.

    Algumas companhias, como a Light no Rio de Janeiro, j comearam a instalar

    medidores eletrnicos em residncias, pelo menos 36000 moradores de Niteri, Itabora,

    Caxias, So Gonalo e Mag, passaram a ter o consumo de energia aferido por um novo

    medidor com chip, da empresa Ampla, controlada pelo grupo Endesa. A previso que

    at dezembro de 2010 sejam instalados mais 90 mil medidores. Por se tratarem de

    medidores precisos, h uma contabilizao mais exata do consumo de energia; com isso,

  • 218

    a Ampla divulgou que deixava de contabilizar 24% do consumo por perdas, e com a

    nova tecnologia, a perda caiu para 21%;a meta atingir a mdia nacional de 15%.

    No desenvolvimento de pesquisas em veculos eltricos, a Itaipu Binacional

    juntamente com a KWO, empresa Sua que opera hidreltricas nos Alpes suos,

    iniciaram uma parceria em 2006 no projeto Veculo Eltrico, com o objetivo de

    desenvolver pesquisas relacionadas tecnologia e de tornar os veculos mais acessveis

    economicamente, alm de robustos e competitivos no mercado. O projeto consta com

    diversos parceiros na Sua e no Brasil, tais como: Eletrobras, Fiat, Cepel, CEMIG,

    Petrobras, Iveco, Light e Euroar. O grande gargalo quanto ao desenvolvimento da

    tecnologia, principalmente no que se diz respeito integrao dos veculos ao conceito

    de Smart Grid, est no desenvolvimento de baterias adequadas; em 2010, a Finep,

    Financiadora de Estudos e Projetos, ligada ao Ministrio de Cincia e Tecnologia,

    investiu cerca R$ 30 milhes no projeto da Itaipu para a nacionalizao da bateria

    utilizada nos carros, que representava grande custo nos prottipos.

    Apesar do retorno econmico previsto com a mudana de concepo, a

    modernizao das redes eltricas ainda representa grandes investimentos iniciais.

    Porm, os principais desafios no so tecnolgicos nem mesmo econmicos os desafios representam barreiras regulatrias e desincentivos, resultantes de um ideal

    ultrapassado a respeito do assunto4. A Figura 16.3 apresenta algumas das principais

    barreiras para a implantao de projetos de redes inteligentes. Alm do problema com o

    custo, o conceito de redes inteligentes envolve dificuldades como: barreiras regulatrias,

    o antigo modelo de negcios do setor de utilidades, a falta de estratgias coordenadas

    entre os interessados, alm do impacto para o consumidor, que deve ser corretamente

    orientado quanto ao funcionamento da nova arquitetura e as mudanas inerentes ao

    sistema.

    Figura 16.3: Barreiras relacionadas implantao de projetos de Smart grid.

    5

    16.4 Referncias

    1 OFFICE OF ELETRIC DELIVERY & ENERGY RELIABILITY. Smart Grid. Disponvel em: . Acesso em: 19 de ago. 2011.

    2 ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE. Energy Savings and Carbon Emissions Reductions Enabled by a Smart Grid. Disponvel em:

    . Acesso

    em: 27 de ago. 2011.

    3 EUROPEAN COMMISSION. European Smart Grid Plataform. Disponvel em: ftp://ftp.cordis.europa.eu/pub/fp7/energy/docs/smartgrids_en.pdf . Acesso em: 15 de ago. 2011.

  • 219

    4 GELLINGS, Clark W. The Smart Grid Enabling Energy Efficiency and Demand Response. Disponvel em: . Acesso: 18 de ago. 2011.

    5 ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE. Smart Grid. Disponvel em: .

    Acesso em: 10 de ago. 2011.

    6 SMART GRID NEWS. Pacific Crest Mosaic. Disponvel em: . Acesso em: 31 de ago. 2011.

  • 220

    17 VECULO ELTRICO

    Os veculos que funcionam com motores eltricos se destacam pela maior

    eficincia, de 80% a 95%, quando comparados aos motores a combusto que tm

    eficincia entre 20% e 30%. Os motores eltricos possuem maior vida til, so bastante

    flexveis em termos de porte e formato, e se destacam pela emisso nula de poluentes

    gasosos que contribuem para a intensificao do efeito estufa.

    Apesar da grande tendncia para a produo de veculos eltricos (VE), o baixo

    custo de derivados de petrleo impulsionou a inveno, em 1911, do primeiro veculo a

    combusto interna (MCI). As razes para o sucesso dos MCI so facilmente entendidas

    quando comparadas, por exemplo, energia especfica do petrleo com o mesmo

    parmetro atribudo a baterias qumicas. Outro fator a favor dos MCI o tempo para se

    reabastecer o tanque armazenador, uma vez que as baterias exigem tempo de recarga

    muito elevado, enquanto um tanque de gasolina pode ser completado em alguns

    minutos, e as baterias demandam horas para se recarregarem. Pode-se destacar, tambm,

    como parmetro limitante para a queda de produo dos VE, o preo das baterias, aliado

    situao tecnolgica da mesma na poca e ao fato de estas terem uma vida til, em

    certo ponto de vista, curta.

    A partir de ento, solues foram estudadas para se resolver o problema das

    baterias; a primeira delas tratou da interligao de bondes e nibus a redes eltricas, e

    posteriormente foi estudada a possibilidade de veculos eltricos hbridos (VEHs), nos

    quais um MCI acoplado a um gerador utilizado conjuntamente com um ou mais

    motores eltricos. Esta alternativa foi testada no incio do sculo XX, mas os VEHs

    ganharam muito destaque nos tempos atuais.

    Apesar dos problemas relacionados ao desenvolvimento de veculos eltricos,

    com o passar dos anos, os motores eltricos nunca perderam destaque e utilidade,

    principalmente nos tempos atuais em que eficincia energtica e uso timo de energia

    tem-se destacado como uma necessidade.

    17.1 Tipos de Veculos Eltricos

    17.1.1 Veculos Eltricos a Bateria

    Esse tipo de veculo baseado em banco de baterias eltricas como fonte

    primria de energia e funo de armazenamento em forma qumica, um motor eltrico e

    um controlador (Figura 17.1).

    Figura 17.1: Conceito do Veculo Eltrico a Bateria.

    1

  • 221

    As baterias so recarregadas em tomadas da rede eltrica. O controlador tem funo de

    controlar o fornecimento de potncia ao motor e, consequentemente, a velocidade do

    veculo para frente e para trs; normalmente esse tipo de controlador conhecido como

    de dois quadrantes, porm h a possibilidade de um controlador de quatro quadrantes,

    que permite, nesse caso, frenagem regenerativa que tem a funo de recuperar a energia

    cintica para ser usada como forma conveniente de atrito de frenagem. Existe uma srie

    de veculos desse tipo disponveis no mercado, todos tm limitadas sries e

    desempenho, porm so bem aplicveis ao que so destinados. Esse tipo de veculo no

    o maior competidor para mudar a concepo atual quanto ao uso de VE.

    17.1.2 Veculos Eltricos Hbridos

    Os veculos eltricos hbridos (VEHs) possuem duas ou mais fontes de energia

    primria, e h um grande nmero de variaes possveis. Os tipos de veculos mais

    comuns combinam um motor de combusto interna com uma bateria e um motor

    eltrico.

    Existem dois arranjos tpicos de veculos hbridos: em srie e em paralelo

    (Figura 17.2). Os veculos baseados no esquema em srie funcionam com um ou mais

    motores eltricos movidos pela bateria, ou pelo gerador acoplado ao MCI, ou por

    ambos. Contudo, em todos os casos, o torque proveniente integralmente do motor

    eltrico. Os arranjos em paralelo permitem a propulso do veculo por meio do motor de

    combusto, que funciona diretamente pelo sistema de transmisso, ou por um ou mais

    motores eltricos, ou ainda pela combinao do funcionamento conjunto dos dois

    motores.

    Figura 17.2: Modelo esquemtico de VEH com arranjos em srie e em paralelo, respectivamente.

    1

    Em ambos os arranjos, a bateria pode ser recarregada pelo motor de combusto

    enquanto o carro se encontra em movimento; assim existe a possibilidade de as baterias

    obterem menor capacidade de armazenamento quando comparadas aos veculos

    tradicionais a bateria. Alm disso, todos os casos permitem frenagem regenerativa para

    o motor eltrico trabalhar como gerador e, simultaneamente, diminuir a velocidade do

    carro e carregar a bateria.

    A frenagem regenerativa um sistema que transforma a energia cintica

    liberada, durante a frenagem, em energia eltrica; a energia eltrica gerada, durante a

    frenagem, armazenada nas baterias; alm disso, o sistema proporciona reduo do

    desgaste das lonas ou discos de freios por frear o veculo via campo eletromagntico

    (sem atrito), resultando em maior durabilidade para essas partes do sistema de freios.

  • 222

    Os arranjos em srie tm aplicaes muito especificas, enquanto os veculos

    hbridos em paralelo tm um grande campo de atuao, uma vez que, nesta

    possibilidade, as mquinas eltricas no realizam toda a converso energtica, podendo

    ser menores e mais baratas. Os esquemas em paralelo permitem ao usurio optar por

    qual motor funcionar, porm, alternativamente, o uso mais comum e usual combina o

    MCI e o motor eltrico acoplado s baterias, fazendo com que haja um aumento de

    eficincia do motor combusto.

    Existe outra classificao para esse tipo de prottipo, os veculos eltricos

    hbridos plug-in que, alm de recarregar a bateria por meio do prprio MCI,

    possibilitam a conectividade rede eltrica. Essa alternativa representa uma realidade,

    uma vez que a conectividade malha de distribuio caracteriza uma das vertentes do

    conceito de Smart grid.

    17.1.3 Veculos Eltricos com Clulas a Combustvel

    O princpio bsico dos veculos eltricos que usam clulas a combustvel o

    mesmo dos VEs tradicionais, porm uma clula a combustvel ou uma bateria ar-metal

    substituem as baterias eltricas recarregveis. As clulas a combustvel so,

    relativamente, novas tecnologias para aplicao comercial.

    As dificuldades com estocagem de hidrognio, pela necessidade de liquefao

    do combustvel, faz com que outras tecnologias alternativas se desenvolvam; o caso da

    obteno de hidrognio mediante outros combustveis, como o metanol.

    Todos os grandes fabricantes investem, desde j, em avanados veculos

    movidos por clulas a combustvel, com o objetivo de estudar o processo e a

    aplicabilidade prtica.

    J as baterias ar-metal so uma variao de clulas a combustvel e se destacam

    por se tratarem de baterias que no podem ser recarregadas simplesmente por corrente

    reversa, sendo que o reabastecimento ocorre trocando-se o metal do eletrodo; so

    consideradas, portanto, um tipo de combustvel, podendo ser reciclado. As baterias de

    ar-zinco so, particularmente, bastante promissoras nesse segmento.

    17.1.4 Veculos Eltricos Interligados Rede Eltrica

    Tanto o trlebus quanto o os bondes eltricos so bastante conhecidos, pelo seu

    sucesso no passado e por ainda serem usados em algumas cidades; destacam-se no

    transporte pblico pelo custo efetivo e pela emisso nula de particulados. A eletricidade

    fornecida por linhas areas, e pequenas baterias so utilizadas para garantir certa

    autonomia sem o uso da rede eltrica diretamente.

    Esse tipo de veculo caiu em desuso, e a maioria saiu de servio no passado; nos

    dias atuais difcil entender a justificativa, porm importante lembrar-se que, na

    poca, no existia a preocupao ambiental atual, e critrios como o custo eram mais

    relevantes, motivo pelo qual os combustveis fsseis ganharam destaque juntamente

    com a perspectiva negativa do uso de redes eltricas, que representavam alto custo.

    Com o contexto atual, tais veculos podem voltar a ser destaque nos transportes

    pblicos.

    17.1.5 Veculos Eltricos Solares

    Veculos solares ainda so promessas futuras, uma vez que tm preo elevado e

    somente funcionam adequadamente em reas de constante e alta irradiao solar.

  • 223

    Embora seja improvvel que um carro dessa natureza se torne uma proposta prtica para

    a rotina diria, a eficincia de clulas fotovoltaicas est em ascendncia constante,

    enquanto, em proporo inversa, os custos se tornam inferiores.

    17.1.6 Veculos eltricos que utilizam supercapacitores ou volantes de inrcia

    Veculos eltricos baseados em supercapacitores e volantes de inrcia

    representam um segmento alternativo no ramo. De forma geral, ambos os recursos tm

    alta energia especfica, o que significa um tempo de descarga muito rpido; todavia a

    quantidade de energia que os dispositivos podem armazenar bastante pequena. Ou

    seja, esse tipo de tecnologia tem alta potncia (fluxo de energia em um intervalo de

    tempo), porm baixa densidade energtica. Existe ainda a possibilidade da utilizao de

    volantes de inrcia e supercapacitores em topologias de veculos eltricos hbridos

    (Figura 17.3), com o objetivo de armazenamento de energia de pico no sistema.

    Figura 17.3: VEH srie com mecanismo para armazenamento de energia de pico.

    2

    17.2 Baterias

    Existem diferentes tipos e modelos de veculos eltricos e a bateria constitui

    elemento-chave em todas as possibilidades. Nos VEs tradicionais, as baterias so as

    nicas armazenadoras de energia, e significam o componente de maior custo, peso e

    volume; nos VEHs, os dispositivos no deixam de ser o elemento-chave, uma vez que

    atua passivamente ao receber carga no motor de combusto e ativamente ao fornecer

    energia ao motor eltrico. Portanto, o entendimento de baterias se torna vital para o

    estudo de veculos eltricos.

    As baterias consistem de duas ou mais clulas eletrolticas funcionando

    conjuntamente. As clulas convertem energia qumica em energia eltrica e consistem

    de eletrodos positivos e negativos interligados por um eletrlito. A reao qumica entre

    os eletrodos o que gera eletricidade em corrente contnua. No caso de baterias

    recarregveis, a reao qumica pode ser revertida com a inverso da corrente eltrica, o

    que faz com que a bateria retorne ao estado carregado.

    A bateria recarregvel mais conhecida a do tipo chumbo-cido. Existe uma

    gama de outras possibilidades de combinao de materiais e eletrlitos que podem

    formar uma bateria, porm s um nmero relativamente pequeno de combinaes tem

    se desenvolvido para uso comercial. Atualmente encontram-se nestas possibilidades,

    alm do chumbo-cido, as baterias: nquel-ferro, nquel-cdmio, nquel metal hidreto,

    polmeros de ltio, ltio-ferro, cloreto de sdio metal (ZEBRA Zero Emissions Battery

  • 224

    Research). Existem tambm tecnologias mais recentes que podem ser recarregadas

    mecanicamente, como no caso das baterias ar-alumnio e ar-zinco. Para a caracterizao

    de baterias, h uma srie de critrios de desempenho; esses parmetros incluem: energia

    especfica, densidade energtica, potncia especfica, tenses tpicas, capacidade,

    eficincia energtica, temperatura de operao, taxa de descarga, nmero de ciclos,

    taxas de descarga, entre outros. A Figura 17.4 apresenta a faixa de aplicao dos

    diferentes tipos de baterias.

    Figura 17.4: Energias e potncias especficas de diferentes tipos de bateria.

    3

    Apesar de todas as diferentes possibilidades testadas e aproximadamente 150

    anos de desenvolvimento, as baterias ainda so o grande gargalo na evoluo dos

    veculos eltricos. Uma bateria adequada para as necessidades do VE ainda no foi

    desenvolvida. Alm dos altos custos, as baterias ainda no fornecem autonomia

    suficiente e tempo de recarga to rpido que faa com que os VEs sejam realmente

    competitivos aos veculos movidos a motores de combusto tradicionais.

    17.3 Principais tipos de Baterias

    17.3.1 Baterias chumbo-cido

    Trata-se da bateria mais conhecida para fins de veculos eltricos, sendo tambm a

    mais comum em veculos tradicionais. Porm em VEs so usadas baterias mais

    robustas, que resistem a mais ciclos e fazem uso de eletrlitos em gel no lugar de

    lquidos. Uma caracterstica marcante do dispositivo a baixa resistncia interna. A

    estrutura das clulas chumbo-cido composta por placas de chumbo (Pb) porosas

    como nodo (polo negativo), enquanto o ctodo (polo positivo) composto por placas

    de xido de chumbo IV (PbO2). As placas so imersas em um eletrlito de cido

    sulfrico (H2SO4) aquoso. A reao qumica ocorre com a combinao do cido

    sulfrico com chumbo e dixido de chumbo, produzindo sulfato de chumbo e gua. A

    Tabela 17.1 apresenta os principais parmetros tcnicos deste tipo de bateria.

  • 225

    Tabela 17.1: Parmetros tcnicos nominais de baterias chumbo-cido. 1

    Energia especfica 20-35 Wh.kg-1

    dependendo do uso

    Densidade de energia 54-95 Wh.L-1

    Potncia especfica ~250 W.kg-1

    Tenso nominal de clula 2 V

    Eficincia - Ah ~80% - varia com a taxa de descarga e

    temperatura

    Resistncia interna Extremamente baixa, ~0,022 por clula para 1 Ah

    Disponibilidade comercial Disponvel em muitos fabricantes

    Temperatura de operao Ambiente, desempenho fraco em

    temperaturas extremamente baixas

    Autodescarga ~2%por dia

    Nmero de ciclo Acima de 800 para 80% de capacidade

    Tempo de recarga 8 h (mas 90% da carga possvel em 1 h)

    As baterias chumbo-cido so bem estabelecidas comercialmente, e so as baterias

    recarregveis de menor custo por kWh. Todavia, tm baixa energia especfica, o que

    impossibilita, at o momento, seu uso em veculos de grande autonomia. Contudo, esse

    tipo de bateria tem alta taxa de potncia especfica quando comparada a outros tipos,

    fazendo com que essa se torne vivel para a aplicao em veculos eltricos hbridos,

    que no armazenam grande quantidade de energia e precisam de altas taxas de sada e

    entrada de fluxo energtico.

    17.3.2 Baterias Nquel-Cdmio (NiCad):

    As baterias nquel-cdmio possuem aproximadamente duas vezes a energia

    especfica das baterias chumbo-cido. O polo positivo utiliza oxihidrxido de nquel, e o

    polo negativo composto de cdmio metlico. As baterias NiCad tm vantagens como:

    alta energia especfica, alto nmero de ciclos (at 2500 ciclos), grande intervalo de

    temperaturas de operao (-40C a 80C) e um baixo valor de autodescarga (Tabela

    17.2).

    Tabela 17.2: Parmetros tcnicos nominais de baterias NiCad.

    1

    Energia especfica 40-55 Wh.kg-1 dependendo da corrente

    Densidade de energia 70-90 Wh.L-1 dependendo da corrente

    Potncia especfica ~125 W.kg-1 antes de se tornar

    ineficiente

    Tenso nominal de clula 1,2 V

    Eficincia - Ah Boa

    Resistncia interna Muito baixa, ~0,06 por clula para 1 Ah

    Disponibilidade comercial Ocorre em pequenos tamanhos.

    Temperatura de operao -40 80 C

    Autodescarga 0,5%por dia

    Nmero de ciclo 1200 para 80% de capacidade

    Tempo de recarga 1 h. Carga rpida (60% da capacidade)

    em 20 minutos

    17.3.3 Baterias Nquel Metal Hidreto (NiMH):

    Esta bateria surgiu na dcada de 1990; seu desempenho parecido com o da

    bateria NiCad. A principal diferena que, na NiMH, o eletrodo negativo utiliza

  • 226

    hidrognio, absorvido em um metal hidreto, fazendo com que o eletrodo no faa uso de

    Cdmio, uma vantagem considervel, por se tratar de um elemento qumico txico. A

    reao ocorrida no nodo funciona exatamente como uma clula a combustvel. O polo

    positivo funciona exatamente igual bateria NiCad. Ligas metlicas possveis so

    utilizadas para assegurar o hidrognio, e o princpio da operao se baseia em uma

    reao reversvel na qual o hidrognio ligado ao metal, e ento liberado como

    hidrognio puro (H2) para aproveitamento, da a importncia de a clula ser selada e de

    se ter um controle de presso adequado para o gs.

    Os parmetros tcnicos da bateria NiMH so melhores que os da NiCad (Tabela

    17.3). A recarga da bateria pode ser efetuada de uma forma rpida, porm necessrio o

    sistema de resfriamento por meio de coolers, uma vez que, no s pela resistncia

    interna que ocasiona efeito Joule, a reao ocorrida no polo negativo, em que o

    hidrognio se liga ao metal, bastante exotrmica. Um parmetro crtico da bateria o

    alto valor de autodescarga, uma vez que as molculas de hidrognio se difundem pelo

    eletrlito at o polo positivo, pelas pequenas dimenses das molculas; assim ocorre a

    reao com o NiOOH e isso faz com que ocorra uma descarga da clula

    Tabela 17.3: Parmetros tcnicos nominais de baterias NiMH.

    1 Energia especfica ~65 Wh.kg-1 dependendo do uso

    Densidade de energia ~150 Wh.L-1

    Potncia especfica ~200 W.kg-1

    Tenso nominal de clula 1,2 V

    Eficincia - Ah Muito boa

    Resistncia interna Muito baixa, ~0.06 por clula para 1 Ah

    Disponibilidade comercial Existe disponibilidade em ampla faixa para

    unidades de pequeno porte. J baterias para

    trao so difceis de ser obtidas

    Temperatura de operao Ambiente

    Autodescarga Acima de 5%por dia

    Nmero de ciclo ~1000 para 80% de descarga

    Tempo de recarga 1 h. Carga rpida (60% da capacidade) em 20

    minutos

    17.3.4 Baterias Cloreto de Sdio Nquel (ZEBRA)

    O nome ZEBRA (Zero Emissions Battery Research Association) faz referncia

    Associao de Pesquisas em Baterias de Emisses Zero, porm tem perdido a conexo

    com a instituio e usado para denominar as baterias Cloreto de Sdio-Nquel em

    especfico. A bateria Zebra no requer manuteno, vivel economicamente, com um

    custo potencialmente baixo e pode ser utilizada de forma flexvel, pois tem uma grande

    vida til (1000 a 2500 ciclos de recarga), tolerante contra excesso de carga e descarga,

    amigvel ao ambiente por possibilitar reciclagem, utiliza materiais facilmente

    encontrados e no txicos. A grande desvantagem desta bateria o fato de trabalhar em

    alta temperatura (aproximadamente 300C) para que ocorram as reaes qumicas, e

    para isso possui resistncias internas com funo de aquecimento as quais consomem

    cerca de 7% da energia. O eletrodo positivo utiliza Cloreto de Sdio-Nquel, cujo

    negativo composto por sdio fundido. ons cloro compem o eletrlito. Na Tabela

    17.4, so apresentados os principais parmetros tcnicos desse tipo de bateria.

  • 227

    Tabela 17.4: Parmetros tcnicos nominais de baterias ZEBRA.1

    Energia especfica 100 Wh.kg-1

    Densidade de energia 150 Wh.L-1

    Potncia especfica 150 W.kg-1

    Tenso nominal de clula ~2 V em mdia e 2,5 V quando completamente

    carregada

    Eficincia - Ah Muito alta

    Resistncia interna Muito baixa, mas aumenta com baixos nveis

    de carga

    Disponibilidade comercial Disponvel comercialmente, mas apenas

    alguns fornecedores

    Temperatura de operao 300-350 C

    Autodescarga Quando a bateria no est em uso, a energia

    deve ser utilizada continuamente para manter a

    temperatura, correspondendo a uma auto

    descarga de 10% por dia

    Nmero de ciclo > 1000

    Tempo de recarga 8 h

    17.3.5 Baterias de Ltio:

    Existem duas possibilidades principais para baterias de Ltio, as de polmeros de

    ltio e as de on de ltio. Esse tipo de bateria apresenta grande densidade de energia em

    comparao a outros tipos de baterias recarregveis. Elas se estabeleceram muito bem

    no mercado de telefones mveis e computadores portteis. Uma importante

    caracterstica de baterias de on de ltio o controle de tenso preciso. Em geral, as

    baterias de ltio so bastante competitivas quando comparadas a outras, isso devido ao

    fato de serem leves e possurem alta energia especfica.

    17.3.6 Baterias Ar-Metal:

    As baterias Ar-Metal representam um diferente tipo de dispositivo, uma vez que

    so clulas que no podem ser recarregadas por simples inverso da corrente eltrica.

    No caso desta tecnologia, os metais utilizados nos eletrodos devem ser repostos por

    novos; dessa forma, o eletrodo de metal pode ser considerado um tipo de combustvel,

    que, por sua vez, possibilita reaproveitamento. Portanto, o processo bem parecido com

    o uso de motores de combusto interna convencionais, no qual o veculo precisa de

    paradas peridicas para reabastecimento, porm h a vantagem de se tratar de um

    veculo eltrico. As principais possibilidades so as baterias Ar-Alumnio e Ar-Zinco, e

    suas caractersticas so demonstradas na Tabela 17.5.

    Tabela 17.5: Parmetros tcnicos nominais das diversas baterias.1

  • 228

    17.4 Custo de Baterias

    Os principais obstculos e gargalos da implantao definitiva de veculos

    eltricos esto associados a sistemas de armazenagem, tanto por questes tecnolgicas

    quanto por questes econmicas.

    Um veculo, atualmente, requer autonomia de 500 km em mdia, VEs muito

    eficientes, com sistemas de baterias que permitem repetidas descargas elevadas,

    precisam ter capacidade de, no mnimo, 75 kWh para percorrer essa distncia. Em curto

    prazo, a expectativa de preo de baterias aplicveis de aproximadamente 500

    USD/kWh; dessa forma, somente o sistema de armazenagem de energia,teria um custo

    de aproximadamente 35000 a 40000 USD. Por isso, para se construir VEs acessveis

    atualmente, as montadoras optam por veculos de baixa autonomia (50 a 200 km em

    mdia), e por VEHs que exigem baterias de baixa capacidade. Veculos eltricos tm

    autonomia mdia de 150 km, o que significa uma bateria de aproximadamente 30 kWh

    e uma eficincia energtica de 0,15 a 0,2 kWh/km. Isso se traduz em um custo da

    bateria de USD 15000 para um veculo desse tipo. A Figura 17.5 apresenta uma

    previso de custos da bateria para veculos eltricos.

    Figura 17.5: Previso para o custo de baterias (considerando-se eficincia de 3milhas/kWh e autonomia

    de 100 milhas).4

    17.5 Impactos ambientais

    Existe hoje uma tendncia mundial crescente e irreversvel de eletrificao dos

    veculos motivada, sobretudo, pela reduo dos nveis de poluio atmosfrica. So

    necessrias aes urgentes para conter os efeitos regionais e globais da emisso de gases

    poluentes, em funo da crescente demanda de energia, visando sustentao do

    crescimento econmico e do bem-estar da sociedade.

    No terceiro relatrio, divulgado em maio de 2007, o IPCC indicou um conjunto

    de aes para diversos setores, visando reduo dos ndices de temperatura. Para o

    transporte rodovirio, no qual o rendimento energtico dos veculos convencionais

    muito baixo (entre 13% e 16%), recomenda-se a adoo de veculos eltricos hbridos e

    bateria. Essa indstria foi responsvel, no mundo, por 23% das emisses de gases de

    efeito estufa em 2004. No Brasil, cerca de 53% da energia primria consumida de

    origem fssil, enquanto o setor de transporte consome 44% desse total. Portanto, temos

    todas as condies e um enorme espao para expanso dessa nova tecnologia, pelas

    caractersticas da matriz energtica brasileira, infraestrutura, capacitao industrial,

    tamanho e diversidade de mercado.

    Para veculos eltricos hbridos, a reduo de emisses vai depender da

    proporo da distncia percorrida utilizando-se eletricidade proveniente da rede, por

  • 229

    meio de baterias, em substituio ao petrleo consumido no motor de combusto

    interna. difcil se estimar a autonomia de VEH em funo da capacidade da bateria,

    uma vez que muitas variveis esto envolvidas; porm bem provvel que, com o uso

    de uma modesta bateria, o consumo de combustveis derivados de petrleo reduzir em

    50% ou mais. Em pases em que a mdia de distncia percorrida por dia relativamente

    curta, o caso do Japo, espera-se que a energia proveniente da bateria garanta maior

    percentual de distncia percorrida do que em pases em que se percorrem maiores

    distncias, como os EUA.

    17.6 Principais montadoras e fabricantes de bateria

    As principais montadoras de veculos eltricos tm firmado parcerias com

    fabricantes de baterias, com o intuito de aumentar a confiabilidade dos fornecedores de

    sistemas de armazenagem e tambm de melhorar taxas de inovao no mercado. Entre

    as montadoras de maior destaque, notvel a presena das grandes marcas, que

    investiram no setor de VE e firmaram parcerias importantes com fabricantes de bateria,

    porm tambm perceptvel a integrao de novos investidores no setor

    automobilstico, como o grupo BYD, originrio do mercado de baterias.

    A Tabela 17.5 evidencia as principais montadoras de veculos com os devidos

    fabricantes de bateria aliados, alm de algumas metas de produo. Embora todas as

    fabricantes de bateria citadas na tabela j planejem iniciar a produo, somente algumas

    anunciaram metas de fabricao para utilizao em VE e VEH, totalizando bem menos

    que um milho de unidades por ano at 2020.

    Tabela 17.5: Principais montadoras de VE e fabricantes parceiras de baterias.3

    Fabricante de Veculo Fabricante de Bateria Metas de produo (Veculos

    por ano)

    BYD Auto BYD Group

    Fiat-Chrysler A123 Systems, Altairmano

    Ford Johnson Controls-Salt 5000 por ano

    GEM Sanyo/Panassonic

    GM LG Chem

    Hyundai LG Chem, SK Energy e S8 LIMotive 500000 em 2018

    Magna Group Magna Steyr

    Mercedes-Benz Continental, Johnson Controls-Salt

    Mitsubishi GS Yuasa Corporation 15000 em 2011

    Nissan AESC 100000 em 2012 nos EUA

    REVA Indocel Technologies

    Renault AESC 150000 em 2012

    Subaru AESC

    Tata Electrovaya

    Th!nk A123 Systems, Enerdel/Enerl

    Toyota Panassonic EV Energy

    Volkswagen Volkswagen e Toshiba Corporation

    17.7 Panorama mundial para Veculos Eltricos

    Os principais investidores e lderes em planos de ao para a disseminao de

    Veculos Eltricos so os pases europeus e da Amrica do Norte. Porm, pases

    emergentes como a China e a ndia se preocupam com a questo e j se destacam no

    setor.

    J se encontram, nas ruas da China, aproximadamente 20 milhes de bicicletas

    (e-bikes) e Scooters eltricas. A grande quantidade de veculos, alcanada em apenas

  • 230

    dez anos, deve-se a desenvolvimentos tecnolgicos e polticas favorveis. Melhoras no

    modelo das bicicletas e em tecnologia de sistemas de armazenagem fizeram com que os

    prottipos obtivessem sucesso, e a arquitetura resultou em normalizao, competio e

    preos acessveis. Assim como na China, as motocicletas e veculos de duas rodas j

    esto presentes no mercado indiano; para veculos eltricos, a estimativa era de

    crescimento significativo para o fim de 2010.

    A Figura 17.6 demonstra as perspectivas de crescimento na venda de VE e VEH

    at o ano de 2020 em diferentes regies. Percebe-se que a grande tendncia global at o

    ano em questo ser a adoo de veculos hbridos, uma vez que apresentam uma taxa

    de crescimento muito maior. Ambas as perspectivas so muito ambiciosas, porm, de

    acordo com o IEA, uma reviso de metas propostas por governos de pases diversos,

    sugere que os planos de ao somados resultam em perspectivas ainda mais ambiciosas,

    particularmente quanto aos pases europeus. A maioria dos anncios de metas foi feita

    bastante recentemente, o que demonstra a grande prioridade internacional do

    desenvolvimento de tecnologias de veculos eltricos. A grande questo se as

    montadoras de veculos e os fabricantes de bateria iro suportar a demanda e entregar os

    produtos em quantidades e tempo adequado.

    Figura 17.6: Perspectiva de crescimento de vendas de VE e VEH 2010/2020por regio.

    3

    17.8 Veculos eltricos no Brasil

    O Brasil ainda no est no mesmo patamar dos pases europeus, dos EUA, ou

    dos prprios pases asiticos de destaque. Isso se comprova pelas perspectivas

    divulgadas internacionalmente que no citam o Brasil como destaque.

    Todavia, rgos como a ABVE Associao Brasileira de Veculos Eltricos e o INEE Instituto Nacional de Eficincia Energtica, vm juntando foras visando incentivar o uso dos veculos eltricos no Brasil, promovendo seminrios e workshops

    pelo Brasil. O pas ainda no tem um plano de metas proposto pelo governo, portanto o

    que move o setor so as instituies de pesquisa, as grandes marcas do setor que j

    demonstram interesse em entrar no mercado, e as companhias energticas por meio de

    projetos de pesquisa e desenvolvimento.

    Considerando que os veculos eltricos j so realidade e que a difuso de seu

    emprego vetor relevante para a sustentabilidade do desenvolvimento econmico e

    social do pas, o INEE e a ABVE organizam eventos e seminrios destinados aos

    principais interessados no setor, entendendo ser importante sintetizar os principais

    aspectos levantados e analisados para conhecimento da sociedade brasileira. Em

    especial, fundamental evidenciar as vantagens e atuais impedimentos relacionados ao

    emprego desses veculos, de modo a motivar a ao dos rgos governamentais,

    inclusive os de carter regulatrio, bem como a de outros setores, para promover a

    efetiva difuso do uso dos veculos eltricos.

  • 231

    Seguindo o exemplo de outros pases com desenvolvimento sedimentado em

    VE, o INEE e a ABVE elaboraram um Roadmap para a difuso dos veculos eltricos

    no Brasil. De acordo com o documento, a produo no pas, em escala significativa,

    depender de fatores diversos, como: a disponibilidade e o custo dos componentes de

    maior contedo tecnolgico (baterias de grande capacidade de armazenamento, sistemas

    de controle e frenagem regenerativa); poltica de nacionalizao da produo;

    investimentos necessrios para a criao de novas linhas de montagem e capacitao de

    fornecedores de componentes; perspectivas de evoluo da demanda e de apoio

    governamental, mediante financiamentos e tratamento fiscal semelhante ao utilizado em

    veculos convencionais; deciso estratgica do governo brasileiro de estabelecer

    produo de veculos no cenrio de crescente penetrao de VE no mundo. A ABVE

    formulou hipteses (Figura 17.7) da perspectiva de evoluo de carros hbridos e VEH

    Plug-in no Brasil, a predominncia dos conectveis rede, aps 2025, deve-se

    melhoria do desempenho e reduo de custos das baterias, que possibilitar o aumento

    da participao dos VEHs Plug-in e dos VEs bateria, respectivamente nessa ordem

    cronolgica.

    Figura 17.7: Perspectiva de evoluo da penetrao dos veculos eltricos hbridos no Brasil.

    7

    A competitividade do VE pode ser dita aplicvel no Brasil, uma vez que o custo

    de energia eltrica por km rodado, para veculos de leve e mdio porte, j inferior ao

    custo de combustveis por km percorrido com o mesmo carro, mesmo para usurios

    residenciais, sem aplicao de subsdios ou vantagens tarifrias ou fiscais.

    17.9 Referncias

    1 LARMINIE, James. Electric Vehicle Technology Explained. Jonh Wiley & Sons. England. 2003.

    2 GOLDEMBERG, C. LEBENSZTAJN, L.,PELLINI, E. L. A Evoluo do Carro Eltrico. Disponvel em: . Acesso em 16 de ago. 2011

    3 INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. EV and PHEV Technology Roadmap. Disponvel em: . Acesso em: 13 de ago. 2011.

    4 U.S DEPARTMENT OF ENERGY. Transforming Americas Transportation Sector Batteries And Electric Vehicles. Disponvel em:

  • 232

    5 ABVE Associao Brasileira de Veculos Eltricos/INEE Instituto Nacional de Eficincia Energtica. Roteiro para Difuso de Veculos Eltricos. Disponvel em:

    . Acesso em: 13 de ago. 2011.

  • 233

  • 234

    18 EFICINCIA ENERGTICA

    O uso eficiente de energia est evidenciado desde as grandes crises de petrleo

    nos anos 1970, momento em que se percebeu que as reservas fsseis no teriam preos

    reduzidos para sempre, e que o uso desses recursos poderia causar danos irreparveis ao

    meio ambiente. A partir da, anlises de equipamentos e hbitos de uso de energia

    passaram a ser realizadas no ponto de vista de eficincia, e descobriu-se que os servios

    de energia (iluminao, fora motriz, entre outros usos) poderiam ser proporcionados

    com menor gasto, afetando positivamente setores econmicos, ambientais, sociais e

    culturais. Essas medidas, como o uso de equipamentos eficientes e a mudana de hbito,

    foram denominadas medidas de eficincia energtica (MME). A partir da grande

    variedade de medidas disponveis e da correta anlise das possibilidades de

    implantao, foi oportuno o surgimento, a partir da dcada de 1980, da chamada

    indstria de ESCOs (Energy Service Companies, conhecidas no Brasil como Empresas

    de Servios de Conservao de Energia). O servio tpico das ESCOs se d por meio de

    um contrato de desempenho, no qual cabe a elas a anlise, a sugesto e a implantao de

    uma MEE, sendo remuneradas pela economia proporcionada.

    O conceito de eficincia energtica est associado reduo do consumo de

    energias primrias para um determinado servio. Na Figura 18.1, mostrado um

    fluxograma da cadeia energtica, entre a energia primria (fonte) e o uso final,

    indicando as possibilidades de atuao, visando eficincia energtica.

    Figura 18.1: Cadeia energtica.

    1

    O uso eficiente de energia, de um ponto de vista tecnolgico, voltado para a

    utilizao de processos e equipamentos que tenham o melhor desempenho na produo

    dos servios com um menor consumo de fontes. So vrias as motivaes para o

    crescimento, de forma geral, da eficincia energtica; por exemplo, reduzir o consumo

    de energia para um mesmo servio significa uma reduo no custo, o que pode resultar

    baixa nos valores repassados aos consumidores, isso caso a poupana de energia

    compense os gastos adicionais para a implantao de uma tecnologia eficiente. Diminuir

  • 235

    o consumo significa tambm uma soluo para o problema de reduo de emisso de

    gases de efeito estufa. De maneira geral, os conceitos de eficincia energtica e energias

    renovveis so os pilares de polticas de sustentabilidade energtica.

    Associado eficincia energtica est o conceito socioeconmico de

    conservao de energia, que nada tem a ver com racionamento, e interessa combater o

    desperdcio de energia por meio de mudanas de hbitos e do uso final eficiente. A

    conservao traduz a necessidade de se retirar do planejamento da expanso de um

    sistema energtico a componente referente ao desperdcio, permitindo reduo de

    investimentos no setor sem comprometer o fornecimento de energia e a devida

    qualidade.

    18.1 Converso de energia e as Leis da Termodinmica

    Os potenciais energticos tm, como caracterstica essencial, a possibilidade de

    converso entre si, ou seja, uma forma de energia pode ser transformada em outra,

    espontnea ou intencionalmente. O diagrama presente na Figura 18.2 demonstra as

    principais vias de converso de energia entre as seis formas bsicas de energia.

    Quaisquer que sejam os sistemas e as formas de energia envolvidas, os processos de

    converso se baseiam em duas leis bsicas da Termodinmica.

    Figura 18.2: Processos de converso de energia.

    2

    A primeira lei a de conservao da energia; segundo esse postulado, energia

    no se cria nem se destri, exceto em casos em que ocorrem reaes nucleares nas quais

    se observam transformaes de massa em energia. Esta lei permite efetuar balanos

    energticos, determinar perdas, ou seja, quantificar fluxos energticos. O conceito de

    desempenho ou eficincia energtica () tambm se baseia na primeira lei, relacionando o efeito energtico til com o consumo energtico do sistema.

    Pela Segunda Lei da Termodinmica, em todos os processos reais de converso

    energtica, sempre deve existir uma parcela de energia trmica como produto. Ou seja,

    existem perdas trmicas inevitveis nos processos de converso, que se somam a outras

    perdas decorrentes das limitaes tecnolgicas e econmicas dos sistemas reais, por

    exemplo, isolamentos trmicos imperfeitos, atrito, perdas de carga, entre outras. As

    imperfeies nos processos de converso energtica determinam o incremento lquido

    de entropia no Universo; dessa forma, a entropia tende sempre a aumentar no mundo

    real, uma vez que somente em processos de energia ideais ou reversveis, no ocorre

    essa gerao de entropia.

  • 236

    O conceito de qualidade de energia associa-se a sua capacidade de converso em

    trabalho. A exergia o conceito que fornece essa capacidade, e se relaciona parcela

    til dos fluxos energticos, ou seja, ao trabalho til. Nos processos reais de converso,

    sempre ocorre alguma destruio de exergia, que, contrariamente energia, no se

    conserva. Em sntese, processos reais de converso de energia apresentam perdas, que

    podem ser avaliadas em termos de gerao de entropia ou da destruio de exergia, o

    que ocasiona sempre uma reduo da qualidade do fluxo energtico.

    Em termos de exergia pode-se pensar em outro conceito de rendimento, o

    denominado eficincia exergtica, que tem fundamentao em ambas as leis das

    converses energticas e apresenta vrias formulaes com diversos outros nomes, tais

    como grau de perfeio, efetividade, eficincia racional, rendimento isentrpico, entre

    outros. O tipo de relao a ser utilizada depende de como o processo est disposto; caso

    haja um processo sucessor a um principal no qual haja aproveitamento de fluxos de

    exergia, faz-se o uso de uma formulao que considera o fluxo de exergia no utilizada

    como insumo; porm, se o fluxo de exergia no utilizado perdido para o ambiente, por

    exemplo, a eficincia calculada de outra forma. A Figura 18.3 demonstra um sistema

    energtico em regime permanente com os devidos fluxos de energia e exergia.

    (a)

    (b) Figura 18.3: Sistema Energtico generalizado, considerando fluxos de energia (a)exergia (b).

    2

    O rendimento exergtico, quando comparado ao energtico, apresenta valores

    semelhantes em alguns casos e muito diferentes em outros. Esta diferena se percebe

    quando h converso de energia de alta qualidade em energia de baixa qualidade; o

    caso, por exemplo, dos processos que envolvem converso de energia eltrica em calor

    de baixa temperatura. A Tabela 18.1 apresenta uma comparao dos valores de

    eficincia energtica e exergtica para diferentes processos.

    Tabela 18.1: Rendimento exergtico de processos diversos.

  • 237

    18.2 Eficincia na gerao e no uso final

    Em tempos em que a sustentabilidade tema recorrente, difcil se imaginar que

    at pouco tempo, na busca de desenvolvimento, o homem fez uso das vrias formas

    diferentes de produo de energia, visando a menores custos e no atentando para

    anlises de consequncias ao meio. O que resultou, muitas vezes, em desperdcio e no

    uso no eficiente de energia, gerando efeitos nocivos no setor econmico, no meio

    ambiente e na qualidade de vida. A economia de recursos, devido possibilidade de

    postergao de investimentos em sistemas de gerao, transmisso e distribuio de

    energia e ao aumento de competitividade dos bens e servios produzidos, alm da

    proteo ao meio ambiente, representam os principais motivadores da busca no uso

    eficiente das diversas formas de energia.

    No que tange a sistemas de gerao eficientes energeticamente, a gerao

    distribuda ou descentralizada de eletricidade, definida como a produo de energia

    realizada prximo ao consumidor, compe hoje um setor de tendncia futura por

    representar uma soluo alternativa produo centralizada de energia eltrica, uma vez

    que o conceito envolve pequenos empreendimentos alocados junto carga, tornando os

    sistemas mais eficientes pela uma menor dissipao de perdas no processo. Grande

    parte dos sistemas de gerao distribuda utilizados atualmente fundamenta-se em

    tecnologias avanadas, que tm uma importante funo de atender as necessidades do

    consumidor de forma econmica e segura, podendo, em alguns casos, dar origem a uma

    economia ou qualidade de energia superior do que a comprada nas entidades

    responsveis pela comercializao de energia.

    A eficientizao no uso final de energia muito influenciada pela aplicao de

    tecnologias eficientes nos diversos setores, industrial, comercial e residencial; contudo

    hbitos pessoais e medidas administrativas muito simples contribuem para a reverso do

    quadro de uso irracional de energia. O combate ao desperdcio se faz pela

    conscientizao e educao do consumidor, mostrando-se o resultado direto em

    economia de recursos e benefcios ambientais provocados pela mudana de hbitos e

    comportamento. O aumento da eficincia de equipamentos, sistemas e processos

    obtido pela adequao de normas e cdigos, e tambm por meio de programas de

    premiao e promoo de empresas eficientes. Aes eficientes bem estruturadas,

    voltadas para o aumento da produo racional e do uso de forma eficiente da energia,

    tm apresentado resultados muito favorveis, tanto no aspecto econmico quanto nos

    reflexos sobre o meio ambiente.

    18.3 Cogerao

    Por mais eficiente que seja um gerador termeltrico, a maior parte da energia

    contida no combustvel usado para seu acionamento transformada em calor e perdida

    para o meio ambiente. Trata-se de uma limitao fsica que independe do tipo de

    combustvel (diesel, gs natural, carvo etc.) ou do motor (a exploso turbina a gs ou a

    vapor etc.). Por essa razo, no mximo 40% da energia do combustvel do diesel usado

    em um gerador podem ser transformados em energia eltrica. A eficincia energtica

    em sistemas de cogerao bem mais elevada, por tornar til quantidade muito maior

    da energia do combustvel. A Figura 18.4 demonstra modelo esquemtico dos balanos

    energticos de um sistema convencional e com aplicao de cogerao.

  • 238

    Figura 18.4: Balano energtico de sistemas sem e com cogerao.

    3

    At meados do sculo XX, a cogerao chegou a ser muito usada nas indstrias,

    perdendo depois a competitividade para a eletricidade produzida pelas concessionrias

    nas grandes centrais geradoras com ganhos de escala. Assim, a cogerao ficou limitada

    a sistemas isolados (plataformas submarinas) e indstrias com lixos combustveis

    (canavieira e de papel e celulose, por exemplo). Nos ltimos quinze anos, porm, um

    novo modelo do setor eltrico voltou a estimular a produo eltrica local mais eficiente

    e de baixo custo, levando ao aperfeioamento da tecnologia da cogerao, at mesmo

    para pequeno porte. A necessidade de reduzir emisses de CO2 tambm incentivou a

    adoo deste processo eficiente. Hoje, na Holanda e na Finlndia, a cogerao j

    representa mais de 40% da potncia instalada.

    O ciclo combinado o arranjo entre dois ou mais ciclos, com a principal

    finalidade de se aumentar o rendimento global da planta. Seu princpio coincide com o

    da prpria cogerao, caracterizado pelo aproveitamento da rejeio trmica de um ciclo

    primrio de gerao eletromecnica numa segunda mquina trmica. A combinao

    mais utilizada o arranjo entre o ciclo Brayton (gs) e o ciclo Rankine (vapor), nesta

    ordem, em que os gases de exausto da turbina a gs, com temperaturas superiores a

    550C, so encaminhados caldeira do ciclo a vapor, fazendo com que o rendimento

    eltrico total supere os 60%, contra 35% se os mesmos estivessem operando em

    separado. Considerando a baixa temperatura utilizada na maioria dos processos

    industriais, a cogerao em ciclos combinados, em geral, no recupera calor dos gases

    de exausto da turbina a gs, mas sim mediante extraes intermedirias da turbina a

    vapor, bem como no calor rejeitado por esta no condensador. O resultado disso so

    sistemas de cogerao com eficincias totais que podem chegar a valores elevados.

    18.4. Medidas de Eficincia Energtica (MEE)

    Diversas medidas de Eficincia Energtica (MEE) so inerentes aos diferentes

    equipamentos utilizados nos setores industrial, comercial e residencial. Os

    equipamentos que possuem potencial para eficincia energtica podem ser divididos por

    tipo de uso final, sendo os principais: fora motriz, calor de processo, aquecimento

    direto e iluminao. 4

    Primeiramente os equipamentos que envolvem o consumo resultante em fora

    motriz incluem os seguintes usos finais: bombas (movimentao de lquidos),

    ventiladores (movimentao forada de ar), compressores de ar (compresso de ar para

    uso em diversas aplicaes), refrigerao (equipamentos de refrigerao e

    condicionamento ambiental), manuseio (equipamentos para transporte e adequao de

    produto ou material), processamento (equipamentos que modificam, de alguma forma, o

    produto ou material processado). Os diversos equipamentos e usos finais tm como

    componente principal os motores eltricos, que, por sua vez, tm MEE caractersticas.

  • 239

    18.4.1 Motores Eltricos

    Dentre os diversos motores eltricos utilizados em diferentes aplicaes prticas,

    destaca-se o motor de induo trifsico, comum em aplicaes industriais. Trata-se de

    uma mquina robusta, confivel e intrinsecamente eficiente, uma vez que o formato de

    sua curva de rendimento revela um largo patamar que cobre uma faixa de 50 a 100% de

    carga com altos rendimentos. Tal comportamento no facilmente encontrado em

    outras concepes de mquinas (hidrulicas ou trmicas), nas quais o rendimento cai

    rapidamente quando se opera fora das condies nominais. Contudo, se os motores de

    induo so mquinas naturalmente eficientes, questiona-se o porqu da considerao

    desta como um grande potencial de economia de energia. Esse fato pode ser explicado

    em dois fatores: a grande quantidade de unidades instaladas e a aplicao inadequada de

    um grande percentual das unidades instaladas.

    Quanto ao uso de motores eltricos, trs MEEs so normalmente consideradas:

    uso de motores de alto rendimento; adequao da potncia do motor carga e o uso de

    acionadores (conversor de frequncia, regulador de tenso). 5

    Muitos motores instalados encontram-se sobredimensionados para a carga que

    acionam, e operar a baixa carga significa operar com baixo rendimento, em especial

    quando a carga menor que a metade da nominal. Dessa forma, na maioria dos casos de

    sobredimensionamento de menor potncia possvel, apesar de que, em alguns casos,

    necessria tal manobra para atender as partidas mais severas ou eventuais condies de

    sobrecarga.

    A grande oportunidade quanto ao uso de acionadores de velocidade ajustvel o

    uso de variadores de frequncia, denominados acionadores de velocidade ajustvel

    (AVA), no acionamento de cargas centrfugas, cujo fluxo seria antes controlado por

    vlvulas de controle ou recirculao de parte do fluxo de descarga para a admisso. A

    aplicao deste tipo de acionador tem uma srie de benefcios adicionais economia de

    energia, como melhor controle do processo, reduo de rudo, reduo da manuteno

    necessria (pelas partidas e paradas mais suaves), no s para bombas e motores, como

    para todo o sistema hidrulico por evitar os golpes de arete. Contudo, sua utilizao

    requer ateno especfica por conta de alguns problemas possveis, como gerao de

    harmnicos na rede e o sobreaquecimento do motor.

    18.4.2 Bombas e Ventiladores

    As bombas de fluxo e os ventiladores possuem um melhor ponto de

    funcionamento para uma determinada vazo, altura e rotao, em que as perdas

    inerentes do melhor escoamento so mnimas. Porm, a maioria das instalaes exige da

    bomba ou do ventilador uma operao fora desse ponto em funo da necessidade de

    variao de vazo.

    Geralmente na indstria, nas empresas de saneamento e em outras aplicaes, as

    instalaes de bombeamento ou de ventilao operam suas mquinas na rotao

    constante e, para obter a variao de vazo, principalmente na diminuio, utilizam

    vlvulas que estrangulam a tubulao, aumentando a presso da bomba ou ventilador

    com o aumento das perdas do sistema. Essa prtica, normalmente, penaliza

    energeticamente a instalao se comparada com a variao de vazo por meio da

    rotao varivel.

    Para a soluo dos problemas citados, em sistemas de bombeamento, podem-se

    citar as MEEs da Tabela 18.2, a seguir.

  • 240

    Tabela 18.2: MEE em sistemas de bombeamento.6

    MEE Comentrios

    Reduzir a energia requerida

    Usar tanques de armazenamento intermedirio,

    equalizando o fluxo no tempo

    Economias de 10 a 20%

    Eliminar malhas de by-pass e outros fluxos

    desnecessrios

    Economias de 10 a 20%

    Aumentar o dimetro da tubulao, evitando atrito Economias de 5 a 20%, porm com investimento

    alto

    Reduzir as margens de segurana no projeto da

    capacidade do sistema

    Economias de 5 a 10%, aplicveis a todas as

    bombas

    Adequar a bomba carga

    Instalar sistemas em paralelo para cargas com

    grande variao de fluxo

    Economias de 10-50%

    Adequar o tamanho da bomba carga H um sobre dimensionamento mdio de 15 a 25%

    nas bombas em operao

    Reduzir ou controlar a velocidade

    Reduzir a velocidade para cargas constantes: usinar

    o rotor ou reduzir a relao da engrenagem

    Economias de at 75%. 82% dos casos no tm

    modulao de carga, de acordo com a pesquisa.

    Trocar a vlvula de controle por controles de

    velocidade

    Economias de 30 a 80% aplicveis a sistemas com

    altura manomtrica varivel (circulao)

    Melhorar os equipamentos

    Trocar por modelo de bomba mais eficiente, ou

    com ponto de rendimento mximo mais prximo

    do ponto de operao

    16% das bombas tm mais de 20 anos o problema maior que o sistema mudou em relao ao ponto

    de rendimento mximo. O rendimento pode cair de

    10-25%; bombas mais modernas so 1-5% mais

    eficientes; economias de 2-10%

    Trocar acoplamento de correia por acoplamento

    direto

    Economias de 1%

    Operao e manuteno

    Trocar rotores desgastados, especialmente em

    fluxos custicos ou semisslidos. Verificar

    rolamentos, selos mecnicos e outros selos

    Economias de 1 a 6%.

    Para a melhora de eficincia em sistemas de bombeamento, podem-se citar duas

    medidas principais de eficincia: a reduo da altura manomtrica e a reduo da

    potncia de bombeamento. Na primeira medida, as aes principais para a reduo da

    altura manomtrica so as redues de perda de carga pelo aumento do dimetro da

    tubulao, a reduo da rugosidade interna da tubulao (com a prtica de limpeza

    peridica) e o aumento da capacidade dos reservatrios (deslocamento da operao do

    motor para horrio fora da ponta). J a segunda medida integra aes de melhoria de

    rendimento da bomba, seleo do tipo adequado de bomba, melhoria do rendimento do

    motor, reduo pela variao de velocidade, alm de associaes adequadas de bombas

    (srie ou paralelo) para atender a variaes de carga. Para sistemas de ventilao,

    tambm se baseando no PNE 2020, podem-se citar as MEEs e as respectivas

    penetraes e economias potenciais, conforme indica a Tabela 18.3.

  • 241

    Tabela 18.3: MEE em sistemas de ventilao e as respectivas penetraes e economias. 6

    MEE Comentrios

    Reduzir a energia requerida

    Reduzir os efeitos de sistema com melhores projetos

    de entrada e sada

    Economias de at 25%

    Reduzir o sobre dimensionamento Redues de 1 a 5%. Em geral, melhor reduzir ou

    controlar a velocidade do que trocar o ventilador.

    Reduzir ou controlar a velocidade

    Trocar as palhetas por AVAs Estimativas de 14 a 49% de economia em palhetas

    de entrada. Na sada as economias so maiores,

    porm h menos aplicaes.

    Melhorar os componentes

    Substituir as correias em V padro por correias

    dentadas

    Metade das aplicaes possuem correias, 2/3 das

    quais so padro, com eficincia de 90 a 97%, contra

    94 a 98% das dentadas.

    Usar modelos mais eficientes Embora os rendimentos variem muito com os

    modelos de rotor, h oportunidades reduzidas de

    melhora.

    Operao e manuteno

    Melhores prticas de manuteno: ajustar correias,

    limpar ventiladores e trocar filtros regularmente

    Economias de 2 a 5%, aplicveis a todos os casos.

    MEE Penetrao Economia Economia

    Lquida Baixa Mdia Alta

    Reduzir a energia requerida 5% 15% 25% 10% 1,5%

    Reduzir ou controlar a velocidade 5% 10% 15% 20% 2%

    Melhorar os componentes 15% 20% 60% 5% 1%

    Operao e manuteno 25% 50% 60% 2% 1%

    Economia total 5,5%

    Para ventiladores industriais, por exemplo, muito importante a adequao da

    instalao, evitando turbulncias que ocasionam maior consumo de energia para um

    mesmo fim; dessa forma, os arranjos podem apresentar condies adequadas e

    inadequadas de instalao para ventiladores de teto, axiais em tubos e centrfugos.

    18.4.3 Compressores de ar

    O ar-comprimido utilizado em quase todas as indstrias. Porm, por ser um

    acessrio produo, geralmente no se atribui a esta utilidade o devido cuidado no

    projeto e manuteno dos sistemas. Ampliaes so feitas muitas vezes quando se

    atinge o limite da instalao, procurando solucionar uma necessidade imediata,

    resultando em sistemas com mltiplas oportunidades de melhorias quanto eficincia.

    Em alguns casos, perdas somente em vazamentos demandam metade da capacidade

    instalada. A Tabela 18.4 expe as medidas de eficincia energtica em sistemas de ar.

  • 242

    Tabela 18.4: MEE em sistemas de ar-comprimido. 6

    MEE Comentrios

    Reduzir a energia requerida Reduzir a presso do sistema com melhor projeto

    e melhores componentes auxiliares (filtros e

    secadores)

    Economias entre 4 e 6%. No inventrio, 15% das

    instalaes haviam reconfigurado a tubulao e

    filtros.

    Reduzir a demanda por ar comprimido,

    eliminando utilizaes esprias

    Ar comprimido utilizado para sopro,

    resfriamento, limpeza ou movimentao de peas,

    o que pode ser substitudo por equipamentos

    especficos, como boas economias de energia.

    Estima-se em at 20%, incluindo cortar a

    alimentao de trechos no mais utilizados, a

    economia que pode ser conseguida.

    Descentralizar o sistema quando usos em locais

    remotos tiverem requisitos especiais como

    presses mais elevadas, ar mais limpo ou alto

    volume por pequenos intervalos.

    Sistemas descentralizados nem sempre poupam

    energia. Porm, economias de at 5% podem ser

    atingidas

    Melhorar as condies de suprimento; usar ar

    externo

    Economias entre 4 e 6 %. Pode haver aumento de

    atividades de O&M.

    Adequar o sistema de compresso carga Dimensionar os compressores para um corte

    eficiente

    Compressores para atender carga de base devem

    funcionar prximos ao rendimento mximo.

    Compressores de parafuso ou alternativos

    alimentam a carga varivel. Economias de at 5%

    Controle de compresso

    Instalar controle de carga parcial padro

    incluindo automao e armazenamento

    Aplicvel maioria dos sistemas. Economias de 3

    a 7%

    Instalar controle micro processado no sistema e

    compresso

    Esses controles reduzem a banda morta de 10 a 2

    psi. Economias de 2 4%.

    Usar compressores em paralelo e instalar

    controles multiunidades para reduzir carga

    parcial

    Economias de 10 a 15%. S usar em sistemas com

    muitos compressores, no s 2 ou 3.

    Instalar AVAs para compressores rotativos Para compressores com carga varivel AVAs so a

    melhor opo, com economias da ordem de 10%

    Melhorar equipamentos Trocar antigos compressores alternativos e de

    parafuso por modelos mais eficientes

    Alguns compressores antigos so bem eficientes.

    Variaes de rendimento podem variar de 10 a

    20%

    Operao e Manuteno Reduzir vazamentos por um programa contnuo

    de manuteno em reguladores, engates-rpidos,

    tubulao, flexveis e outros pontos de conexo

    Economias de 15 a 25%

    Melhorar a manuteno, por exemplo, de

    vlvulas em compressores alternativos ou

    trocadores de calor em compressores centrfugos

    Economias de 2 a 5%

    Trocar filtros regularmente, tanto no compressor

    como nos pontos de uso

    Economias com troca de filtro no compressor 1 a

    2% nos pontos de uso 3%

    MEE Penetrao Economia Economia Lquida Baixa Mdia Alta

    Reduzir a energia requerida 20% 30% 40% 20% 6%

    Adequar o sistema de compresso carga 5% 10% 15% 3% 0,3%

    Controle de compresso 15% 25% 40% 10% 2,5%

    Melhorar equipamentos 5% 15% 20% 5% 0,8%

    Operao e manuteno 50% 75% 85% 10% 7,5%

    Economia total 17,1%

  • 243

    Dentre as principais medidas para sistemas de ar-comprimido, encontram-se o uso de ar

    externo sala na suco (ar mais frio ocupa menor volume, demandando menos

    potncia do compressor), a manuteno dos filtros de aspirao, mantendo-os limpos, o

    ajuste adequado da presso de desarme, a correo de vazamentos na linha, retificao

    do traado da linha (reduo da perda de carga), e a recuperao da energia trmica

    utilizada.

    18.4.4 Sistemas de refrigerao

    Considera-se, neste uso final, os sistemas de refrigerao de materiais e produtos

    e condicionamento ambiental. Assim como nas outras aplicaes, algumas MEEs

    podem ser aplicadas a estes dispositivos, tais como:

    Reduo da energia requerida: poderiam ser consideradas medidas para evitar cargas desnecessrias, ou refrigerados a temperatura menor que a exigida, espaos

    refrigerados com baixo aproveitamento, vedaes insuficientes, incluindo portas e

    cortinas, condensadores prximos a fontes de calor, bem como restries nas

    tubulaes de fluido refrigerante.

    Controle da velocidade do motor: semelhante ao que se considerou para compressores de ar, incluindo bombas e ventiladores auxiliares.

    Adequao do sistema carga: sistemas so dimensionados frequentemente para o pico de carga, sem maiores consideraes para carga parcial, o que ocorre sempre

    com sistemas de refrigerao, em funo da variao da temperatura ambiente.

    Muitas MEEs so aplicveis: prover vrios estgios, desligamento automtico,

    sistemas paralelos.

    Atualizao de equipamentos acessrios como: bombas, ventiladores e torres de resfriamento.

    Operao e manuteno: operar adequadamente, ajustando variveis s condies de momento e manter programas de manuteno, com limpeza de filtros e

    serpentinas, recomposio da isolao, recuperao de vazamentos e umidade no

    refrigerante, ajuste e lubrificao podem trazer redues substanciais de energia.

    Adequao da temperatura: quando uma temperatura abaixo da requerida ajustada.

    Adequao da iluminao: quando utilizada iluminao incandescente na cmara;

    Adequar o controle: quando nem chaves de temperatura ou presso so providas, liberando o funcionamento contnuo do sistema.

    Adequar localizao e isolao: quando h incidncia de raios solares ou isolamento deficiente.

    Adequar vedao por portas e cortinas: quando estas causam perdas excessivas.

    Adequar a forma de armazenagem, no prejudicando a livre circulao do ar frio.

    Adequar localizao, evitando a proximidade de fontes de calor.

    Instalar controle de iluminao, desligando-a quando no necessria.

    Evitar formao de gelo, que prejudica a troca de calor.

    Operao e manuteno adequadas, por exemplo: limpeza do condensador, troca de filtros, conjunto motor-compressor no alinhado ou mal fixado base, vazamentos

    de leo ou isolamentos adequados.

    Outras medidas e recomendaes como: manter o colarinho da hlice do condensador ou instalar o condensador em reas ventiladas e sem outras fontes de

    calor.

  • 244

    18.4.5 Calor de processo

    Calor de processo a troca de calor com fluidos trmicos ou com vapor dgua para determinado uso. Faz sentido em se falar de calor de processo para aplicaes

    industriais, apesar de uma pequena parcela de utilizao para produo de eletricidade

    no setor comercial com o uso de algumas pequenas caldeiras em hospitais, hotis e

    lavanderias. Embora este uso final, principalmente o vapor, seja largamente empregado

    na indstria, a sua gerao por meio de energia eltrica pequena, uma vez que mais

    vantajoso, tanto do ponto de vista econmico como exergtico, faz-lo com o uso de

    combustveis como leo combustvel, gs natural ou bagao de cana. Inclui-se tambm,

    como calor de processo, o uso de eletricidade para aquecimento de gua, como piscinas, em clubes e academias, e chuveiros eltricos e boilers em residncias,

    hospitais e hotis. O aquecimento de piscinas, se feito por aquecedores de passagem ou

    boilers a resistncia, pode ser mais eficiente por uso de bombas de calor.

    De forma ampla, melhorias na eficincia no processo global podem ento ser

    conseguidas por: tratamento de gua (minimizando os depsitos nos tubos de gua, que,

    alm das implicaes de segurana, acarretam sensveis redues de desempenho),

    isolamento da caldeira, isolamento das linhas de vapor, manuteno dos purgadores

    (podem representar uma perda sensvel da carga trmica do vapor), manuteno da

    eficincia no uso final (com a limpeza das superfcies de condensao, da adequada

    drenagem de condensado e retirada do ar).

    Outra medida de uso racional de energia quanto gerao de calor de processo

    a substituio do energtico de eletricidade, para aquecimento solar ou gs natural, de

    acordo com a disponibilidade, uma vez que o aquecimento de gua responsvel por

    cerca de 25% do consumo residencial de energia eltrica, sendo que, aproximadamente

    70% dos domiclios com acesso eletricidade utilizam para este fim o chuveiro eltrico.

    18.4.6 Aquecimento Direto

    O aquecimento direto um processo de converso entre energia eltrica e

    energia trmica, geralmente feita por resistores; possuem elevada eficincia energtica

    de transformao, porm existem melhorias que podem ser feitas pelo controle do

    processo, otimizando a carga, reduzindo tempos mortos entre operaes, evitando as perdas por paredes e portas, melhorando o controle da temperatura. Os investimentos

    so, em geral, pequenos embora os ganhos tambm no sejam grandes. A principal

    participao, neste uso final assim como na maioria das aplicaes, est no setor

    industrial, nesse caso por meio dos fornos eltricos, sendo que os maiores consumos de

    eletricidade do-se nos fornos a arco, presentes no setor de ferro de ligas e nos

    processos de obteno de metais no ferrosos.

    As MEEs, neste uso final, esto relacionadas ao uso de equipamentos mais

    eficientes como fornos contnuos, alm de adaptaes de melhor circulao do ar,

    isolao mais eficiente e carga mais bem distribuda. Pode-se, tambm, aumentar a

    eficincia energtica no uso de fornos com sistemas de controle mais ajustados, melhor

    aproveitamento do forno com planejamento e controle da produo, carregamentos mais

    prximos da carga nominal, menores intervalos entre bateladas, otimizao do tempo de

    abrir e fechar porta. Os melhoramentos obtidos em fornos eltricos refletem,

    geralmente, na densidade de potncia, dada em kW/m2 da parede do forno.

  • 245

    18.4.7 Iluminao

    Este uso final responsvel por, aproximadamente, 23% do consumo de energia

    eltrica no setor residencial, 44% no setor comercial e servios pblicos e 1% no setor

    industrial.7 Em relao aos servios pblicos, aproximadamente dois teros so

    utilizados para iluminao de ruas. As tcnicas de iluminao tm sofrido um progresso

    acelerado em termos de eficincia energtica nas ltimas dcadas, no s em termos de

    lmpadas5mais eficientes, como em reatores, luminrias e controladores de luz.

    A eficincia de cada tipo de lmpada, dada pelo parmetro de eficincia

    luminosa (E.L) de uma determinada fonte, obtida pelo quociente de fluxo luminoso

    total emitido pela fonte em lmens e a potncia por ela consumida em Watts. Uma

    lmpada incandescente de 100 W, por exemplo, produz um fluxo luminoso de 1470

    lmens e apresenta uma E.L de 14,7 lm/W; por outro lado, uma lmpada fluorescente

    compacta de 23 W, que produz um fluxo luminoso de 1500 lmens, apresenta uma E.L

    de 65,2 lm/W. A Figura 18.5 demonstra as faixas de eficincia das lmpadas mais

    utilizadas. A maior eficincia energtica em iluminao, de forma geral, pode ser

    conseguida desde o bom aproveitamento de iluminao natural, que acima de tudo deve

    nortear cada processo de maior eficincia de iluminao, at o uso de dispositivos que

    proporcionam maior ndice luminotcnico, com menor gasto de energia eltrica.

    O Controle do acendimento se tornou muito comum em diversas instalaes,

    uma vez que usual ter-se um pequeno ponto de trabalho sendo usado para uma imensa

    rea iluminada. Atualmente existem vrios dispositivos como sensores de presena ou

    timers, que podem promover o uso racional da iluminao artificial.

    Figura 18.5: Eficincia de lmpadas.

    7

    18.5 Auditoria ou Gerenciamento Energtico

    Promover a eficincia energtica , essencialmente, utilizar o conhecimento de

    forma aplicada, empregando os conceitos da engenharia, da economia e da

    administrao aos sistemas energticos. Contudo, dado diversidade e complexidades

  • 246

    desses sistemas, interessante apresentar tcnicas e mtodos para definir objetivos e

    aes para melhorar o desempenho energtico e reduzir as perdas nos processos de

    transporte, armazenamento e distribuio de energia. Os processos de gerenciamento ou

    auditoria energtica trazem os fundamentos para aplicao de tais tcnicas e mtodos.

    Para o uso eficiente da energia so oportunas todas as medidas de reduo das

    perdas e de racionalizao tcnico-econmica dos fatores de produo, cabendo tambm

    observar o carter estratgico e determinante que o suprimento de eletricidade e

    combustveis apresenta em todos os processos produtivos.

    O gerenciamento energtico tem o objetivo de tornar mais eficientes as

    instalaes, sistemas e equipamentos, alm de responder a dois desafios: avaliar o

    montante de energia ou a demanda energtica necessria ao atendimento de suas

    necessidades atuais e futuras, bem como adquirir ou contratar no mercado essa

    disponibilidade de energia. Muitas empresas esto agregando tambm ao processo de

    gesto energtica a questo ambiental. O processo de gesto envolve, ainda, restries

    financeiras e disponibilidades de recursos, sejam de pessoal ou de materiais,

    ferramentas e metodologias de anlise, alm de aspectos tecnolgicos e diversas reas

    de conhecimento. A gesto e a otimizao energtica passa por uma avaliao

    permanente de sua matriz energtica, estabelecendo estratgias nos montantes de

    aquisio de energia eltrica e autoproduo, evitando, nesse caso, o custo no transporte

    de energia em suas diversas formas.

    Antes de realizar qualquer atividade, preciso conhecer e diagnosticar a

    realidade energtica para ento estabelecer as prioridades, implantar os projetos de

    melhoria e reduo de perdas e acompanhar seus resultados em um processo contnuo.

    Tal abordagem vlida para instalaes novas, em carter preventivo, ou instalaes

    existentes, em carter corretivo.

    De uma forma geral, a auditoria energtica atua para identificar os pontos de

    atuao e quantificar as medidas, podendo ser, de forma genrica, apresentada de

    acordo com o fluxograma da Figura 18.6.

    Figura 18.6: Etapas de um diagnstico energtico.

    8

  • 247

    18.6 Principais Barreiras e Dificuldades Eficincia Energtica

    As principais barreiras relacionadas ao desenvolvimento da Eficincia

    Energtica, principalmente em pases e regies em que essa prtica recente, podem ser

    divididas em cinco temticas principais, a saber: dificuldades tecnolgicas, culturais,

    econmicas, financeiras e institucionais.

    Do ponto de vista tecnolgico, deve-se atentar para o uso de equipamentos

    eficientes, que muitas vezes no possuem custos competitivos no mercado, e no caso de

    pases recm-inseridos na temtica, a indstria apresenta defasagem quanto fabricao

    e ao uso de tais equipamentos.

    As questes culturais so muito presentes em mudanas no perfil de uso de

    recursos energticos, uma vez que, durante um longo perodo de tempo, no existiu a

    preocupao de uso racional nos hbitos da populao. Portanto, as barreiras da

    disseminao de eficincia energtica esto relacionadas falta de conhecimento das

    tcnicas de uso eficiente, deciso de compra pelo custo inicial e, por fim, ao

    comportamento tendencioso ao desperdcio.

    As questes econmicas, financeiras e institucionais se relacionam ao preo da

    energia, ao custo de capital elevado, s incertezas quanto evoluo dos preos da

    energia, difcil aceitao pelos bancos dos contratos de performance e limitao do

    mercado de eficincia energtica. Os contratos de performance ainda carregam

    empecilhos pela pouca difuso do conceito, inclusive com os agentes financeiros, pela

    dificuldade de garantia de financiamento e pela baixa capacitao empreendedora das

    ESCOs.

    18.7 Eficincia Energtica no Mundo

    As polticas de eficincia energtica so parmetros que revelam o grau de

    importncia desta ao em um determinado pas ou regio. A busca de eficincia

    energtica, de forma ampla, j bastante difundida nos pases desenvolvidos,

    principalmente pela dimenso tomada pela conservao de energia quando aplicada em

    demandas to elevadas de recursos energticos.

    Um indicador sobre o desenvolvimento de eficincia energtica so os

    programas de etiquetagem em equipamentos. Muitos pases j aderem a tal prtica,

    porm algumas regies trazem essa ideia de longa data, caso dos Estados Unidos e

    pases da Europa. A Figura 18.7 demonstra o percentual de pases que utilizam

    etiquetagem e normas para questes de rendimento em refrigeradores.

    Figura 18.7: Percentual de pases que utilizam etiquetas em refrigeradores

    9.

  • 248

    18.8 Eficincia Energtica no Brasil

    Assim como outros pases, aps as grandes crises do petrleo, o Brasil repensou

    suas polticas energticas, voltando suas atenes na busca do uso eficiente de energia.

    No intuito de apoiar a utilizao racional de energia, o pas desenvolve mecanismos de

    eficincia energtica suportado por vrios programas; o primeiro grande movimento, o

    PROLCOOL, desenvolveu-se por volta de 1975, justamente em virtude do problema

    relacionado ao dficit de derivados de petrleo. No decorrer dos anos, outros programas

    se estabeleceram no Brasil: o PROCEL (Programa Nacional de Conservao de Energia

    Eltrica) e o CONPET (Programa Nacional de Racionalizao do Uso de Derivados de

    Petrleo e do Gs Natural), alm da Lei de Eficincia Energtica e de aes

    institucionais de relevada importncia, como a obrigao contratual das empresas

    distribuidoras de energia eltrica de investir um percentual de sua receita em Programas

    de Eficincia Energtica (PEE).

    A Figura 18.8 apresenta um breve histrico com os principais acontecimentos e

    marcos legais que influenciaram o desenvolvimento de iniciativas e programas para a

    aplicao de prticas voltadas para o uso eficiente de energia no Brasil.

    Figura 18.8: Linha do tempo eficincia energtica no Brasil.

  • 249

    O Programa de Eficincia Energtica conduzido pela agncia reguladora se

    baseia em um contrato de concesso firmado pelas empresas concessionrias do servio

    pblico de distribuio de energia eltrica com a ANEEL, estabelecendo obrigaes e

    encargos perante o poder concedente. Uma dessas obrigaes consiste em aplicar

    anualmente o montante de, no mnimo, 0,5% de sua receita operacional lquida em

    aes que tenham por objetivo o combate ao desperdcio de energia eltrica, o que

    consiste no Programa de Eficincia Energtica das Empresas de Distribuio - PEE.

    Para o cumprimento dessa obrigao as concessionrias devem apresentar ANEEL, a

    qualquer tempo, por meio de arquivos eletrnicos, projetos de Eficincia Energtica e

    Combate ao Desperdcio de Energia Eltrica, observadas as diretrizes estabelecidas para

    a sua elaborao.

    A partir de 1985, o Brasil comeou a implantar o PBE (Programa Brasileiro de

    Etiquetagem), ao estrutural de destaque baseada em experincias internacionais de

    sucesso, que visa ao estabelecimento de padres e etiquetas de eficincia energtica dos

    equipamentos, de forma voluntria ou compulsria. A outorga do Selo PROCEL de

    Economia de Energia, por exemplo, contribuiu para a melhoria do rendimento

    energtico de materiais e equipamentos eltricos e capacitou tecnologicamente centros

    de pesquisa e laboratrios. Ao se comparar a realidade atual com o cenrio de 20 anos

    atrs, quando o PROCEL foi institudo, no difcil reconhecer como a situao evoluiu

    e que diversas barreiras foram removidas. A Tabela 18.5 apresenta os resultados obtidos

    pelo PROCEL entre 1986 e 2005. Com efeito, hoje so ofertadas no mercado inmeras

    tecnologias eficientes, a preos bastante atrativos. Para isso, foi fundamental o papel

    desempenhado pela etiquetagem e pelos prmios, que ajudaram a divulgar as

    alternativas eficientes. A rede de laboratrios, hoje fortalecida e mais capacitada, prov

    os servios necessrios garantia da qualidade dos produtos e segurana dos

    consumidores, reconhecidas por meio de etiquetas e selos credibilizados pelas marcas

    do INMETRO, CONPET e PROCEL. Atualmente, os consumidores brasileiros, ainda

    relativamente mobilizados pela memria residual da crise energtica de 2001,

    permanecem sensveis ao custo da energia e ameaa do desabastecimento.

    Tabela 18.5: Resultados obtidos pelo PROCEL 1986-2005.

    5

    Tendo em vista todas as conquistas e os resultados j obtidos por meio dos

    Programas Nacionais de Eficincia Energtica, a Empresa de Pesquisas Energticas

    (EPE), por meio do PNE 2020, faz referncia necessidade de uma Poltica bem

    consolidada de Eficincia Energtica no Brasil, que, j em grande parte implcita nas

    aes desenvolvidas, deve propiciar um avano significativo na mobilizao e nas aes

    dos diversos agentes econmicos que devem participar desse esforo nacional.

    Atualmente o Brasil encontra-se frente a um cenrio extremamente favorvel ao

    fortalecimento do mercado de eficincia energtica, dispondo de um imenso potencial a

  • 250

    ser explorado, porm este mercado e este potencial no parecem estar se concretizando

    na prtica. Portanto, o grande desafio, hoje, tornar sustentvel o mercado e a atividade

    empresarial da eficincia energtica no Brasil.

    Outro grande marco quanto a mecanismos de controle para a manuteno de

    eficincia energtica no Brasil foram as medidas de racionamento adotadas em 2001 e

    2002, que contriburam para a reduo do consumo residencial e revelaram que ainda h

    um grande potencial de eficincia energtica em todos os setores de consumo, e que

    fundamental se ter uma poltica de eficincia energtica estruturada.

    O clculo do potencial de economia de energia realizado com base na energia

    perdida, que pode ser obtida a partir dos Rendimentos Energticos correntes e de

    referncia, aliados transformao de cada insumo energtico e de cada uso final.

    18.9 Referncias

    1. PANESI, A. R. Q. Fundamentos de Eficincia Energtica. Ed. Ensino Profissional. So Paulo, 2006.

    2. SANTOS, A.H.M. et al. Conservao de energia: eficincia energtica de equipamentos e insltalaes. 3. ed. Itajub: FUPAI, 2006.

    3. FRANA, A. F. R. T., CASEIRO, L. P. V. C. Cogerao e Trigerao. Disponvel em: . Acesso em: 23 de ago. 2011.

    4. EMPRESA DE PESQUISA ENERGTICA. Balano Energtico Nacional (BEN) e Balano de Energia til (BEU). Disponvel em: . Acesso em: 24 de ago. 2011.

    5. EMPRESA DE PESQUISA ENERGTICA Plano Decenal de Energia - PDE 2019. Disponvel em: . Acesso em 25 de ago. 2011.

    6. EMPRESA DE PESQUISA ENERGTICA Plano Nacional de Energia - PNE 2030. Disponvel em: . Acesso em 25 de ago. 2011.

    7. OSRAM. Manual Prtico de Luminotcnica. Disponvel em: . Acesso em: 29 de ago. 2011.

    8. MARQUES, M. C.S. Eficincia Energtica: teoria & prtica. Itajub, FUPAI, 2007.

    9. WORLD ENERGY COUNCIL. Energy Efficiency Policies around the World: Review and Evaluation. Disponvel em: . Acesso em: 15

    de ago. 2011.

  • 251

    19 GASES DE EFEITO ESTUFA

    Na Tabela 19.1, so apresentados os principais gases de efeito estufa (GEE) e seu potencial de causar aquecimento global em comparao com o gs carbnico.

    Tabela 19.1: Principais gases do efeito estufa (GEE)

    1

    Nome do gs Frmula

    qumica

    Tempo de vida no

    ar (anos)

    Potencial de aquecimento global em um

    dado horizonte de tempo

    20 anos 100 anos 500 anos

    Dixido de carbono CO2 n.d. 1 1 1

    Metano CH4 12 72 25 7.6

    xido nitroso N2O 114 289 298 153

    CFC-12 CCl2F2 100 11 000 10 900 5 200

    HCFC-22 CHClF2 12 5 160 1 810 549

    Tetrafluormetano CF4 50 000 5 210 7 390 11 200

    Hexafluoretano C2F6 10 000 8 630 12 200 18 200

    Hexafluoreto de

    enxofre

    SF6 3 200 16 300 22 800 32 600

    Trifluoreto de

    nitrognio

    NF3 740 12 300 17 200 20 700

    n.d.: no determinado

    O problema est no fato de que as atividades humanas, particularmente a

    produo de energia via combustveis fsseis, geram os GEEs e intensificam esse

    processo natural, levando o planeta a se aquecer mais do que aconteceria em condies

    normais. possvel ver, na Figura 19.1 seguinte, a emisso de gs carbnico por energia

    consumida nos pases do mundo, o que mostra o quo sujas ou limpas so as matrizes

    energticas desses pases.

    Figura 19.1: Emisses de gases-estufa por kWh de energia (eltrica e calorfica) consumida no mundo.

    2

  • 252

    19.1 Alternativas energticas e suas emisses de CO2

    Alternativa energtica o nome dado a cada uma das formas de produo de

    energia que no podem ser vistas como tradicionais em um dado local e em uma dada

    poca. No contexto atual, alternativas energticas so aquelas que comearam a ganhar

    fora depois das crises do petrleo, em 1970. Elas tm como pretenso diminuir a

    dependncia da humanidade pelo petrleo, em curto prazo, e substitu-lo, em longo

    prazo.

    No h uma alternativa energtica completamente livre de emisses de gases-

    estufa, ainda que no envolva a combusto de materiais carbnicos. Uma vez que o

    petrleo ainda usado no setor de transportes, qualquer maneira de se gerar energia ter

    emisses relacionadas construo da usina e fabricao do dispositivo gerador. Alm

    disso, em uma anlise envolvendo toda a vida til do dispositivo, haver as emisses

    relacionadas manuteno e a operao deste. Essa anlise culmina em um nmero

    chamado fator de emisso. Tipicamente, o fator de emisso dado em massa de gs carbnico (ou em massa de carbono, em alguns casos) por uma unidade de energia

    (como kWh) ou de distncia (como km), dependendo da necessidade de comparao. A

    Figura 19.2 prov uma viso geral das emisses de gases-estufa pelas diversas formas

    de produo de energia, para uma comparao entre elas. Dentro de cada alternativa, h

    a diferenciao entre tecnologias mais antigas e mais atuais. O fator de emisso

    utilizado est em g Ceq/kWh. A figura ainda fornece a diferenciao entre as emisses

    de chamin, ou seja, associadas estritamente gerao, e as de outras etapas da cadeia produtiva da energia.

    Figura 19.2: Comparao entre as emisses de gases-estufa de formas de produo de energia.

    3

  • 253

    19.2. As empresas participantes do Dow Jones e suas emisses

    O ndice Dow Jones de Sustentabilidade (DJSI) existe desde 1999, como uma

    forma de apontar as empresas lderes de sustentabilidade no mundo, e leva em conta

    fatores econmicos, sociais e ambientais. As informaes so obtidas com a companhia

    SAM (Sustainable Asset Management). As empresas submetem voluntariamente suas

    informaes para que a SAM as ordene por sustentabilidade e a equipe do Dow Jones

    usa essa ordenao para o clculo do seu ndice.4

    Entre os fatores ambientais avaliados pelo DJSI, esto as emisses de gases-

    estufa. Foram levantados os dados de emisso das empresas do DJSI do setor de

    utilidade pblica e de energia (inclui empresas de petrleo, gs natural e alternativas

    energticas). Os dados foram obtidos do projeto CARMA (Carbon Monitoring for

    Action)e do CDP (Carbon Disclosure Project).

    O projeto CARMA uma base de dados que contm informao de mais de

    50.000 usinas e mais de 4.000 companhias de energia ao redor do mundo. Ele

    financiado pela Iniciativa de Confronto das Mudanas Climticas, que faz parte do

    CGDev (Center for Global Development). Os dados que eles possuem so de 2007,

    obtidos da EPA (Environmental Protection Agency) das empresas dos EUA, de

    relatrios de emisso de empresas do Canad, da Unio Europeia e da ndia. Quando

    no puderam obter os dados, estes foram estimados com o uso de modelos estatsticos.

    J o CDP um relatrio que contm as estatsticas de emisses de uma amostra

    de 500 grandes empresas ao redor do mundo. O relatrio conta com uma tabela

    contendo as emisses informadas de todas as empresas, quando elas permitem a

    publicao dessas emisses. Os dados do CDP so de 2009.

    As emisses absolutas foram retiradas do projeto CDP por estarem mais

    atualizados, mas a comparao grfica entre as empresas de utilidade pblica foi feita

    com base nos dados do CARMA. Isso porque, embora os nmeros absolutos estejam

    defasados, as posies relativas das empresas no mudaram muito em relao ao

    momento presente. Na Tabela 19.2, apresentada a emisso das empresas que

    compem o ndice DJSI.

  • 254

    Tabela 19.2: Emisses de gases-estufa de cada empresa de utilidade pblica e de energia participante do

    ndice Dow Jones, segundo o projeto CDP.

    Companhia Pas Emisses totais (t) - CDP

    AGL Energy Ltd. Austrlia -

    AMEC PLC Reino Unido -

    BG Group PLC Reino Unido 8843443

    BP PLC Reino Unido 70630000

    Centrica PLC Reino Unido 11.103.697

    Companhia Energtica de Minas Gerais-CEMIG Brasil -

    E.ON AG Alemanha 158.837.794

    EDP-Energias de Portugal S.A. (EDP Produo) Portugal 21.384.671

    El Paso Corp. Estados Unidos -

    Enagas S.A. Espanha -

    EnCana Corp. Canad 10917978

    Endesa S.A. Espanha -

    Enel S.p.A. Itlia 109.862.979

    ENI S.p.A. Itlia 66200812

    Entergy Corp. Estados Unidos 48.891.292

    Fortum Oyj (Power and Heat) Finlndia 17.903.090

    Gamesa Corporacion Tecnologica S.A. Espanha -

    Gas Natural SDG S.A. Espanha x

    Iberdrola S.A. Espanha 44.918.783

    Neste Oil Oyj Finlndia -

    Noble Corp. Estados Unidos -

    Petroleo Brasileiro S/A Pref Brasil x

    PG&E Corp. Estados Unidos 3.439.406

    Red Electrica Corp. S.A. Espanha -

    Repsol YPF S.A. Espanha 28570000

    Royal Dutch Shell PLC A Reino Unido 85.000.000

    RWE AG Alemanha 247.180.000

    Sasol Ltd. frica do Sul 72680000

    Schlumberger Ltd. Estados Unidos 1890000

    Snam Rete Gas S.p.A. Itlia 1.478.335

    Statoil ASA (Hydro) Noruega 15300000

    Technip S.A. Frana -

    TERNA S.p.A. Itlia -

    Total S.A. Frana 61400000

    TransCanada Corp. Canad x

    United Utilities Group PLC Reino Unido -

    Veolia Environnement S.A. Frana 47.169.060

    Woodside Petroleum Ltd. Austrlia x

    OBS: No participou da amostragem. No respondeu/dado no pblico.

  • 255

    A matriz energtica das empresas do Dow Jones tambm foi fornecida pelo

    CARMA, para proporcionar uma correlao entre a matriz e as emisses apresentada

    na Tabela 19.3.

    Tabela 19.3: Matriz energtica de cada empresa de utilidade pblica participante do ndice Dow Jones.

    Companhia % Fssil % Hidrulica % Nuclear % Outras renovveis

    AGL Energy Ltd. 94,84 4,77 0 0

    Centrica PLC 79,96 0 0 20,04

    Companhia Energtica de

    Minas Gerais-CEMIG Pr* 0,77 99,17 0 0,06

    E.ON AG 99,41 0,59 0 0

    EDP-Energias de Portugal S.A.

    (EDP Produo) 75,96 24,04 0 0

    Enagas S.A. x x x X

    Endesa S.A. 13,95 2,11 0 83,94

    Enel S.p.A. 77,82 16,04 0 3,12

    Entergy Corp. 40,36 0,31 58,01 1,32

    Fortum Oyj (Power and Heat) 33,19 16,15 40,13 6,43

    Gas Natural SDG S.A. x x x x

    Iberdrola S.A. 59,36 18 14,84 7,8

    PG&E Corp. 1,96 40,72 57,36 0

    Red Electrica Corp. S.A. x x x x

    RWE AG 85,69 0,23 10,68 1,75

    Snam Rete Gas S.p.A. x x x x

    TERNA S.p.A. x x x x

    United Utilities Group PLC x x x x

    Veolia Environnement S.A. x x x x * Do Relatrio de Sustentabilidade da empresa (2009).

    A comparao entre as empresas que participaram do projeto CARMA foi feita

    em trs instncias: emisses, em toneladas curtas (US ton), energia gerada (em MWh) e

    em intensidade (em libras de CO2 por MWh). Pela Figura 19.3, percebe-se que as que

    possuem o maior fator de emisso so aquelas que tm a matriz com maior participao

    de fsseis. Na Figura 19.4, apresentada a matriz das empresas de utilidade pblica.

  • 256

    Legenda:

    Figura 19.3: Quadro comparativo entre algumas empresas de utilidade pblica participantes do Dow

    Jones, dados fornecidos pelo CARMA.

    Figura 19.4: Matriz energtica de algumas das empresas de utilidade pblica participantes do Dow Jones.

  • 257

    19.3 O planejamento de energia do Brasil

    A Empresa de Pesquisa Energtica (EPE), rgo subordinado ao Ministrio de

    Minas e Energia (MME), a responsvel pela divulgao do Plano Decenal de Energia

    (PDE) e do Plano Nacional de Energia (PNE). O PDE mostra o que j foi contratado e o

    que est sendo planejado em termos da matriz energtica do pas para os prximos dez

    anos (o atual o plano de 2019), e o PNE estuda as alternativas de crescimento da

    produo de energia no pas at 2030.

    De acordo com o PDE, a energia eltrica do Brasil expandir, at 2019,

    principalmente graas hidreletricidade e s fontes alternativas (solar, elica, marinha

    e hidrognio). De acordo com o texto do PDE, a escolha do Brasil crescer em

    produo de energia de maneira limpa. Apenas at 2013, h a previso de construo de termeltricas alimentadas por fontes fsseis, e uma usina nuclear est contemplada

    para entrar em funcionamento em 2015. Dos R$951 bilhes de investimentos previstos,

    os dois setores que recebero a maior quantidade so o de petrleo e gs natural, com

    R$672 bilhes, e o de eletricidade, com R$214 bilhes. Dentro do setor de energia

    eltrica, R$175 bilhes se destinam gerao e o restante, transmisso.5 A Figura 19.5

    indica a expanso esperada para o sistema eltrico brasileiro. Na Figura 19.6, pode-se

    observar a previso da configurao do sistema eltrico em 2019.

    Figura 19.5: Expanso das fontes de energia eltrica do Brasil, j contratada e planejada, at 2019.

    Figura 19.6: Composio do parque gerador de eletricidade previsto pelo PDE (2010, 2014 e 2019).

    6

  • 258

    O PDE no aposta em uma matriz energtica diferente da atual para os prximos

    10 anos, assim como o PNE 2030 e conforme indicado na Figura 19.7. Isso reflete a

    tentativa do Brasil de se manter entre os pases de matriz energtica mais limpa e, ao

    mesmo tempo, crescer economicamente. Como se pode ver nos grficos, a mudana na

    matriz relativamente pequena, no alterando muito o percentual das energias

    renovveis em comparao s no-renovveis. No campo da eletricidade, em 2030, a

    hidreletricidade continua dominante, com aumento expressivo de outras fontes

    renovveis.

    Figura 19.7: Matriz energtica brasileira em 2005 e em 2030.

    7

    19.4. Consideraes finais

    A Cemig possui uma posio invejvel em termos de emisses de gs carbnico,

    sendo a que menos emite de todas as participantes do Dow Jones. Isso significa que h

    um grande espao para a diversificao de suas fontes sem que signifique sua excluso

    do ndice. A Iberdrola um exemplo de empresa de energia com a matriz bem

    diversificada (59,36% fssil, 18% hidrulica, 14,84% renovvel e 7,8% de outras

    renovveis), e que considerada sustentvel pelos critrios do Dow Jones.

    Para o futuro, a viabilizao cada vez maior das energias renovveis pode

    permitir que elas tenham participao cada vez maior no planejamento nacional de

    energia. As oportunidades que j existem podem ser ampliadas ainda mais rpido, se

    houver interesse das concessionrias em investir nisso.

    19.5 Referncias

    1 FORSTER, P., RAMASWAMY, V. (Coord.). Changes in Atmospheric Constituents and in Radiative Forcing. Disponvel em: . Acesso

    em: 17 de ago. 2011.

    2 GREEN RHINO ENERGY. Carbon Emissions and Electricity Consumption around the world. Disponvel em: . Acesso em:

    23 de jul. 2011.

    3 SPADARO, J.; LANGLOIS, L.; HAMILTON, B. Greenhouse gas emissions of electricity generation chains - assessing the difference. Disponvel em:

    . Acesso em: 22 de ago. 2011.

  • 259

    4 DOW JONES SUSTEINABILITY INDEXES. Annual Review. Disponvel em: . Acesso em: 10 de ago. 2011.

    5 EMPRESA DE PESQUISA ENERGTICA Plano Decenal de Energia - PDE 2019. Disponvel em: . Acesso em 25 de ago. 2011.

    6 EMPRESA DE PESQUISA ENERGTICA Plano Nacional de Energia - PNE 2030. Disponvel em: . Acesso em 25 de ago. 2011

  • 260

    20 LEGISLAO E ASPECTOS REGULATRIOS EM ALTERNATIVAS ENERGTICAS

    As preocupaes levantadas com a crise do petrleo e com o aquecimento global

    levaram o mundo a voltar os olhos para formas alternativas de produo de energia. As

    menores emisses de gs carbnico apresentadas por essas alternativas e o fato de serem

    renovveis so ecologicamente atraentes no presente. Alm disso, a diminuio da

    dependncia do petrleo e, consequentemente, dos pases onde esto suas reservas uma perspectiva interessante, que justifica o investimento nas fontes alternativas de

    energia1.

    Todos esses fatores fizeram com que muitos pases no s regulamentassem o

    uso das fontes alternativas, como tambm criassem polticas de incentivo ao

    desenvolvimento e produo das alternativas energticas renovveis. Neste

    levantamento, foram encontrados 41 pases desenvolvidos e 40 pases em

    desenvolvimento que apresentam tais polticas, sendo que a mais comum a fixao de

    uma tarifa para a venda da energia eltrica vinda de fontes renovveis.

    Existem vrios tipos de poltica de incentivo s energias renovveis que um pas

    pode adotar. As legislaes podem cair em uma das dez categorias a seguir:

    Feed-in tariff: poltica de incentivo s fontes renovveis que garante a seus produtores acesso rede e fixa um preo para a venda da energia. Algumas vezes, a

    tarifa fixa, em outras, um bnus fixo adicionado tarifa.

    RPS (Renewable Portfolio Standard): uma porcentagem mnima da gerao vendida ou capacidade instalada de empresas de utilidade fixada por norma para

    que seja providenciada por energias alternativas. Essas empresas precisam assegurar

    que essa meta seja alcanada por algum mecanismo.

    Subsdios ao consumidor: pagamentos em uma parcela feitos pelo governo ou pela companhia de utilidades para cobrir uma porcentagem dos custos de capital de um

    investimento. Por exemplo, na instalao de um sistema solar trmico ou

    fotovoltaico.

    Iseno dos impostos de vendas, de energia, especiais de consumo ou reduo de imposto sobre o valor acrescentado (VAT).

    Certificados de energias alternativas negociveis (RECs): certificam a produo de uma unidade de energia renovvel. Podem ser vendidos a empresas que no

    alcanam sua cota estabelecida pela RPS ou para consumidores que queiram

    voluntariamente adquirir energia renovvel.

    Medio lquida: permite que consumidores que produzem sua prpria energia paguem apenas pela energia entregue pela empresa de utilidade. Caso sua produo

    seja maior que o consumo, o consumidor pode ser pago por isso. Se h dois

    medidores envolvidos, essa modalidade chamada faturamento lquido.

    Crdito de impostos de investimento ou produo: permite a restituio total ou parcial de investimentos em renovveis e custos de produo, graas deduo em

    impostos.

    Licitao pblica competitiva.

    Investimentos pblicos, emprstimos e financiamentos.

    Meta de energias renovveis: compromisso, plano ou meta assumido por um pas para que ele alcance determinada porcentagem de renovveis na matriz energtica

    em determinado tempo. Podem ser legisladas ou determinadas por agncias

    regulatrias e/ou ministrios.

  • 261

    Ao longo dos anos, a energia que mais se beneficiou dessas polticas foi a elica,

    experimentando um enorme barateamento nos ltimos anos. Outras que tambm se

    desenvolveram favoravelmente foram a solar fotovoltaica, a biomassa e as PCHs.

    As Tabelas 20.1-20.2, a seguir, mostram os tipos de legislao acima descritos

    por pas.

    Tabela 20.1: Polticas de promoo das Energias Renovveis.

    2

  • 262

    Tabela 20.2: Polticas de promoo das Energias Renovveis continuao.2

    Contabilizando as polticas, possvel a construo da Tabela 20.3, onde se v

    que a poltica mais comum constituda pela iseno de impostos, os subsdios e as

    tarifas de alimentao. Pode-se perceber que o Governo geralmente tem papel

    importante na promoo das energias renovveis, j que tambm alto o nmero de

    pases que se utilizam de investimentos pblicos no setor.

    Como exemplo, todos os pases da Unio Europeia (UE) possuem metas de

    crescimento da participao de renovveis em sua matriz. A combinao das polticas

  • 263

    apresentadas tem a misso de fazer com que a UE venha a dobrar sua gerao de

    Renovveis at 2020, como pode ser visto na Figura 20.1.

    Tabela 20.3: Contagem das polticas de promoo das Energias Renovveis.

    2

    Polticas Nmero de pases

    Tarifa de alimentao 45

    RPS 11

    Subsdios capitais ou subsdios ao consumidor 46

    Crdito de impostos de investimento 39

    Iseno dos impostos de vendas, de energia, especiais de consumo

    ou reduo de imposto sobre o valor acrescentado

    55

    Certificados de energias alternativas negociveis (RECs) 20

    Medio de lquidos 13

    Crdito de impostos de produo 13

    Licitao pblica competitiva 21

    Investimentos pblicos, emprstimos e financiamentos 42 Fonte: Elaborao prpria.

    Figura 20.1: Metas de participao das Energias Alternativas na Unio Europeia at 2020.2

    20.1 Legislao brasileira

    As alternativas energticas foram regulamentadas pela primeira vez em 2002,

    com o artigo 3 da Lei 10.438, de 26.4.2002, que criou o PROINFA3 Programa de

  • 264

    Incentivo s Fontes Alternativas de Energia Eltrica. O programa prev regulamentao

    para as energias da biomassa, elica e PCHs. A energia solar fotovoltaica no

    contemplada, por seu alto custo de integrao rede e pouco desenvolvimento nacional

    da tecnologia.

    A lei foi regulamentada pelos Decretos 4.541, de 23.12.2002 e 5.025, de

    30.03.2004. A princpio, previa que o PROINFA ocorreria em duas etapas. Na primeira,

    a Eletrobrs contrataria, at junho de 2004, 3300 MW de energia eltrica das fontes

    renovveis citadas (1100 MW de cada), com o princpio de funcionamento previsto para

    at dezembro de 2006. A Lei n 11.075, de 2004, prorrogou esse prazo at dezembro de

    2008. A durao do contrato de vinte anos. Essa compra seria feita a partir de um

    valor econmico a ser definido pelo Poder Executivo.

    Tambm criada a figura do Produtor Independente Autnomo, com o objetivo

    de tornar o setor mais descentralizado e competitivo. Para participar do programa, esses

    produtores precisam ter pelo menos metade do valor do empreendimento em

    equipamentos nacionais. Os recursos do programa seriam conseguidos com um rateio

    proporcional entre os consumidores finais.

    A mesma lei que criou o PROINFA criou a Conta de Desenvolvimento

    Energtico CDE, com o objetivo de garantir a competitividade das energias elica, da biomassa, de PCHs, do carvo e do gs natural. A CDE prev que no sejam gastos

    mais de 30% de recursos em uma determinada fonte, embora tambm no exija

    investimentos igualitrios.

    Houve um grande atraso na regulamentao da lei. Mais de um ano depois de

    sua publicao, o valor econmico de cada energia ainda no havia sido definido.

    20.2 Biocombustveis4

    O rgo responsvel pela regulao dos biocombustveis a ANP (Agncia

    Nacional do Petrleo). O etanol tambm regulado pelo Cima Conselho Interministerial do Acar de lcool.

    A situao dos biocombustveis no Brasil bem distinta no que diz respeito ao

    biodiesel e ao etanol. O marco regulatrio do etanol remonta ao incio do programa Pr-

    lcool, pelo Decreto 76.593 de 1975, enquanto o do biodiesel recente, lanado nos

    anos 2000 pelo Programa Nacional de Produo e Uso de Biodiesel PNPB (embora haja um PROLEO Programa Nacional de Produo de leos Vegetais para Fins Energticos, criado pela Resoluo n 7 do Conselho Nacional de Energia e ainda

    vigente, apesar de inativo).

    O etanol usado como aditivo gasolina desde 1931, com o decreto-lei n

    19.171, e correspondia por 0 a 5% do combustvel. Em 1972, essa porcentagem subiu

    para 10 a 15%, aumentou para 20 a 25% e, atualmente, segue os limites determinados

    pela lei n.10.464, de 2002.

    Quanto ao biodiesel, a Lei 11.097, de 2005, estabelece que, em at oito anos, ele

    esteja presente na proporo de 5% no diesel de petrleo comercializado no Brasil. Os

    atos legais envolvendo o biodiesel so os seguintes:

    1. Decreto de 02 julho de 2003: institui o Grupo de Trabalho Interministerial encarregado de apresentar estudos sobre a viabilidade de utilizao de leo vegetal-

    biodiesel como fonte alternativa de energia, propondo, caso necessrio, as aes

    necessrias para o uso do biodiesel.

    2. Portaria ANP 240, de 25 de agosto de 2003: estabelece a regulamentao para a utilizao de combustveis slidos, lquidos ou gasosos no especificados no Pas.

  • 265

    3. Decreto de 23 dezembro de 2003: institui a Comisso Executiva Interministerial encarregada da implantao das aes direcionadas produo e ao uso de leo

    vegetal - biodiesel como fonte alternativa de energia.

    4. Lei n 10.848, de 2004: dispe sobre a comercializao de energia eltrica, altera as Leis ns 5.655, de 20 de maio de 1971, 8.631, de 4 de maro de 1993, 9.074, de 7 de

    julho de 1995, 9.427, de 26 de dezembro de 1996, 9.478, de 6 de agosto de 1997,

    9.648, de 27 de maio de 1998, 9.991, de 24 de julho de 2000, 10.438, de 26 de abril

    de 2002, e d outras providncias.

    5. Resoluo BNDES n 1.135/2004 - Assunto: Programa de Apoio Financeiro a Investimentos em Biodiesel no mbito do Programa de Produo e Uso do Biodiesel

    como Fonte Alternativa de Energia.

    6. Resoluo ANP n 41 de 2004: fica instituda a regulamentao e obrigatoriedade de autorizao da ANP para o exerccio da atividade de produo de biodiesel.

    Estabelece o que ser um produtor de biodiesel como empresa, cooperativa ou

    consrcio de empresas autorizado pela ANP a exercer a atividade de produo de

    biodiesel, incluindo as obrigaes do produtor de biodiesel.

    7. Resoluo ANP n 42, de 2004: estabelece a especificao para a comercializao de biodiesel que poder ser adicionado ao leo diesel na proporo 2% em volume.

    Estabelece a definio do biodiesel B100 e a Portaria ANP n. 240 de 2003, que

    determina outras misturas para testes e uso experimental.

    8. Decreto 5.297, de 2004: dispe sobre os coeficientes de reduo das alquotas de contribuio para o PIS/PASEP e da COFINS, incidentes na produo e na

    comercializao de biodiesel, sobre os termos e as condies para a utilizao das

    alquotas diferenciadas, e d outras providncias.

    9. Decreto 5.298, de 2004: altera a alquota do Imposto sobre Produtos Industrializados incidente sobre o produto que menciona.

    10. Decreto 5.296 de 2004: define alquotas PIS/COFINS diferenciadas e Selo Social; 11. Lei n 11.097, de 2005: dispe sobre a introduo do biodiesel na matriz energtica

    brasileira; altera as Leis 9.478, de 6 de agosto de 1997, 9.847, de 26 de outubro de

    1999 e 10.636, de 30 de dezembro de 2002; e d outras providncia.

    12. Lei 11.116 de 2005: define o modelo tributrio e marcao, permitindo a identificao e a quantificao do biodiesel quando adicionado ao leo diesel de

    petrleo e faz parte de um conjunto de aes destinadas a garantir a qualidade e

    inibir a adulterao deste produto a ser disponibilizado sociedade em qualquer

    parte do territrio nacional (Cadernos NAE, 2005). Dispe sobre o Registro

    Especial, na Secretaria da Receita Federal do Ministrio da Fazenda, de produtor ou

    importador de biodiesel e sobre a incidncia da Contribuio para o PIS/PASEP e da

    COFINS sobre as receitas decorrentes da venda desse produto; altera as Leis n

    10.451, de 10 de maio de 2002, e 11.097, de 13 de janeiro de 2005; e d outras

    providncias.

    13. Instruo Normativa SRF n 516, de 2005: dispe sobre o Registro Especial a que esto sujeitos os produtores e os importadores de biodiesel, e d outras providncias.

    14. Instruo Normativa SRF n 526, de 2005: dispe sobre a opo pelos regimes de incidncia da Contribuio para o PIS/PASEP e da COFINS, de que tratam o art. 52

    da Lei n 10.833, de 29 de dezembro de 2003, o art. 23 da Lei n 10.865, de 30 de

    abril de 2004, e o art. 4 da Medida Provisria n 227, de 6 de dezembro de 2004.

    15. Decreto n. 5.448 de 2005: determina mistura de 2% biodiesel, regulamenta o 1 o do art. 2 o da Lei n o 11.097, de 13 de janeiro de 2005, que dispe sobre a

    introduo do biodiesel na matriz energtica brasileira, e d outras providncias.

  • 266

    16. Resoluo CNPE n. 03/2005: trata da reduo do prazo para percentual mnimo intermedirio de 2% restrito ao detentores do selo combustvel social.

    17. Decreto n 5.457, de 2005: reduz as alquotas da Contribuio para o PIS/PASEP e da COFINS incidentes sobre a importao e a comercializao de biodiesel.

    18. Instruo Normativa MDA n 01, de 2005: dispe sobre os critrios e procedimentos relativos concesso de uso do selo combustvel social.

    19. Instruo Normativa MDA n 02, de 2005: dispe sobre os critrios e procedimentos relativos ao enquadramento de projetos de produo de biodiesel ao

    selo combustvel social.

    20. Portaria MME 483, de 2005: estabelece as diretrizes para a realizao pela Agncia Nacional do Petrleo, Gs Natural e Biocombustveis - ANP de leiles

    pblicos de aquisio de biodiesel de que trata o art. 3 o, da Resoluo do Conselho

    Nacional de Poltica Energtica - CNPE n o 3, de 23 de setembro de 2005.

    21. Portaria MME n. 483/2005: estabelece diretrizes para realizao de leiles pela ANP de aquisio de biodiesel.

    22. Resoluo ANP n. 31/2005: estabelece regras e condies dos leiles pblicos de aquisio de biodiesel.

    23. Resoluo ANP n. 37/2005: estabelece termos e condies de marcao do biodiesel para a sua identificao.

    24. Resoluo CNPE n 3, de 2005: reduz o prazo de que trata o 1 do art. 2 da Lei n 11.097, de 13 de janeiro de 2005, e d outras providncias.

    25. Resoluo n 31, de 2005: regula a realizao de leiles pblicos para aquisio de biodiesel.

    26. Resoluo ANP n. 15/2006: determina as especificaes do leo Diesel B2.

    20.3 Legislao na Amrica Latina

    20.3.1 Argentina5

    A regulamentao na Argentina dada por duas leis e um decreto. A Lei 25.019

    fixa uma tarifa, mas insuficiente para incentivar a gerao elica. Tambm determina

    incentivos e benefcios fiscais s empresas que oferecem energias renovveis. A Lei

    26.190 adaptou a lei anterior nova paridade peso-dlar, e o decreto 562/2009

    regulamentou a lei em 2009, lanando o programa GENREN. De acordo com esse

    programa, 1000 MW de energias renovveis devem ser incorporados ao mercado de

    energia argentino, de acordo com a seguinte diviso:

    Biocombustveis: 150 MW. Resduos slidos urbanos: 120 MW. Energia da biomassa: 100 MW. PCHs: 60 MW. Energia geotrmica: 30 MW. Energia solar: 20 MW. Biogs: 20 MW. Energia elica: 500 MW.

    O contrato para a venda da energia dura 15 anos e deve ser firmado entre a

    Compaa Administradora del Mercado Mayorista Elctrico S.A. (CAMMESA), a

    empresa privada que comprar a energia, e a Energa Argentina S.A. (ENARSA),

    empresa pblica que agir como vendedora em nome das selecionadas pelo programa.

  • 267

    20.3.2 Porto Rico6

    A poltica do pas criar uma carteira de energias renovveis, estabelecendo que uma porcentagem mnima da energia disponvel seja proveniente de fontes

    renovveis. Outro projeto isenta de impostos empresas que se foquem em alternativas

    energticas e d outros benefcios. Estes so oferecidos em trs instncias, permitindo

    que todos, de indivduos a empresas, participem do desenvolvimento das energias

    renovveis.

    20.3.3 Chile7

    As energias renovveis do Chile foram beneficiadas por um par de leis

    chamadas Lei Curta I (lei N 19.940) e Lei Curta II (lei N 20.018), promulgadas em

    2004-2005, aps uma crise energtica provocada por um corte de abastecimento do gs

    natural argentino. Embora no tenham como foco nenhuma forma particular de

    produo de energia, essas leis regulam o setor eltrico, e facilitam a introduo de

    energias renovveis no convencionais (ERNC) no mercado.

    A Lei Curta I isenta de custos de transmisso os geradores de energia inferiores

    a 9 MW de capacidade. Ela tambm permite que os clientes livres comprem energia de

    empresas que no estejam necessariamente em sua zona, aumentando a competitividade

    da gerao e o incentivo na mesma. Outra coisa que ela determina que qualquer

    controvrsia surgida entre empresas, ou entre as mesmas e o governo deve ser resolvida

    por um Painel de Experts, composto de especialistas tcnicos na rea de energia, capazes de resolver o problema pelo prisma tcnico.

    J a Lei Curta II estabeleceu um sistema de licitaes de fornecimento, em que

    as empresas de distribuio ficam obrigadas a comprar blocos de energia das empresas geradoras. As licitaes tambm estabelecem o preo em longo prazo da

    energia adquirida.

    O Chile, em 2008, promulgou a Lei das ERNC (N 20.257), que obriga as

    empresas geradoras de energia com capacidade acima de 20 MW a vender certa

    porcentagem de energia gerada por ERNC. De 2010 a 2014, essa porcentagem ser de

    5% e, a partir de 2015, subir 0,5% anualmente at alcanar 10% em 2024. A geradora

    que no alcanar sua cota deve pagar uma multa de US$ 27 dlares por MWh de dficit.

    Muitas crticas foram feitas Lei das ERNCs, como o fato de que suas metas so

    pouco exigentes, levando em conta que projees conservadoras e pessimistas apontam

    um crescimento de mais de 15% em ERNC at 2025. Outra crtica que os organismos

    que certificaro a produo de energias renovveis no so organismos independentes

    (em alguns casos, so subordinados s empresas que devem certificar). A outra crtica

    que a maior parte das grandes empresas tem preferido pagar a multa a comprar energia

    de pequenos produtores de ERNC.

    20.3.4 Colmbia8

    A legislao sobre energias renovveis bem incipiente na Colmbia. Pequenos

    empreendimentos (abaixo de 20 MW) so regulamentados como qualquer outra

    pequena usina, enquanto grandes empreendimentos renovveis no possuem qualquer

    forma de regulao. Duas leis reforam a importncia das energias alternativas, mas no

    fornecem meios para o desenvolvimento destas: a Lei 697, de 2001, que declara a

    importncia das fontes no convencionais, e a Reforma Fiscal de 2002, que concede

    benefcios fiscais a projetos que faam parte do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo

  • 268

    (MDL). No momento, esto sendo feitas anlises e pesquisas que permitam a elaborao

    de marcos regulatrios das energias renovveis.

    20.3.5 Costa Rica9

    As alternativas energticas so regulamentadas pela Lei 7508, que autoriza a

    gerao autnoma ou paralela de at 20 MW. A energia gerada a partir dos resduos

    slidos urbanos no contemplada por essa lei, segundo o artigo 1. Os

    empreendimentos devem concorrer em licitao, e o contrato no deve ultrapassar os

    vinte anos.

    A licitao da explorao dessas formas de energias do tipo BOT (construo,

    operao e transferncia), o que significa que, ao fim do prazo do contrato, a usina ser

    revertida ao Estado.

    20.3.6 Equador10

    A legislao das energias alternativas no Equador feita pela regulao

    CONELEC No. 009/06. A lei abrange PCHs at 10 MW de capacidade e demais

    empreendimentos at 15 MW de capacidade. Em casos de maior capacidade, os

    primeiros 15 MW devem obedecer a essa regulao, e os demais sero negociados como

    se fossem gerados por usinas convencionais. A regulao ainda pontua que esses limites

    podem ser reajustados futuramente, dependendo do desenvolvimento do mercado.

    Os preos determinados para a compra de cada uma das energias se encontra na

    Tabela 20.4, com vigncia de 12 anos a partir do fechamento dos contratos (acontecido

    em 2008). Se o produtor, sozinho, precisar construir uma linha de transmisso para

    conectar a linha rede, haver um adicional de 0,06 centavos USD/kWh/km, com um

    limite mximo de 1,5 centavos USD/kWh/km, ao preo da energia.

    Tabela 20.4: Preo de compra das energias alternativas no Equador.

    CENTRAIS PREO (cUSD/kWh)

    Territrio Continental

    PREO (cUSD/kWh)

    Territrio Insular de

    Galpagos

    Elicas 9,39 12,21

    Fotovoltaicas 52,04 57,24

    Biomassa e biogs 9,67 10,64

    Geotrmicas 9,28 10,21

    Pequenas centrais hidroeltricas at

    5 mw

    5,80 6,38

    Pequenas centrais hidroeltricas

    maiores que 5 mw at 10 mw

    5,00 5,50

    Fonte: CONELEC

    20.3.7 Mxico11

    Em 2008, foi promulgada pelo Governo do Mxico a Lei para o Aproveitamento

    de Energias Renovveis e Financiamento da Transio Energtica (LAERFTE). Ela

    regula todas as formas de produo de energia exceto a energia nuclear, a hidrulica

    acima de 30 MW, resduos slidos que sejam incinerados ou sofram qualquer

    tratamento trmico e rejeitos sanitrios que no cumpram as normas ambientais.

    Os empreendimentos com capacidade acima de 2,5 MW devem contribuir com a

    comunidade em que esto inseridos.

  • 269

    20.3.8 Nicargua12

    A Lei 532, de 2005, oferece uma srie de exoneraes fiscais a

    empreendimentos de energias renovveis por um perodo que pode chegar a dez anos.

    As distribuidoras so obrigadas a contratar determinada porcentagem de sua matriz em

    fontes renovveis. Por fim, a lei determina que as geradoras que fazem uso dos

    benefcios nela listados tm de vender a energia em uma faixa de preo entre 5,5

    cUSD/kWh e 6,5 cUSD/kWh.

    Uma proposta governamental que ainda est em fase de aprovao que as

    licitaes pblicas sejam suspensas, e as energias alternativas passem a fazer parte de

    um sistema de contratao direta.

    20.3.9 Panam13

    A legislao panamenha isenta de impostos, pela lei 45, todo e qualquer

    equipamento relacionado s energias renovveis seja na gerao, transmisso ou consumo.

    20.3.10 Repblica Dominicana14

    A lei da Repblica Dominicana incentiva as energias renovveis, isentando de

    impostos de importaes os equipamentos de gerao, transformao, transmisso e

    transformao e de imposto de renda as instalaes por um perodo de dez anos (desde

    que elas tenham pelo menos 35% do seu valor de instalao em equipamentos

    nacionais). Alm disso, oferece vrios outros incentivos fiscais para autoprodutores,

    projetos comunitrios e projetos que reduzam as emisses de gases-estufa.

    20.3.11 Uruguai15

    As energias solar fotovoltaica e da biomassa no possuem regulamentao

    especfica, embora existam empreendimentos no pas. Essas duas formas so

    contempladas de forma breve na Lei 18.597 (lei de eficincia energtica).

    J a gerao solar trmica contemplada pela Lei 183.595 (ainda sem decreto

    regulatrio), que cita as condies para sua permisso de uso.

    O Decreto 77/2006 estabelece uma licitao em um modelo semelhante ao

    brasileiro, pelo qual uma empresa estatal compra uma cota de energia renovvel. A

    UTE estatal uruguaia deveria comprar 60 MW de fontes alternativas de energia. Ao fim da licitao, adquiriu 40 MW de geradores por biomassa e 20 MW de geradores

    elicos.

    J a Lei 18.362, de outubro de 2008, estabelece as clusulas da servido elica.

    Com isso, a produo de energia elica passa a ser de utilidade pblica. At 2009, essa

    lei ainda no havia sido regulamentada.

    O Decreto 403, de 2009, d s diretrizes para a compra de 150 MW de energia

    elica: cada empreendimento ter entre 30 a 50 MW, a UTE comprar a energia pelo

    preo acordado por at 20 anos, as empresas devero ter comprovada experincia

    internacional e ainda h a possibilidade de solicitar benefcios fiscais concedidos pela

    Lei 19.906 e pelo Decreto 354/09.

    Os biocombustveis so regulamentados pela Lei 18.185 e pelo Decreto 523, de

    2008. Eles determinam o fim do monoplio da estatal ANCAP (Administracin

    Nacional de Combustibles, Alcoholes y Portland) na produo de etanol, a proibio

  • 270

    parcial de importao de matria-prima, a definio do mercado de etanol e combustvel

    e a obrigao da ANCAP em compr-los.

    20.3.12 Venezuela16

    A Venezuela no tem uma legislao especfica sobre as alternativas energticas,

    mas um projeto de lei tramita pela Assembleia Nacional. Atualmente, a definio de

    energias renovveis dada pela Lei Orgnica do Ambiente (LOA).

    O Ministerio para el Poder Popular de la Energa y Petrleo (MENPET)

    determina que os novos empreendimentos em energias renovveis se cadastrem no site

    do Ministrio, mas no determina nenhum outro regulamento especfico.

    No caso da Venezuela, a virtual inexistncia de leis contemplando alternativas

    energticas atribuda a sua grande produo de petrleo e gs natural.

    20.4. Legislao em outras partes do mundo

    20.4.1 EUA17

    Nos EUA, funciona uma poltica muito semelhante ao Mecanismo de

    Desenvolvimento Limpo (MDL) no incentivo s fontes renovveis. O programa

    Renewable Portfolio Standard (RPS) foi iniciado em 1997 e determina uma

    porcentagem da energia das empresas que deve ser obtida de fontes renovveis. Para

    alcanar essa meta, h trs formas: produzir energia de fontes renovveis, comprar essa

    energia ou comprar crditos (Renewable Energy Credits REC), que atestam que determinada quantidade de energia renovvel foi produzida em determinado local e

    data.

    As metas, no incio do programa, eram de 3% at 2005 e 4% at 2010, mas os

    resultados positivos permitiram que a meta de 2010 fosse aumentada para 7,5%. As

    energias elica e geotrmica tm sido as maiores responsveis pelo resultado.

    O Estado da Califrnia, mundialmente conhecido por seus esforos na rea

    ambiental, estabeleceu em 1996 uma tarifa aos consumidores, que financia projetos de

    pesquisa de energias alternativas, construo de novas plantas e compra de energia

    gerada por fontes renovveis.

    20.4.2 Inglaterra18

    O Reino Unido tem uma poltica denominada Non-Fossil Fuel Obligation NFFO. O programa foi substitudo pelo Renewables Obligation, que bastante

    semelhante ao RPS norte-americano. As empresas so obrigadas a oferecer determinada

    quantia de sua energia em forma de energia renovvel. Essa energia precisa ser

    registrada no Renewables Obligation Certificate ROC. Para cumprir sua meta, a empresa pode, em vez de gerar a energia de fontes alternativas, compr-la de alguma

    fonte, comprar ROCs ou pagar uma multa ao OFGEM (Office of Gas and Electric

    Markets) britnico. Esse programa comeou em 2001 e est previsto para durar at

    2026.

    A energia hidrulica superior a 10 MW e a energia proveniente dos resduos

    municipais, comerciais e industriais no so consideradas na emisso dos ROCs, porque

    considera-se que j esto suficientemente desenvolvidas no Reino Unido.

  • 271

    20.4.3 Alemanha19

    A Lei das Fontes de Energia Renovveis (EEG) estabelece uma tarifa de

    alimentao por 20 anos. Essa tarifa diminuir com o passar do tempo. Esto sujeitos a

    essa lei os empreendimentos novos a partir dela, e aqueles que precisarem de uma

    reforma de valor superior a 50% do total de construo de um novo empreendimento. A

    Tabela 20.5 apresenta os empreendimentos elegveis.

    Tabela 20.5:Empreendimentos elegveis para receber a tarifa de alimentao.

    Energia

    elica

    Elegveis plantas onshore e offshore com as seguintes excees ( 29; 31 EEG):

    Gerao onshore ineficiente: a eletricidade da energia elica no elegvel se o sistema tiver sada de mais de 50 kW e o operador no puder provar que foram alcanados pelo

    menos 60% do rendimento de referncia para aquela rea ( 29 par. 3; 4 EEG). O

    procedimento para o clculo desse rendimento de referncia est no 29 par. 2 sentence

    3 EEG.

    Gerao offshore em reas protegidas: no elegvel a eletricidade gerada por sistemas localizados em reas de importncia ambiental ou de importncia para a

    Comunidade ( 31 par. 3 EEG).

    Energia

    solar

    Elegveis com as seguintes excees ( 32; 33 EEG):

    Locais de produo futura: no sero elegveis sistemas comissionados somente a partir de 2015 e que no cumprem certas condies ( 32 par. 2 EEG);

    Locais de produo j existente: no so elegveis sistemas que faam parte de planos de desenvolvimento a partir de 1 de Setembro de 2003 ( 32 par. 3 EEG).

    Instalaes no reportadas Agncia Nacional da Rede: no sero elegveis sistemas que no tiverem a localidade e a capacidade reportados agncia citada ( 16 par. 2

    EEG).

    Energia

    geotrmica

    Elegveis ( 28 EEG).

    Biogs Elegveis com as seguintes condies ( 24, 25, 27 EEG):

    A energia somente ser elegvel caso a planta realize cogerao ( 27 par. 3 nr. 3 EEG).

    Biomassa

    Elegveis com as seguintes condies ( 27 EEG):

    A eletricidade gerada por sistemas cuja sada seja maior que 5 MW s elegvel se a planta realizar cogerao ( 27 par. 3 nr. 1 EEG).

    Se o sistema no estiver sob a vigncia da portaria BiomasseV, s ser elegvel se o operador do sistema provar que tipo de biomassa est sendo usado, mediante um registro

    das substncias usadas ( 27 par. 3 nr. 2 EEG).

    Hidro-

    energia

    Elegvel sob as seguintes condies ( 23 EEG):

    No elegvel se for gerada por uma usina de armazenamento ( 23 par. 5 nr. 1 EEG).

    A eletricidade gerada por usinas hidreltricas s elegvel se, aps o comissionamento ou a modernizao da instalao, ela se encontra ecologicamente correta ou apresenta

    uma melhoria substancial da situao anterior;

    As usinas hidroeltricas recm-construdas e modernizada, cuja produo no ultrapassa 5 MW, e usinas hidroeltricas recm-construdas cuja capacidade seja superior a 5 MW

    s so elegveis se o sistema foi construdo sobre uma barragem j existente se ela tinha

    outros fins que no a produo de eletricidade ou no tem cobertura completa ( par 23. 6

    EEG). Fonte: Ministrio do Meio Ambiente, Conservao da Natureza e Segurana Nuclear da Alemanha.

    De 1999 at 2004, a Alemanha lanou o 100,000 Photovoltaic Roof Programme,

    sucessor do 1,000 Roof Programme de 1991, em que o German Credit Institution for

    Reconstruction garante emprstimos de at 500.000 euros sem juros para

    empreendimentos solares fotovoltaicos. O primeiro pagamente do emprstimo s feio

    no segundo ano.

    H mais tempo, a Alemanha tambm investiu na expanso da energia elica,

    com um programa de doaes e subsdios operacionais a novos empreendimentos. As

    ltimas doaes foram feitas em 1996.

  • 272

    As leis, decretos, ordens, instrues e cdigos que regulam os mecanismos

    acima expostos so:

    EEG (Lei das Fontes de Energia Renovveis): disposies gerais sobre energias

    alternativas;

    BiomasseV(Portaria da Biomassa): define o conceito de biomassa;

    StromNZV (Regulao de acesso Rede): regulao da alimentao de

    eletricidade e consumo da energia das redes de distribuio.

    20.4.4 Frana20

    Na Frana, o apoio s fontes renovveis se d por meio de uma tarifa de

    alimentao fixa, que o operador de distribuio paga ao produtor. Essa tarifa fixada

    por uma Ordem ("obrigao de concluso de um contrato", art. 10 Loi n2000-108). O

    governo francs abre licitaes para a construo de sistemas, em uma tentativa de

    alcanar as metas propostas pelo PPI (Programmation Pluriannuelle des

    Investissements), (art. 8 Loi n2000-108). As tarifas tm validade na Frana e em seus

    territrios: departamentos de alm-mar (DOM-ROM), So Pedro e Miquelo e Maiote.

    A exceo a energia elica offshore, que s recebe incentivo se for implantada na

    Frana e em sua zona econmica expandida (territrio adjacente aos limites martimos

    do pas). As licitaes so abertas a residentes em qualquer membro da Unio Europeia

    ou em pases que tenham tratados especficos com a Frana (art. 8 Loi n2000-108).

    O pas tambm trabalha com isenes fiscais: pessoas que invistam em energias

    renovveis tm crdito no imposto de renda; pessoas que instalem sistemas

    fotovoltaicos (PV) em construes podem requerer uma reduo do VAT, e construes

    j feitas com sistemas PV podem requerer iseno do imposto sobre imveis. As

    energias elegveis para esse incentivo so as energias solar fotovoltaica, elica, da

    biomassa e as vrias formas de energia hidrulica.

    O Governo federal francs no subsidia a eletricidade de fontes renovveis, mas

    esse mecanismo usado regionalmente.

    As tecnologias promovidas pela tarifa de alimentao foram definidas pelo art. 2

    Dcret n2000-1196 e regulamentadas por ordens especficas para cada tecnologia. J as

    tecnologias sujeitas s licitaes so definidas pelo art. 1 Dcret n 2002-1434,

    conforme definido na Tabela 20.6.

    O tempo pelo qual a tarifa paga e a quantia a ser paga dependem da fonte, e

    pode ser resumida a seguir:

    Energia elica: onshore: 15 anos, offshore: 20 anos. Quantia: 2.8 - 13 ct/kWh (Arrt du 17 novembre 2008);

    Energia solar (fotovoltaica): 20 anos, a 30 ct/kWh + premium de 25 ct/kWh para sistemas integrados em construes (Arrt du 10 juillet 2006 soleil);

    Energia geotrmica: 15 anos, a 12 ct/kWh + premium de 3 ct/kWh por eficincia energtica (Arrt du 10 juillet 2006 gothermie);

    Biogs: 15 anos, a 7,5 - 9 ct/kWh de acordo com o tamanho do sistema + premium de 3 ct/kWh por eficincia energtica + premium de 2 ct/kWh por produo de metano (Arrt du 10 juillet 2006 biogaz)

    Biomassa: 15 anos, a 4,9 ct/kWh + premium de 0,5 - 1 ct/kWh por eficincia energtica (Arrt du 10 juillet 2006 biogaz)

    Hidroenergia: 20 anos, a 15 ct/kWh para energias das ondas e mars. Alm disso, para energia das correntes marinhas e usinas a fio dgua, h a tarifa padro de 6,07

  • 273

    ct/kWh + premium para pequenas usinas de 0,5 2,5 ct/kWh + premium de qualidade de, no mximo, 1,68 ct/kWh (Arrt du 1er mars 2007).

    Tabela 20.6: Empreendimentos elegveis para receber a tarifa de alimentao.

    Energia

    elica

    Elegveis plantas onshore e offshore (Arrt du 17 novembre 2008), sob as seguintes

    condies:

    Apenas sistemas dentro das reas de desenvolvimento elico (zone de dveloppement olien) so elegveis.

    O mnimo e o mximo do tamanho do sistema dependem da zona em que ele est. (art. 20 Loi n2005-781).

    Energia

    solar

    Elegveis com as seguintes restries:

    Apenas sistemas onde a capacidade instalada no exceda 12 MW (art. 10 par. 2 Loi n2000-108; art. 2 Dcret n2000-1196).

    O subsdio mximo anual para sistemas na Frana: capacidade instalada de pico multiplicada por 1500 horas de carga plena.

    Quantia mxima anual para outros sistemas: capacidade instalada de pico multiplicada por 1800 horas de carga plena.

    Capacidades superiores a estes limites so elegveis para uma tarifa mais baixa (5

    ct/kWh), (art. 4 Arrt du 10 juillet 2006 soleil).

    Energia

    geotrmica

    Elegveis com a seguinte restrio:

    Apenas sistemas cuja capacidade instalada no exceda 12 MW (art. 10 par. 2 Loi n2000-108, art. 2 Dcret n2000-1196).

    Biogs

    Elegveis com as seguintes restries:

    Apenas sistemas cuja capacidade instalada no exceda 12 MW (art. 10 par. 2 Loi n2000-108; art. 2 Dcret n2000-1196).

    A eletricidade deve ser gerada pela combusto do gs, que deve ser produzido por pirlise ou fermentao de substncias e resduos da agricultura, silvicultura e indstrias

    relacionadas, ou por tratamento da gua, ou por biogs produzido por lixo domstico ou

    similares (art. 1 Arrt du 10 juillet 2006 biogaz).

    Biomassa

    Elegveis com as seguintes restries:

    Apenas sistemas cuja capacidade instalada no exceda 12 MW (art. 10 par. 2 Loi n2000-108; art. 2 Dcret n2000-1196).

    A eletricidade deve ser gerada pela combusto de combustveis no fsseis, de origem vegetal.

    Hidro-

    energia

    Elegvel sob as seguintes condies:

    Apenas sistemas cuja capacidade instalada no exceda 12 MW (art. 10 par. 2 Loi n2000-108; art. 2 Dcret n2000-1196).

    Apenas sistemas que caiam em uma das seguintes categorias so elegveis (art. 1 Arrt du 1er mars 2007): sistemas que geram eletricidade de energia das ondas e mar-motriz,

    turbinas de correntes marinha e usinas a fio dgua. A eletricidade gerada pelas estaes de armazenamento de energia que precisam de energia para reabastecer seu estoque (por

    exemplo, estaes de armazenamento por bombeamento) no elegvel para a tarifa. Fonte: Ministrio do Meio Ambiente, Conservao da Natureza e Segurana Nuclear da Alemanha.

    As leis, decretos, ordens, instrues e cdigos que regulam os mecanismos

    acima expostos so:

    1. Loi n 2000-108: Lei de modernizao e desenvolvimento do abastecimento pblico de energia.

    2. Loi n 2005-781: Lei de polticas energticas estratgicas. 3. Loi n 2004-1484: Lei que estabelece as diretrizes financeiras para 2005. 4. Loi n 2008-1425: Lei que estabelece as diretrizes financeiras para 2009. 5. Loi n 99-1172: Lei financeira de 2000. 6. Dcret n 2000-1196: Decreto sobre os limites de capacidade para diferentes

    categorias de sistemas para produo de energia de fontes renovveis que so

    elegveis para a tarifa de alimentao.

  • 274

    7. Dcret n 2009-252: Decreto que estabelece condies detalhadas para quem receber as tarifas de alimentao.

    8. Dcret n 2002-1434: Decreto que regula oferecimentos/licitaes (tenders) para sistemas de energia renovvel.

    9. Dcret n 2004-90: Decreto sobre a compensao dos custos adicionais do fornecimento pblico de energia eltrica.

    10. Arrt du 17 novembre 2008: Ordem sobre as condies de eligibilidade de usinas elicas.

    11. Arrt du 10 juillet 2006 soleil: Ordem sobre as condies de eligibilidade de sistemas solares.

    12. Arrt du 10 juillet 2006 gothermie: Ordem sobre as condies de eligibilidade de sistemas geotrmicos.

    13. Arrt du 10 juillet 2006: Ordem que estabelece condies para a compra de eletricidade gerada por biogs.

    14. Arrt du 1er mars 2007: Ordem sobre as condies de eligibilidade de usinas hidreltricas.

    15. Arrt du 9 fvrier 2005: Ordem sobre o Code Gnral des Impts. 16. Arrt du 13 novembre 2007: Ordem sobre o Code Gneral des Impts. 17. Instruction fiscale 5 B-26-05 N 147: Regulao de impostos. 18. Instruction fiscale 5 B-17-07 N 88: Regulao de impostos. 19. Instruction fiscale 5 B-10-09 N 38: Regulao de impostos. 20. Instruction fiscale 3 C-2-01 N 119: Regulao de impostos. 21. Instruction fiscale 3 C-7-06 N 202: Regulao de impostos. 22. Code Gnral des Impts, Art. 200 quater: Cdigo dos impostos franceses. 23. Code Gnral des Impts, Art. 279-0 bis: Cdigo dos impostos franceses.

    20.4.5. Espanha21

    A poltica espanhola , sob certos aspectos, semelhante alem. Os produtores

    de energias alternativas podem optar por vend-la por uma tarifa fixa, diferente para

    cada alternativa, ou pelo valor de mercado, acrescido de um bnus.

    O arcabouo legal das alternativas energticas da Espanha comea com a Lei do

    Setor Eltrico (Lei 54/1997), que regula a gerao, transmisso e venda da energia

    eltrica. Ela abre o campo da eletricidade privatizao e coloca as energias alternativas

    sob um regime especial. As empresas sujeitas a esse regime devem se registrar em uma

    categoria do Registro Administrativo Geral das Instalaes de Produo de eletricidade.

    O Decreto Real 661/2007 regulamenta a Lei.

    O decreto oferece quatro opes ao produtor: vender a energia por uma tarifa

    fixa ou vender nos mercados de vspera e de futuro ou por meio de contratos bilaterais.

    Nessas ltimas modalidades, o produtor recebe um bnus alm do preo de mercado.

    H ainda a opo de vender a energia direto na linha, mas essa modalidade no regulada pelo Decreto 661.

    Essa legislao ainda obriga o produtor e o distribuidor a celebrar o contrato,

    usando um modelo disponvel no site do Registro Administrativo Geral das Instalaes

    de Produo de eletricidade, seguindo os pormenores tcnicos ali descritos.

    Em 2005, foi aprovado o Plano de Energias Renovveis 2005-2010, que prediz

    que, em 2010, 12,1% da energia primria consumida na Espanha vir de fontes

    renovveis.

    A Tabela 20.7 apresenta os empreendimentos elegveis para o Regime Especial.

  • 275

    Tabela 20.7: Empreendimentos elegveis para participar do Regime Especial.

    Energia

    elica

    Elegveis plantas onshore e offshore at que um limite de mercado de 20155 MW seja

    alcanado (arts. 2, 38 RD 661/2007).

    Energia

    solar

    Elegveis fotovoltaicas e termais (art. 2 RD 661/2007) desde que a capacidade do sistema

    no exceda:

    Sistemas registrados antes de 29/09/2008: 371 MW para fotovoltaicos e 500 MW para termais.

    Sistemas registrados depois de 29/09/2008: limites atualizados a cada trs meses, publicados no site do Ministrio da Indstria, Turismo e Comrcio (art. 5 RD 1578/2008,

    Anexo III RD 1578/2008).

    Energia

    geotrmica

    Elegvel, incluindo a tecnologia de rochas quentes secas (HDR) (art. 2 RD 661/2007). A

    lei no estabelece limites de capacidade.

    Biogs

    Elegveis se o principal combustvel biocombustvel ou biogs proveniente da digesto

    anaerbica de resduos da agricultura e pecuria, resduos industriais biodegradveis,

    lama de esgoto ou gs de aterro. Biogs e biomassa juntos so elegveis para subsdios

    at que o limite de 250 MW seja alcanado (arts. 2, 41 RD 661/2007).

    Biomassa

    Elegvel, se o principal combustvel for biomassa de esterco, culturas energticas, resduo

    de jardinagem, de silvicultura ou proveniente do manejo de florestas ou do solo. Biogs e

    biomassa juntos so elegveis para subsdios at o limite de 250 MW (arts. 2, 41 RD

    661/2007).

    Hidro-

    energia

    Sistemas cuja fonte primria de energia sejam as ondas, as mars, as correntes e a energia

    trmica ocenica so elegveis. Usinas hidreltricas tradicionais so elegveis se sua

    capacidade no exceder 50 MW (arts. 2 b) 3, 45.2 RD 661/2007). Sistemas hidreltricos

    que gerem acima de 10 MW so elegveis at o limite de mercado de 2400 MW ser

    alcanado (art. 40 RD 661/2007). Fonte: Ministrio do Meio Ambiente, Conservao da Natureza e Segurana Nuclear da Alemanha.

    As fontes de energia sujeitas tarifa de alimentao recebem o incentivo durante

    toda a sua vida til, mas o valor reajustado depois de um tempo, que varia para cada

    tecnologia.

    Energia elica (onshore): 7.3228 ct/kWh nos primeiros 20 anos, 6.12 ct/kWh nos anos seguintes;

    Energia solar (fotovoltaica): 22.9764 44.0381 ct/kWh (dependendo do tamanho do sistema) por 25 anos e 18.3811 35.2305 ct/kWh nos anos seguintes;

    Energia solar (fotovoltaica) instalada aps 29/09/2008: 32 34 ct/kWh por 25 anos (dependendo do tamanho do sistema);

    Energia solar (trmica): 26.9375 ct/kWh por 25 anos e 21.5498 ct/kWh pelos anos seguintes;

    Energia geotrmica: 6.89 ct/kWh por 20 anos e 6.51 ct/kWh pelos anos seguintes;

    Biomassa: 10.754 15.889 ct/kWh por 15 anos (dependendo da fonte e do tamanho do sistema) e 8.066 12.347 ct/kWh pelos anos seguintes;

    Hidroenergia: 7.8 ct/kWh por 25 anos e 7.02 ct/kWh pelos anos seguintes (usinas com capacidades entre 10 e 15 MW so sujeitos frmula determinada no

    art. 36 RD 661/2007);

    As leis, decretos e planos que regulam os mecanismos acima expostos so, em resumo:

    Plan de Energas Renovables en Espaa 2005-2010

    Real Decreto 661/2007 (promove todas as fontes de energia renovveis);

    Real Decreto 1578/2008 (tarifa de alimentao para sistemas fotovoltaicos);

    Real Decreto 436/2004 (promove todas as fontes de energia renovveis; pode ainda

    ser aplicado durante um momento de transio);

    Ley 54/1997 (Lei do Setor Eltrico);

    Ley 35/2006 (Lei sobre a taxao de empresas);

    Real Decreto Legislativo 4/2004 (Decreto legislativo sobre a taxao de empresas);

  • 276

    Real Decreto 1955/2000 (uso da rede);

    Real Decreto 2019/1997 (venda de eletricidade);

    Real Decreto 2017/1997 (custo do uso da rede).

    20.4.6 Austrlia:

    A Austrlia tem uma poltica de Meta Obrigatria de Energias Renovveis

    (MRET Mandatory Renewable Energy Target) desde 2001. Quando a poltica foi criada, a meta era adicionar 9500 GWh de renovveis matriz australiana at 2020. Em

    2009, a meta subiu para 45000 GWh at 2020.

    O pas tambm adotou a poltica de RECs dos EUA, permitindo aos geradores

    certificados de renovveis venda de um REC por MWh. As empresas geradoras que

    no alcancem suas metas de energias renovveis devem pagar multa de 0AUD 40 por

    MWh.

    20.4.7 China22

    A China, em 2006, criou sua Legislao Nacional de Energias Renovveis

    (NREL, em ingls). Por meio dessa lei, o pas pretende alcanar 15% de participao de

    energias renovveis em sua matriz at 2020.

    O mecanismo de escolha dos chineses foi o de instaurar uma tarifa de

    alimentao. As distribuidoras de energia (eletricidade, gs natural, combustveis

    lquidos e calor) so obrigadas a comprar toda a energia produzida de fontes renovveis,

    pagando essa tarifa. Aquelas distribuidoras que no cumprirem a lei esto sujeitas a

    penalidades.

    A lei bem genrica e foi explicada e regulamentada por um catlogo,

    disposies, medidas e uma circular. O Renewable Energy Industry Development

    Guidance Catalogue determina as energias apoiadas pela China como sendo:

    Energia elica, onshore e offshore, ligada ou no rede.

    Energia solar para a produo de eletricidade, calor e refrigerao, integrada ou no a construes.

    Energia da gua, incluindo apenas a hidreletricidade, que pode ou no ser elegvel para o incentivo.

    Energia ocenica das mars, das ondas, das correntes e dos gradientes de temperatura.

    Energia geotrmica, incluindo energia do solo, de guas subterrneas, rios, lagos, gua do mar e esgoto, bem como armazenamento geotrmico de energia.

    Energia da biomassa, definida como energia das plantas, excrementos e resduos urbanos e rurais. Inclui tambm a queima ou gaseificao de resduos agrcolas e

    florestais, desde que no sejam feitos em fornos de baixa eficincia.

    Biocombustveis lquidos so o etanol, o metanol, o biodiesel e qualquer outro lquido proveniente da biomassa.

    Culturas energticas, plantas herbceas ou lenhosas especialmente plantadas para serem matrias-primas de energia.

    A conexo da energia produzida pelas fontes renovveis deve ser garantida pelos

    operadores de rede, que tambm sero responsveis pelo investimento, construo e

    gerenciamento de projetos de mdia e larga escala. Os empreendimentos de pequena

    escala so controlados pelo fornecedor da energia, aps consultas ao operador da rede.

  • 277

    Qualquer empreendimento que v se conectar rede precisa se submeter a uma

    licitao, caso haja mais de um candidato. O preo final da licitao no pode ser

    superior taxa que o governo estipulou para aquele tipo de energia.

    importante notar que a legislao chinesa ainda est em fase de consolidao e

    h muitos aspectos a serem regulados ainda.

    20.4.8. ndia23

    As energias alternativas na ndia tm seu prprio ministrio, o Ministrio de

    Energia Nova e Renovvel. Esse foi, possivelmente, o primeiro ministrio de energias

    alternativas a ser criado no mundo, ainda nos anos 1980. Apesar disso, at hoje, o pas

    tem uma baixssima participao de renovveis em sua matriz.

    A seo 86 do Electricity Act 2003 promove a cogerao e a produo de

    energia por fontes renovveis de energia. Para isso, estabelece, em cada rea de atuao

    das concessionrias de distribuio, uma porcentagem mnima de eletricidade renovvel

    que deve ser adquirida.

    Em 2005, a National Electricity Policy 2005 estipula que a porcentagem de

    energia renovvel da matriz indiana deve aumentar. Ela determina o sistema de

    licitaes para as vendas de energias alternativas s distribuidoras de energia e cria um

    sistema de tarifa de alimentao.

    Tanto a lei de 2003 quanto a poltica de 2005 so regulamentadas pela Tariff

    Policy 2006. Ela ainda determina que, a longo prazo, a licitao pela venda de

    eletricidade envolver a competio de todas as formas de energia, em uma clara

    inteno de diminuir rapidamente os custos das renovveis.

    No mbito da Gerao Distribuda, as National Rural Electrification Policies

    2006 determinam metas para a eletrificao de todas as habitaes da ndia at 2009 e

    fornecimento de alta qualidade at 2012. Isso inclui o uso de energias renovveis para a

    eletrificao de vilas onde a rede de energia no consegue alcanar.

    Em 2010, foi lanado o Jawaharlal Nehru National Solar Mission, que tem

    como objetivo implantar 22 GW de energia solar (20 GW conectados rede e 2 GW

    desconectados) at 2020.

    20.4.9. Japo24

    A poltica de eletricidade no Japo gerenciada pela Agncia dos Recursos

    Naturais e Ambiente, que pertence ao Ministrio da Economia, Comrcio e Indstria. O

    pas adota um sistema de tarifas de alimentao combinadas a um RPS (determinado

    pela Lei RPS, de 2002) semelhante ao norte-americano. O Japo se comprometeu a

    alcanar 10% de sua energia primria em renovveis at 2020. Em 2007, havia

    alcanado 3%. As PCHs para pequenas comunidades so promovidas por subsdios governamentais.

    A estratgia energtica no Japo segue a Lei Bsica de Poltica Energtica, de

    2003, apoiada em trs princpios bsicos: assegurar um fornecimento estvel, adequao

    ambiental e utilizao dos mecanismos de mercado. As metas da lei para 2030, com

    respeito s alternativas energticas, so aumentar a taxa de independncia energtica de

    38% para 70%, aumentar a participao das fontes de energia com emisses zero na

    matriz de 34% para 70%, diminuir pela metade as emisses de CO2 do pas e manter a

    eficincia energtica do setor industrial no mais alto nvel do mundo e melhorar a

    situao.

  • 278

    Para alcanar essas metas, o pas se prope a expandir o sistema de tarifas de

    alimentao e aumentar o apoio introduo (com apoio ao P&D, apoio ao custo

    inicial, reduo de impostos de introduo etc.).

    A Tabela 20.8 mostra os mecanismos legais determinados para cada energia

    alternativa contemplada pelo Japo:

    Tabela 20.8: Polticas para a promoo de energias renovveis no Japo.

    Energia Mecanismo

    Solar Subsdios (para instalaes domsticas, comerciais e pblicas);

    Sistemas de compra do excesso de eletricidade (tarifa de alimentao, regulada desde 2009);

    RPS limitado queles que no adotem a tarifa de alimentao.

    Elica Subsdios (para instalaes comerciais e pblicas);

    Tributao diferenciada;

    RPS limitado queles que no adotem a tarifa de alimentao.

    Biomassa Subsdios (para instalaes comerciais e pblicas);

    Tributao diferenciada;

    RPS.

    Hidreltrica Subsdios (para instalaes comerciais e pblicas);

    RPS para usinas de menos de 1000 kW.

    Geotrmica Subsdios (para instalaes comerciais e pblicas);

    RPS no caso das que no reduzem dramaticamente o uso de gua quente.

    20.4.10 Rssia25

    A poltica russa de renovveis comeou em junho de 2008, com o Decreto N

    426, que determina a qualificao dos geradores que usam energias renovveis. Em

    fevereiro de 2009, a regulao N 187 regulamentou o uso de RECs no territrio russo.

    Uma diretiva executiva de janeiro de 2009 delineou a poltica russa de energias

    renovveis. O pas pretende aumentar a participao das energias renovveis dos menos

    de 1% de 2009 para 1,5% em 2010 e 4,5% em 2020. As hidreltricas de mais de 25 MW

    no esto includas nessa participao, que restrita a PCHs, biomassa, energias solar, elica, geotrmica e mar-motriz.

    Em 2008, a Rssia no estava entre os 25 pases que mais investem em energias

    alternativas, por conta de sua grande liderana nos setores de petrleo e gs natural. A

    legislao ainda vaga; o que existem so anteprojetos de lei, como os anteprojetos

    Sobre combustveis alternativos, Bases para o desenvolvimento da bioenergia na Federao Russa e Sobre o Apoio ao Uso de Energias Renovveis. Nenhum deles, at o presente momento, foi sancionado.

    No tocante eficincia energtica, a Rssia tem uma lei que obriga a rotulagem

    de bens de acordo com sua eficincia e determina metas de eficincia para novas

    instalaes.

    20.5 Referncias

    1 BRITO. R. A importncia das Energias Alternativas. Disponvel em: < . Acesso em: 12 de nov. 2011.

    2 REN 21. Renewables 2010: Global Status Report. Disponvel em: .

    Acesso em: 18 de set. 2011.

  • 279

    3 MINISTRIO DE MINAS E ENERGIA. Proinfa. Disponvel em: . Acesso em: 24 de set. 2011.

    4 AGNCIA NACIONAL DE PETRLEO E BIOCOMBUSTVEIS. Legislao. Disponvel em: . Acesso em: 18

    de ago. 2011.

    5 SECRETARIA DE ENERGIA. Programa GENREN: Licitacin de Generacin Elctrica a partir de Fuentes Renovables. Disponvel em: . Acesso em: 17 de jul. 2011.

    6 AGUSTN A. IRIZARRY-RIVERA, JOS A. COLUCCI-ROS, EFRAN ONEILL-CARRILLO. Achievable Renewable Energy Targets For Puerto Ricos Renewable Energy Portfolio Standard. Disponvel em:

    . Acesso em: 18 de nov. 2011.

    7 FORMAN, L. Chiles Renewable and Non-Conventional Energy (ERNC) Law. Disponvel em: . Acesso em: 15 de out. 2011.

    8 WIKIPEDIA. Renewable Energy in Colombia. Disponvel em: . Acesso em 15 de nov. 2011.

    9 MAINIERI, A. Laws And Regulations On Geothermal Energy Utilization In Costa Rica. Disponvel em: .Acesso em: 13 de dez. 2011.

    10 CONELEC. Leyes Reglamentos y Normas. Disponvel em: . Acesso em: 30 de out. 2011.

    11 CMARA DE DIPUTADOS DEL H. CONGRESO DE LA UNIN. LEY PARA EL Aprovechamiento De Energas Renovables Y El Financiamiento De La Transicin Energtica. Disponvel em:

    . Acesso em: 13 de nov. 2011.

    12 THE NICARAGUA DISPATCH. Renewable energy revolution steams forward. Disponvel em: .

    Acesso em: 16 de nov. 2011.

    13 EarthTrends 2003. Energy and ResourcesPanama. Disponvel em: . Acesso em: 30 de set. 2011.

    14 WIKIPEDIA. Electricity sector in the Dominican Republic. Disponvel em: . Acesso em: 15 de nov. 2011.

    15 Ministerio de Industria, Energa y Minera. MIEM - Memoria Anual 2010. Disponvel em: . Acesso em: 17 de

    out. 2011.

    16 WIKIPEDIA. Energy policy of Venezuela. Disponvel em: . Acesso em: 14 de out. 2011.

    17 WIKIPEDIA. Renewable portfolio standard. Disponvel em: . Acesso em: 17 de nov. 2011.

  • 280

    18 WIKIPEDIA. Non-Fossil Fuel Obligation. Disponvel em: . Acesso em: 13 de out. 2011.

    19 WIKIPEDIA. German Renewable Energy Act. Disponvel em: . Acesso em: 16 de nov. 2011.

    20 WIKIPEDIA. Energy in France. Disponvel em: . Acesso em: 14 de nov. 2011.

    21 WIKIPEDIA. Renewable energy in Spain. Disponvel em: . Acesso em: 13 de nov. 2011.

    22 ROSEN, D. H., HOUSER, T. China Energy:A Guide for the Perplexed. Dispnvel em: . Acesso em: 13 de set. 2011.

    23 WIKIPEDIA. Energy policy of India. Disponvel em: . Acesso em: 15 de out. 2011.

    24 WIKIPEDIA. Energy in Japan. Disponvel em: . Acesso em: 13 de dez. 2011.

    25 WIKIPEDIA. Energy policy of Russia. Disponvel em: . Acesso em: 18 de dez. 2011.

  • 281

    21 MATRIZ E PLANEJAMENTO ENERGTICO DOS PASES DA AMRICA LATINA

    Cada vez mais, tornou-se importante para os pases o conhecimento de qual a

    sua dependncia de cada fonte de energia. Para tanto, usa-se o conceito de oferta de

    energia. A oferta de energia a energia disponvel aos consumidores. a medida da

    produo, somada com a importao, tendo sido subtrada a exportao.

    A partir da quantificao da oferta, tem-se a matriz energtica, que a

    representao grfica da oferta de energia. A importncia de se construir e consultar a

    matriz energtica de um pas estratgica. O conhecimento da matriz perrmite que

    sejam traadas polticas energticas nacionais, geralmente com o objetivo de tornar a

    matriz do pas mais limpa e de diminuir a dependncia externa da energia.

    Os pases da Amrica Latina, atualmente, seguem o planejamento feito na

    dcada de 2000. Em alguns casos, eles so consequncia dos projetos de integrao do

    continente, que demandaram dos pases participantes um conhecimento maior de sua

    matriz e a divulgao dos resultados. Na Amrica Central, os principais projetos so o

    SIEPAC, que far a interconexo entre os pases continentais da Amrica Central (da

    Guatemala ao Panam), a Conexo Guatemala-Mxico e a Conexo Panam-Colmbia.

    A integrao no restante da Amrica Latina sofre dificuldades de ordem poltica,

    o que no impede que iniciativas sejam tentadas. Em 2004, Argentina, Bolvia, Brasil,

    Chile, Colmbia, Equador, Guinana, Paraguai, Peru, Suriname, Uruguai e Venezuela

    assinaram a Declarao de Cuzco, criando a UNASUR (Unio das Naes

    Sulamericanas)1 que, entre outras coisas, busca promover a integrao energtica desses

    pases.

    21.1 Matriz e Planejamento Energtico na Amrica Latina2,3

    A matriz energtica da Amrica Latina mostra, por um lado, maior dependncia

    do petrleo que a mdia mundial. Por outro lado, as energias renovveis somam 30,5%

    da matriz da Amrica Latina e apenas 12,7% da matriz mundial. Os responsveis por

    essa expressividade dos renovveis na Amrica Latina so o grande aproveitamento do

    potencial hidrulico da regio, o uso ainda importante de lenha e a cogerao com

    resduos de cana. A Amrica ainda tem a vantagem de ter uma baixssima dependncia

    do carvo mineral, ao contrrio do mundo como um todo. A gerao nuclear

    incipiente na Amrica Latina quando em comparao ao mundo, uma vez que o maior

    nmero de reatores nucleares est nos Estados Unidos e na Europa. A Figura 21.1

    mostra a matriz energtica mundial, e a Figura 21.2, a matriz da Amrica Latina.

    Figura 21.1: Matriz energtica mundial em 2008. (Total: 12267 milhes de tep).

  • 282

    Figura 21.2: Matriz energtica da Amrica Latina em 2008. (Total: 575 milhes de tep).

    O planejamento energtico de um pas um dos itens-chave de seu

    desenvolvimento. Por razes diversas, nem todos os pases possuem um planejamento

    energtico de longo prazo, abrangendo energias alternativas. Ou, se possuem, no o

    divulgam.

    Os pases cujo planejamento no foi encontrado foram: Haiti, Paraguai, Porto

    Rico e Venezuela. No caso da Venezuela, a justificativa est no fortssimo setor

    petrolfero do pas, que faz com que os planos no envolvam outras formas de energia.

    O Haiti passou, recentemente, por grandes crises e, possivelmente, ainda est em

    reestruturao interna. Assim, no surpreende que no tenha sido encontrado um plano

    energtico do pas.

    importante frisar que o fato de todos os pases citados no divulgarem seus

    planos de desenvolvimento energtico no quer dizer que tais planos no existam.

    Argentina e Paraguai, por exemplo, sinalizam, em notas de seus sites oficiais, que tais

    planos existem, embora no se encontrem disponveis.

    21.1.1 Argentina4

    A matriz energtica argentina (Figura 21.3) se destaca pelo pouco uso de

    combustveis renovveis derivados da biomassa e de resduos, cujo consumo

    comparvel oferta de energia nuclear do pas. Outra fonte exepcionalmente pouco

    utilizada o carvo mineral. Tambm notvel a precocidade do programa nuclear

    argentino quando comparado ao brasileiro, por exemplo. A energia nuclear faz parte da

    matriz energtica do pas desde a dcada de 1970. Outro ponto interessante a baixa

    porcentagem de energia hidreltrica na matriz argentina, quando comparada de outros

    pases.

    Figura 21.3: Matriz energtica da Argentina ao longo do tempo (em milhares de tep).

  • 283

    21.1.2 Bolvia5

    A matriz energtica boliviana (Figura 21.4) composta, principalmente, de

    petrleo e gs natural. O gs natural a maior fonte de energia primria na Bolvia,

    sendo que, atualmente, mais de 80% da produo desse recurso destinado

    exportao. Dentre as demais fontes que compe a matriz, destaca-se o uso de

    combustveis renovveis provenientes da biomassa, que representavam, em 2007,

    14,4% da matriz nacional (Figura 21.5). Os recursos hdricos tm parcela reduzida na

    composio da matriz energtica boliviana, representando aproximadamente 5% do

    total de fontes primrias. Em resumo, percebe-se a influncia significativa de fontes

    fsseis no-renovveis na matriz da Bolvia, fato que se alia pouca diversividade de

    recursos energticos no pas.

    Figura 21.4: Matriz energtica da Bolvia ao longo do tempo (em milhares de tep).

    Figura 21.5: Oferta Interna de Energia Primria na Bolvia.

    O planejamento energtico da Bolvia est descrito no Plan de Desarrollo

    Energtico Anlisis de Escenrios: 2008-2027, documento elaborado pelo Ministrio de Hidrocarburos e Energia. A elaborao do plano de desenvolvimento no pas se

    baseou em metas que foram traadas a partir de cenrios elaborados para longo, mdio e

    curto prazo. O cenrio de desenvolvimento de longo prazo foi estabelecido em funo

    de resultados obtidos em anlises de cenrios alternativos. Assim, o cenrio a longo

    prazo contempla as melhores caractersticas dos trs cenrios analisados.

  • 284

    As caractersticas do cenrio de desenvolvimento energtico a longo prazo

    contempla: a maior produo e consumo interno de gs natural ( substituio do uso de

    GLP, derivados de petrleo e biomassa, principalmente nos setores residencial e de

    transporte); maior uso de energia renovvel na produo de energia eltrica (acrscimo

    de gerao, por meio de plantas hidreltricas e geotrmicas); reduo do uso de

    biomassa (substituio de biomassa por gs natural); exportao de energia eltrica;

    reduo dos nveis de emisso de CO2 e SOx (aumento no uso de gs natural e

    hidroeletricidade).

    Dessa forma, as metas a longo prazo so as seguintes: alcanar uma produo de

    gs natural de 103,7 MMpcd (Millones de pies cbicos dirios); aumentar a utilizao

    de Gs Natural mediante a ampliao do nmero de instalaes de gs em residncias,

    com o objetivo de alcanar, em 2027, uma cobertura total de 78% da populao, alm

    de alcanar 35% de converso do parque automotor para GNV at 2017; aumentar a

    capacidade instalada do sistema interligado nacional de atuais 1110 MW para 2250 MW

    aproximadamente.

    Considerando as caractersticas que contemplaro o cenrio de desenvolvimento

    a longo prazo (2027), foram elaboradas metas para curto prazo (2012) e mdio prazo

    (2017), cujos nmeros so mostrados na Tabela 21.1.

    Tabela 21.1: Participao de energticos por setor.

    % de participao dos energticos por setor

    Energtico Situao

    2007

    Metas

    2012

    Metas

    2017

    Metas

    2027

    Produo de eletricidade

    Hidrulica 39,00% 27,50% 22,20% 50,20%

    Gs/diesel 59,00% 71,40% 69,20% 44,80%

    Outros 2,00% 1,10% 8,60% 5,00%

    Energticos para uso

    industrial

    Gs natural 39,70% 44,20% 50,50% 63,70%

    Biomassa 43,60% 39,80% 34,60% 21,10%

    Eletricidade 11,10% 11,70% 12,10% 13,20%

    Outros

    (GLP+Querosene

    +Diesel)

    5,60% 5,50% 5,00% 4,00%

    Energticos para uso

    residencial

    Gs natural 2,80% 16,50% 24,00% 32,00%

    GLP 49,00% 39,90% 33,20% 25,20%

    Biomassa 27,00% 20,00% 18,00% 15,00%

    Eletricidade 20,30% 22,70% 23,90% 26,90%

    Outros

    (Querosene)

    0,90% 0,90% 0,90% 0,90%

    Energticos para uso

    comercial

    Gs natural 15,70% 17,00% 22,00% 30,00%

    GLP 5,70% 5,00% 4,00% 2,00%

    Eletricidade 78,60% 78,00% 74,00% 68,00%

    Energticos para

    agricultura e minerao

    Eletricidade 14,10% 15,00% 20,00% 25,00%

    Diesel 85,90% 85,00% 80,00% 75,00%

    Combustveis para

    transporte

    GNV 13,60% 19,30% 26,00% 48,60%

    Gasolinas 34,70% 32,60% 30,00% 27,00%

    Diesel 43,90% 40,30% 35,00% 16,60%

    Combustvel de

    avio

    7,80% 7,80% 7,80% 7,80%

  • 285

    Portanto, percebe-se que as metas para os diversos prazos sempre convergem para a

    disseminao da utilizao do gs natural internamente, na Bolvia, tanto para a

    produo de energia eltrica quanto para o uso no setor de transporte. Na Figura 21.6,

    representado oplanejamento energtico da Bolvia. O plano de desenvolvimento

    energtico boliviano atribui consideraes que determinam que o gs natural e os

    recursos hdricos so as fontes de energia mais atrativas e importantes para o

    planejamento energtico do pas.

    Figura 21.6: Evoluo da participao de fontes na matriz energtica em longo, mdio e curto prazo.

    21.1.3 Brasil2,6,7

    A matriz energtica brasileira (Figura 21.7) tem como destaque o alto ndice de

    fontes renovveis, especificamente a biomassa. Isso particularmente notvel quando se

    leva em conta que o Brasil o segundo maior produtor de petrleo da Amrica do Sul,

    perdendo apenas para a Venezuela.

    Recentemente, ganharam destaque o gs natural, a partir da dcada de 1980, e a

    energia nuclear, com a introduo de Angra 1. As energias elica, solar e geotrmica

    ainda esto presentes numa porcentagem muito pequena, quando se consideram as

    demais fontes.

    importante frisar que a parcela pertencente biomassa mudou de composio

    com o passar do tempo. Inicialmente formada praticamente por lenha e carvo vegetal,

    atualmente tem uma significativa parcela correspondente ao etanol de cana e ao

    biodiesel.

  • 286

    Figura 21.7: Matriz energtica da Bolvia ao longo do tempo (em milhares de tep).

    Uma comparao entre a matriz energtica brasileira e a matriz mundial (Figura

    21.8) mostra o quanto a matriz brasileira mais renovvel do que a do mundo. Embora

    o Brasil use ligeiramente mais petrleo que o restante do mundo, sua baixa dependncia

    de carvo mineral j o torna um pas mais limpo que a mdia global.

    Figura 21.8: Comparao entre as matrizes energticas do Brasil e do mundo.

    Em termos de energia eltrica, a hidrulica segue como a fonte mais importante

    da matriz brasileira, com 71% de participao. As termeltricas vm em segundo lugar,

    e as fontes alternativas correspondem a 7,4%, nmero que vem crescendo com o

    aumento das instalaes elicas no pas.

    O planejamento energtico do Brasil (PNE) foi feito pela EPE Empresa de Pesquisa Energtica abrangendo at o ano de 2030 (Figura 21.9). J o Plano Decenal de Energia (PDE), tambm desenvolvido pela EPE, tem durao at 2019. O objetivo do

    planejamento energtico brasileiro diversificar suas fontes e diminuir o uso do

  • 287

    petrleo, dos cerca de 40% atuais para 30%, alm de aumentar a participao de fontes

    renovveis como a solar e a elica de 2% para 7%.

    Figura 21.9: Projeo da matriz energtica brasileira projetada para 2030.

    O plano de expanso da produo de energia eltrica prioriza a energia

    hidrulica, cuja expanso prevista mais que o dobro de qualquer outra. Como

    possvel notar na Figura 21.10, o maior nmero de futuros empreendimentos se encontra

    na regio Norte. Por ser menos populosa, essa regio a que tem seu potencial menos

    aproveitado, atualmente.

    Figura 21.10: Acrscimo de potncia instalada por regio energia hidrulica (MW).

    No tocante energia trmica de origem fssil (carvo e leo combustvel), no

    h planejamento do governo para expandir seu uso, graas meta de aumento da

    parcela renovvel da matriz energtica nacional. No tocante energia nuclear, o nico

    projeto at 2019 o de Angra 3, com um acrscimo de 1500 MW de potncia. Tendo

    em vista essa expanso do sistema eltrico planejada, a projeo da produo de energia

    eltrica de fontes trmicas pode ser vista na Figura 21.11.

  • 288

    Figura 21.11: Gerao trmica por fonte at 2019 (GWmed). (a) Gerao verificada, conforme publicado

    no relatrio.7

    Diferentemente da energia hidrulica, que ter maior expanso no Norte e da

    energia termeltrica, que ter sua expanso no Nordeste, as fontes alternativas

    apresentam maior destaque na regio Sudeste do pas. Isso porque no Sudeste onde se

    prev o maior crescimento das plantas de cogerao movidas a bagao de cana. A

    grande potncia a ser instalada no Nordeste, em 2012, devida, principalmente,

    energia elica. Na Figura 21.12, apresentado o planejamento em fontes alternativas.

    Figura 21.12: Acrscimo de potncia instalada por regio fontes alternativas (MW). Fonte: PDE

    A reunio de toda essa expanso contratada e planejada, por fontes, pode ser

    vista na Figura 21.13. Torna-se clara a preocupao do Brasil com as fontes renovveis

    e a priorizao das hidreltricas. Ainda assim, nota-se a tentativa de uma participao

    crescente das fontes alternativas.

  • 289

    Figura 21.13: Acrscimo de potncia instalada por fonte (MW).

    Em 2030 (Figura 21.14), a estrutura do consumo de petrleo continuar muito

    semelhante atual. O destaque fica para a diminuio do consumo de leo combustvel,

    uma vez que se espera que no sejam criados novas usinas termeltricas que o usem.

    Figura 21.14: Estrutura do consumo de derivados de petrleo.

    No quesito de consumo de gs natural (Figura 21.15), o esperado a diminuio

    do consumo industrial deste e o aumento de seu uso para a produo de derivados de

    petrleo. Essa produo, por meio do processo Fischer-Tropsch, vantajosa por ser uma

    alternativa vivel quando as reservas de petrleo comearem a escassear e pelo fato de o

    gs natural conter muito menos impurezas poluentes que o leo cru. possvel notar,

    tambm, um pequeno aumento no uso do gs natural para a produo de energia

    eltrica.

  • 290

    Figura 21.15: Estrutura do consumo de gs natural.

    Em 2030, espera-se que o Brasil diminua sua necessidade de importao de

    energia graas eficincia energtica. Espera-se um crescimento de cerca de 4% da

    participao da gerao no-hidrulica de eletricidade na matriz nacional (Figura 21.16)

    Figura 21.16: Evoluo da estrutura da oferta de eletricidade. A porcentagem restante das centrais do

    servio pblico devida energia hidrulica.

  • 291

    21.1.4. Chile2,8

    A matriz energtica do Chile (Figura 21.17) apresenta o petrleo como principal

    fonte primria e os recursos hdricos como fonte menos atuante. H um certo equilbrio

    entre os outros recursos, sendo que importante destacar os combustveis renovveis,

    dentre os quais se destacam a lenha, como segunda fonte mais presente na matriz

    nacional. A evoluo da matriz energtica, ao longo do tempo, aponta o gs natural

    como recurso de maior taxa de crescimento nos ltimos anos. Houve uma inverso de

    tendncia desde 2004, quando a Argentina, principal fornecedora de gs natural para o

    Chile, apresentou restries na exportao de gs em funo da crise energtica ocorrida

    naquele ano. A partir da, a consequncia na matriz energtica chilena foi a gradual

    substituio do gs natural por outras fontes como o carvo mineral. A Figura 21.18

    enfatiza essa situao, demonstrando a evoluo do consumo de fontes primrias de

    2000 a 2007.

    Figura 21.17: Matriz energtica do Chile ao longo do tempo (em milhares de tep).

    Figura 21.18: Consumo de fontes primrias no Chile/2000-2007

  • 292

    21.1.5 Colmbia2, 9, 10

    A Colmbia apresenta, em sua matriz energtica (Figura 21.19), a

    predominncia de Petrleo, energtico que teve sua oferta interna elevada nos ltimos

    vinte anos em virtude do aumento nas exportaes. O destaque para os ltimos vinte

    anos vo para o gs natural e para os recursos hdricos, que tiveram suas participaes

    elevadas em 95% e 50%, respectivamente. A biomassa, em particular a lenha, vem

    perdendo participao na matriz em funo da distribuio de gs GLP na zona rural e

    periferias de cidades, o que resulta em mudana no padro de consumo no setor

    residencial rural.

    Figura 21.19: Matriz energtica da Colmbia ao longo do tempo (em milhares de tep).

    O planejamento energtico colombiano (Figura 21.20) foi realizado por meio do

    Plano Energtico Nacional Contexto e Estratgias 2006-2025. O panorama de produo de petrleo, principal recurso na atual matriz energtica, bastante incerto no

    pas, uma vez que a Colmbia sofre uma queda na produo nos ltimos anos, alm de

    no obter perspectivas e descobertas de novas reservas a serem exploradas. Por outro

    lado, esperam-se resultados positivos baseados na ampla atividade de explorao atual,

    cujos nveis, em termos de poos explorados, supera os registrados nos anos 1990. O

    cenrio contemplado no plano energtico da Colmbia considera um crescimento de

    49% de 2006 a 2025 quanto ao consumo de recursos primrios, o que significa uma taxa

    de crescimento de demanda em torno de 2,1 % ao ano.

    Os recursos hdricos e o gs natural representam os energticos com maior

    perspectiva de crescimento, uma vez que a demanda praticamente duplicada no

    horizonte de anlise.

    Segundo o relatrio, o maior consumo em 2025 ser de petrleo, seguido de gs

    natural e recursos hdricos. importante destacar que o incremento em consumo de

    petrleo, deve-se ampliao da capacidade de refino em Cartagena. As fontes no

    convencionais de energia, como biomassa e elica, apresentam taxas de crescimento

    baixas, representando, no final do perodo de estudo 10,9% do consumo total, enquanto

    o petrleo participar com 40,4%. Na Tabela 21.20, apresentada uma expectativa da

    evoluo do consumo.

  • 293

    Figura 21.20: Evoluo da demanda de energia primria na Colmbia 2006-2025.

    Tabela 21.20: Consumo de cada energia primria na Colmbia 2006-2025.

    FONTE 2006 2010 2015 2020 2025

    Petrleo 48,9% 44,0% 47,0% 43,8% 40,4%

    Hidrulica 9,9% 11,1% 10,8% 13,3% 14,1%

    Carvo 10,3% 12,6% 11,6% 12,1% 13,1%

    Gs

    natural

    17,9% 20,0% 19,7% 19,7% 21,4%

    Elica 0,0% 0,0% 0,0% 0,0% 0,0%

    Biomassa 13,1% 12,3% 10,8% 11,2% 10,9%

    Quanto ao cenrio de oferta de energia eltrica (Figura 21.21), no se percebem

    muitas mudanas no horizonte de anlise, no qual a hidroeletricidade predomina sobre o

    gs natural e o carvo. As baixas contribuies de fontes alternativas de energia na

    produo de eletricidade podem sofrer alteraes devido a possveis modificaes

    regulatrias que facilitem a evoluo da gerao distribuda, dentro da qual se destacam,

    na Colmbia, os projetos de cogerao.

    O planejamento energtico enfatiza, de forma geral, a participao hidrca e de

    gs natural, principalmente para produo de energia eltrica, sendo que, em um caso-

    base, so considerados acrscimos de gerao para 2025, sendo: 3900 MW para plantas

    hidreltricas; at 3000 MW em plantas a gs natural; 2150 MW a partir de derivados de

    petrleo e 200 MW para sistemas elicos.

  • 294

    Figura 21.21: Oferta de energia eltrica por fonte na Colmbia 2006-2025.

    21.1.6 Costa Rica2,11

    O grande destaque para a matriz energtica da Costa Rica (Figura 21.22) se d

    pela utilizao de fontes alternativas de energia: em 2008, estes recursos representaram

    a segunda principal fonte para o pas. As energias elica e geotrmica so as

    responsveis por essa posio de destaque, uma vez que as empresas do setor eltrico

    esto realizando um grande trabalho para o possvel acesso de quase toda a totalidade da

    populao eletricidade.

    Figura 21.22: Matriz energtica da Costa Rica ao longo do tempo (em milhares de tep).

    O documento no qual se expem alguns direcionamentos sobre o

    aproveitamento energtico futuro na Costa Rica apresenta um nome sugestivo: Hacia un nuevo modelo energtico para nuestro pas, ou seja, o pas tem pretenses diferenciadas para o uso de energia, fato que se comprova no decorrer do documento.

    No primeiro momento, o que chama a ateno no planejamento energtico da

    Costa Rica a viso do uso de petrleo para o prximo sculo; a estratgia do pas visa

  • 295

    minimizao do uso de petrleo e derivados de forma eficaz (Figuras 21.23-21.24).

    Dentre os caminhos citados para evitar o crescimento da demanda de petrleo se

    destacam: introduo progressiva de veculos eltricos e hbridos no mercado nacional;

    melhora nas tecnologias de produo de calor no setor industrial; uso de gs natural no

    transporte pblico, indstria e comrcio; uso progressivo de biocombustveis;

    minimizao no uso de combustveis fsseis para a produo de eletricidade.

    Outra medida que provocar efeitos positivos so projetos de refinos de petrleo

    locais em 2013, que promovero uma possvel reduo de custos com a diminuio da

    dependncia externa deste recurso.

    Figura 21.23: Viso Evolutiva do Petrleo e derivados na Costa Rica at 2021.

    Figura 21.24: Opes para reduo de consumo de Petrleo e derivados.

  • 296

    Quanto energia eltrica, a primeira ao prevista no planejamento a

    eliminao da queima de derivados de petrleo para produo de eletricidade. Para este

    primeiro objetivo, essencial a construo de grandes plantas hidreltricas, objetivo que

    j consta com projetos de dois empreendimentos: Reventazn e El Diqus. A Figura

    21.25 mostra a viso evolutiva quanto eletricidade para os prximos anos, na qual se

    observa o esgotamento do potencial hidrulico por volta de 2030.

    Figura 21.25: Viso evolutiva quanto eletricidade na Costa Rica.

    Em paralelo ao aproveitamento hidreltrico, esto outras fontes alternativas e

    renovveis com o objetivo de minimizar o uso de derivados de petrleo para a produo

    de energia eltrica. A Figura 21.26 demonstra que, at 2021, o principal recurso para

    produo de energia eltrica ser proveniente de fontes hdricas, contudo outras fontes

    renovveis, principalmente a geotermia e a energia elica, ganharo destaque e

    crescero em uma taxa significante, que pode substituir, de forma gradativa, o

    aproveitamento trmico com fontes fsseis.

    Figura 21.26: Viso evolutiva quanto eletricidade na Costa Rica at 2021.

  • 297

    De acordo com o relatrio, os recursos renovveis tradicionais permitiro cobrir

    o ritmo de crescimento de consumo atual at 2033; posteriormente, ser necessrio

    incorporar novas tecnologias ao sistema. Dentre estas novas fontes, o documento

    refora a importncia de se conhecerem tecnologias solares.

    O planejamento energtico da Costa Rica enfatiza algumas medidas imediatas

    para o perodo de 2010-2014, visando alcanar os objetivos propostos. Dentre essas

    medidas esto: aumentar a competitividade no setor petrolfero; estruturar mecanismos

    para compra internacional de petrleo; introduzir progressivamente biocombustveis;

    criar comisso tcnica para analisar investimentos em Gs Natural; aumentar a

    competitividade do pas quanto eficincia, qualidade e segurana de suprimento de

    eletricidade; impulsionar, por meio de instrumentos legais, a produo de energia

    eltrica a partir de fontes renovveis; promover o uso racional de energia; promover

    eficincia energtica no transporte; constituir uma Comisso Tecnolgica de Energia.

    21.1.7 Cuba2, 12

    Durante muito tempo, a matriz energtica cubana (Figura 21.27) se baseava em

    duas fontes principais: petrleo e biomassa (a biomassa em Cuba inclui, principalmente,

    bagao de cana e lenha). Somente a partir de 1999, o gs natural foi inserido, de forma

    considervel, no pas. Cuba sofreu uma substituio da biomassa pelo petrleo ao longo

    da histria, com exceo do perodo em torno de 1990, quando houve um aumento

    significativo na produo de cana de acar; aps esse perodo, registrou-se a

    continuidade de tal fenmeno (Figura 21.28).

    Figura 21.27: Matriz energtica de Cuba, ao longo do tempo (em milhares de tep).

  • 298

    Figura 21.28: Uso de fontes primrias em Cuba ao longo do tempo.

    Cuba: A Country Profile on Sustainable Energy Developmen o documento que apresenta alguns apontamentos sobre o planejamento energtico cubano; o relatrio

    foi desenvolvido na IAEA (International Atomic Energy Agency) em parceria com as

    Naes Unidas e com a CubaEnergia (Centro de Gesto da Informao e

    Desenvolvimento da Energia).

    O relatrio em questo estabelece alguns cenrios nos quais so realizadas

    algumas projees para se poder traar um plano de aes futuras. Os cenrios se

    dividem em quatro: REF (Cenrio de Referncia) assume a continuao da situao

    atual negcios continuam no mesmo ritmo); FOS (assume o uso intensivo de combustveis fsseis baseados na explorao de um nmero considervel de novos

    campos no Golfo do Mxico); REN (assume o uso intensivo de combustveis

    renovveis, baseados em polticas para a explorao do potencial estimado); MIX

    (considera uma mescla entre os cenrios FOS e REN, acrescidos de mudanas na matriz

    energtica do pas). Dessa forma, a projeo de fornecimento de energia primria para

    2025 tem o comportamento representado na Figura 21.29.

    Figura 21.29: Fornecimento de Energia Primria em Cuba at 2025.

  • 299

    Quanto produo de energia eltrica por fonte, obtm-se o resultado da Figura

    21.30, que demonstra a grande participao do petrleo, inclusive com o cenrio menos

    propcio a seu desenvolvimento. Outros fatores importantes a atentar so: a parcela de

    participao de energias elica e solar em todos os cenrios supostos; e a consolidao

    da participao do gs natural.

    Figura 21.30: Participao dos diferentes recursos na produo de eletricidade em Cuba - 2025.

    Percebe-se, portanto, a grande dependncia cubana de recursos fsseis, que

    tende a crescer inclusive no cenrio REN, o qual prope o uso intensivo de recursos

    renovveis. Contudo, caso o potencial de explorao de petrleo e gs natural no Golfo

    do Mxico se concretize, a dependncia externa desses recursos pode diminuir

    substancialmente, at mesmo nas importaes de produtos de petrleo, caso novas

    refinarias sejam construdas.

    Segundo o relatrio, o grande problema para Cuba nos prximos anos est

    relacionado segurana no fornecimento de energticos. As estratgias propostas para

    esta questo se baseiam nas seguintes premissas: aumento da competitividade

    econmica; conservao e uso racional de energia; explorao e uso eficiente de

    petrleo e gs natural; desenvolvimento de fontes renovveis de energia; suporte legal e

    institucional de atividades no setor energtico; envolvimento ativo em fruns e eventos

    internacionais relacionados a questes tecnolgicas, energticas e ambientais, visando

    integrao de recursos.

    21.1.8 El Salvador2

    O grande destaque para El Salvador a energia geotrmica; responsvel por

    gerar 20% da energia eltrica consumida no pas, representa 26,7% da matriz energtica

    nacional. O pas o maior produtor de energia geotrmica na Amrica Central. No pas,

    essa fonte representa aproximadamente 150 MW, significando 12% da capacidade

    instalada de produo de eletricidade (Figura 21.31).

  • 300

    Figura 21.31: Matriz energtica de El Salvador (Total consumido:4882 ktep).

    21.1.9 Equador2,13

    O Equador um dos maiores exportadores de petrleo da Amrica Latina, fato

    que se reflete na presena deste recurso como principal participante da matriz energtica

    do pas (Figura 21.32), com grande participao (cerca de 80%) em comparao s

    outras fontes.

    Figura 21.32: Matriz energtica do Equador ao longo do tempo (em milhares de tep).

    Outro destaque para a matriz do pas a energia hidrulica. Como segundo

    principal recurso, responsvel por 50% da produo de energia eltrica nacional. O

    Equador atravs do CONELEC (Conselho Nacional de Eletricidade) divulgou em 2009

    o Plan Maestro de Eletrificacin 2009-2020, plano no qual so estabelecidos alguns parmetros e planejamentos para o setor eltrico e energtico como um todo.

    Seguindo o ideal proposto no PND (Plano Nacional de Desenvolvimento) 2007-

    2010, necessrio ao Equador projetar suas bases para uma perspectiva ps-petrleo, ou

    seja, o pas no pode depender de exportao de um produto como o petrleo, seja por

    questes econmicas ou por questes ambientais. Portanto, planejamento energtico do

    pas com a proposta do PND, a manuteno da matriz energtica tende a ser o foco, no

    somente para compensar a queda na dependncia de petrleo, mas fundamentalmente

  • 301

    para compor a estrutura energtica com a participao de recursos renovveis, visando

    garantir a autonomia energtica de forma sustentvel.

    O levantamento da matriz energtica no pas tem passado por uma

    reestruturao, para que assim seja possvel o desenvolvimento de um planejamento que

    visa s seguintes aes: diversificar a matriz energtica com energias limpas e

    renovveis, como a elica, biomassa, biogs, solar, geotrmica e hidrulica; trabalhar

    em marcos jurdicos para incentivar o uso de biocombustveis; introduzir o conceito de

    eficincia energtica e uso racional de energia; criar uma lei de incentivo ao uso de

    energias renovveis; inserir o componente de eficincia energtica na educao bsica;

    instituir um programa de etiquetagem para melhorar a eficincia energtica de

    equipamentos; substituir veculos com motores de combusto interna por veculos

    eltricos hbridos; ter apoio por parte do MEER (Ministrio de Eletricidade e Energia

    Renovvel) e do Ministrio de Minas e Petrleo a projetos de novas refinarias.

    O relatrio estipula dois cenrios para se entender a perspectiva futura do

    comportamento da produo, demanda, exportao e importao na matriz energtica

    nacional. Em um primeiro cenrio denominado Tendencial, a matriz se comporta de

    acordo com tendncias histricas. Neste cenrio, a oferta energtica (produo mais

    importao) mostra uma queda de cerca de 15% entre os perodos de 2006-2011 e

    2012-2020, reduo que se explica pela diminuio da produo de petrleo (Figura

    21.33). A demanda interna de energia aumenta cerca de 90% at 2020, enquanto as

    exportaes reduzem aproximadamente 42%.

    Figura 21.33: Comportamento da matriz energtica no Equador para o Cenrio Tendencial 2006-2020.

    Em um segundo cenrio (Figura 21.34) com interveno, ou seja, no qual h um

    acrscimo de novos empreendimentos, principalmente na produo de energia eltrica,

    percebe-se um aumento na oferta, sendo possvel at maior exportao de recursos e

    menor importao.

  • 302

    Figura 21.34: Comportamento da matriz energtica no Equador para o Cenrio com interveno 2006-

    2020.

    Quanto energia eltrica, a perspectiva futura da matriz energtica mostra

    claramente que os projetos hidreltricos so de fundametal importncia para suportar as

    necessidades do crescimento de produo de energia no pas. Alm do aproveitamento

    hidrulico, tambm mostra-se necessria a incluso de gerao trmica eficiente que

    utilize combustveis produzidos nacionalmente na matriz. Portanto, a diversificao da

    matriz energtica e a incluso de gerao hidreltrica e termeltrica levaro o pas a ter

    uma oferta de energia eltrica autossuficiente, sendo possvel exportar ou realizar

    substituio de combustveis em outros setores como no transporte e na indstria.

    Visando, portanto, minimizao da utilizao de petrleo como recurso

    principal no pas, as autoridades demonstram grande interesse nas energias renovveis

    como alternativa. O Plan Maestro de Eletrificacin 2009-2020 demonstra algumas

    iniciativas e trabalhos que j em desenvolvimento no Equador para esse fim.

    21.1.10 Guatemala2, 14

    A matriz energtica da Guatemala (Figura 21.35-21.36) composta

    principalmente pela biomassa. O pas ainda muito dependente do uso da lenha,

    embora esteja tentando mudar essa realidade.

    Figura 21.35: Matriz energtica da Guatemala (total: 8072 milhares de tep).

    A produo de energia eltrica tem como principal fonte a hidreletricidade. Os

    combustveis fsseis e o bunker (derivado de petrleo) representam, juntos, 31% da

    matriz. A integrao com o Mxico responde por 11% da oferta de energia da

    Guatemala, situao que o pas est disposto a mudar.

  • 303

    Figura 21.36: Matriz de energia eltrica da Guatemala. (Combustvel base: carvo, gs natural, coque de

    petrleo)

    A Guatemala tem seu Plano de Expanso do Sistema Eltrico Guatemalteco, que

    fez projees para 2022 (Figura 21.37), com base em 2007. Pouco foi dito a respeito das

    fontes alternativas nesse plano, que se focou em hidreltricas e termeltricas a

    combustveis fsseis, especialmente nas primeiras.

    Figura 21.37: Projees do consumo de energia e da potncia instalada em quatro cenrios propostos pelo

    governo guatemalteco.

    Nas projees a longo prazo, o que se nota o expressivo aumento da gerao

    hidreltrica e a diminuio do uso do bunker, de origem fssil. Essa reduo pode ser

    observada nos trs cenrios de demanda projetados, mas menos significativa no

    cenrio de demanda alta, j que ela levaria ativao de termeltricas fsseis. Tambm

    possvel observar que a necessidade de Guatemala de importar energia eltrica do

  • 304

    Mxico diminuir drasticamente nas trs projees. Isso condizente com a proposta do

    pas de ter maior independncia energtica em 2022.

    21.1.11 Haiti15

    A estrutura da matriz energtica do Haiti reflete a condio econmica do pas,

    que conta com um dos menores percentuais de populao com acesso energia eltrica

    de forma regulamentada, cerca de 12,5% das pessoas. A grande participao de

    combustveis renovveis na matriz se d em funo do uso de lenha. A energia eltrica

    consumida no Haiti tem 70% de sua origem na gerao trmica com combustveis

    derivados de petrleo, o que torna o pas bastante vulnervel em relao instabilidade

    do preo de petrleo.

    21.1.12. Honduras16

    Honduras, por muitos anos, utilizou de lenha e biomassa proveniente de resduos

    agrcolas para suprir suas necessidades energticas. Esse panorama sofreu alteraes ao

    longo dos anos, e o petrleo passou a atuar com mais intensidade, porm o pas nunca

    produziu petrleo e depende de importao para suprir suas necessidades (Figura

    21.38).

    Figura 21.38: Matriz energtica de Honduras (Total consumido: 4624 ktep). Fonte: IEA/2010.

    A meta de Honduras, definida na Viso de Pas 2010-2038 (Tabela 21.3), a de

    que, ao fim do perodo, a produo de eletricidade hondurenha conte com, pelo menos,

    80% de energia vinda de fontes renovveis. A energia renovvel escolhida para se

    atingir essa meta a hidreltrica, embora o documento destaque a importncia de se

    pesquisar a implantao de outras formas, como a solar, a elica, a geotrmica e outras.

    Tabela 21.3: Evoluo da porcentagem de eletricidade renovvel na matriz energtica hondurenha, de

    acordo com a Viso de Pas

    2009 2013 2017 2022 2038

    % de Energia Eltrica Renovvel participando na

    matriz de gerao, (ENEE)

    20% 40% 50% 60% 80%

    Fonte: Viso de Pas 2010-2038

  • 305

    21.1.13. Mxico2,17

    Em 2009, o Mxico foi o stimo maior produtor de petrleo do mundo, sendo o

    setor petrolfero um componente crucial para a economia mexicana. Petrleo e gs

    natural representam os dois principais recursos energticos presentes na matriz

    energtica do pas (Figura 21.39), sendo que o gs gradualmente vem substituindo o

    petrleo usado como para a aplicao em produo de energia eltrica, da o aumento da

    participao na matriz nos ltimos anos. Contudo, o gs natural no Mxico importado,

    o que pode gerar instabilidade futura, ocasionando um aumento nas importaoes

    oriundas dos EUA e at mesmo investimento em importaes por via de GNL (Gs

    Natural Liquefeito).

    Figura 21.39: Matriz energtica do Mxico ao longo do tempo (em milhares de tep).

    O pas possui a terceira maior produo mundial de energia eltrica por meio de

    recursos geotrmicos, contando com um parque gerador geotrmico que totalizava

    aproximadamente 960 MW em 2008. O Mxico possui ainda a maior usina geotrmica

    do mundo com capacidade instalada de 720 MW. A estrutura de aproveitamento de

    fontes nucleares no Mxico parecida com a brasileira o pas possui um nico empreendimento com 1400 MW de potncia instalada, significando 2,4% da capacidade

    de produo de energia eltrica do pas.

    O Mxico um dos grandes produtores de petrleo da Amrica Latina. Ao

    contrrio da Venezuela, entretanto, ele tem uma preocupao com a introduo de

    energias renovveis em sua matriz energtica, expressa em seu Programa Setorial de

    Energia 2006-2012. A meta mexicana sair de 23% de energias renovveis em 2006

    para 26% em 2012. A Figura 21.40 mostra a evoluo esperada das fontes de produo

    de energia eltrica no pas. possvel ver o crescimento da participao dos renovveis

    e do gs natural s custas da diminuio do uso do petrleo.

  • 306

    Figura 21.40: Projeo da evoluo da participao das fontes na produo de eletricidade no Mxico no

    fim de 2012.

    O Programa Setorial no especifica quais fontes renovveis sero responsveis

    por esse aumento, mas chega a mencionar que pretende desenvolver o aquecimento e a

    eletricidade de fontes solares. Os bicombustveis tambm so um alvo da poltica

    energtica mexicana, que pretende fomentar as pesquisas nessa rea e o

    desenvolvimento do setor.

    Outro alvo do Programa a eficincia energtica. O pas espera economizar

    energia implantando um programa de economia nos setores pblicos e na produo de

    energia. Espera-se que, at 2012, 43,416 GWh de eletricidade tenham sido

    economizados com os programas de eficincia.

    21.1.14 Nicargua2,18

    A Nicargua tem como destaque a grande participao da energia geotrmica,

    em sua matriz (Figura 21.41) a partir da dcada de 1980. A explorao dessa fonte, no

    pas, est nas mos da empresa GEMOSA, do grupo Ormat, um dos lderes mundiais

    em geotrmica. Os resduos de cana tm participao importante na fatia correspondente

    biomassa da matriz nicaraguenha. Tambm interessante notar a ausncia da

    participao do gs natural e a quase ausncia da energia hidrulica.

    Figura 21.41: Matriz energtica da Nicargua ao longo do tempo (em milhares de tep).

  • 307

    O planejamento energtico da Nicargua est descrito no Plano Indicativo da

    Gerao do Setor Eltrico 2005-2016. Atualmente, o pas aproveita apenas 2,7% de seu

    potencial hidreltrico de 1760 MW, alm de possuir potencial para a energia

    geotrmica, devido a suas caractersticas geolgicas. A Nicargua tambm tem um

    potencial elico de mais de 200 MW e um potencial em biomassa no determinado, mas

    cujas oportunidades esto na cogerao com bagao de cana e madeira de eucalipto. A

    energia solar no foi contemplada no Plano por seu alto custo de ligao com a rede.

    O plano tambm considerou as usinas trmeltricas a derivados de petrleo,

    inclusive com ciclo combinado. Em uma perspectiva nacional, considerou-se apenas as

    termeltricas a carvo de pequeno porte (125 MW), embora usinas de 250 MW tenham

    sido aceitas nos planos de abrangncia regional.

    Como considerado duvidoso o abastecimento de gs natural mexicano e

    colombiano, as termeltricas a gs natural no foram includas.

    Dois macrocenrios (Figura 21.42-21.43) so considerados no Plano: o

    Integrado e o Isolado. No primeiro, considera-se que os seis pases que integram o

    projeto SIEPAC (Sistema de Interconexin Elctrica de los Pases de Amrica Central,

    integrado por Guatemala, El Salvador, Honduras, Nicargua, Costa Rica e Panam) se

    desenvolvero de uma forma integrada, uns dependendo dos outros, o que considerado

    um cenrio idealista. O segundo conta como cada pas far seu desenvolvimento mais

    ou menos isoladamente, contando apenas com os prprios recursos para suprir suas

    demandas. Esses macrocenrios do origem a cenrios que levam em conta se a

    demanda ser alta ou se ser a esperada (A ou E), se o preo do combustvel ser alto ou

    base (A ou B), se sero levadas em conta todas as hidreltricas, ou s as abaixo de 100

    MW (HT ou HM), se o SIEPAC ser implantado (+SS) ou se atrasar (+SS10) ou se

    no ser implantado (-SS) e se haver ou no interconexo com o Mxico (+MX).

    Figura 21.42: Instalao na Nicargua no perodo 2005-2016, para cada um dos cenrios do macrocenrio

    integrado.

    Figura 21.43: Instalao na Nicargua no perodo 2005-2016, para cada um dos cenrios do macrocenrio

    integrado.

  • 308

    Uma projeo da matriz energtica nicaraguense (Figura 21.44-21.46) foi feita pelo

    Plano com base nos trs cenrios principais do macrocenrio Isolado, considerado o

    mais provvel. O caso EBHM leva em conta uma demanda esperada, preos baixos dos

    combustveis e considera apenas as hidreltricas abaixo de 100 MW. O caso EBHT

    semelhante ao EBHM, mas leva em conta todas as hidreltricas. O cenrio EATP traz a

    demanda esperada, preos altos dos combustveis e abertura apenas de termeltricas;

    considerado um cenrio de emergncia, caso o pas no consiga abrir hidreltricas at 2016. As projees indicam que a demanda deve crescer de 442 MW em 2003 para 858

    MW em 2018 (podendo alcanar 918 MW, em um cenrio de alta demanda).

    Figura 21.44: Projeo da matriz energtica nicaraguense para o caso EBHM.

    Figura 21.45: Projeo da matriz energtica nicaraguense para o caso EBHT.

  • 309

    Figura 21.46: Projeo da matriz energtica nicaraguense para o caso EATP.

    21.1.15 Panam2,19

    afirmado na Poltica Nacional de Hidrocarbonetos e Energias Alternativas do

    Panam que o pas fortemente dependente das importaes de petrleo de seus

    vizinhos, sendo que a porcentagem de energia produzida nacionalmente cai a cada ano,

    apesar do aumento do consumo. Isso coloca o pas em uma situao delicada, da qual

    ele busca sair com a referida Poltica (Figura 21.47).

    O restante da matriz panamenha composta de biomassa e uma pequena parcela

    de hidreletricidade. A parcela da biomassa subdivide-se em carvo vegetal, lenha e

    resduos de cana, aqui em ordem decrescente de participao.

    Figura 21.47: Matriz energtica do Panam ao longo do tempo (em milhares de tep).

    O Plano Nacional de Energia 2005-2020 o documento contendo as polticas

    energticas panamenhas de longo prazo. O plano prev que a demanda energtica do

    pas sair de 946,28 MW em 2005 e ficar entre 1784 MW e 1953 MW em 2020. Para

    cumprir essa demanda, o pas aposta na energia hidreltrica como principal frente de

    expanso da oferta de energia. At 2009, foram instalados 108 MW de hidreltricas,

    sendo que vrios grandes projetos esto concorrendo para uma licitao. A energia

  • 310

    elica participa desse planejamento com 167,4 MW de empreendimentos que obtiveram

    licena provisria. A Figura 21.48 apresenta o mapa de potencial do Panam.

    Figura 21.48: Mapa do potencial elico do Panam a 40 m do solo. As cores se referem s velocidades

    dos ventos. O branco representa 0 m/s e o azul escuro, 11 m/s.

    A energia solar fotovoltaica contemplada no planejamento como fonte de

    gerao distribuda para escolas e postos de sade. Outro ponto importante a

    integrao energtica da Amrica Central. Como participante do SIEPAC, o Panam

    enxerga uma oportunidade de se tornar o canal energtico entre as Amricas do Sul e

    Central, por sua posio privilegiada. O pas faz estudos de viabilidade para a

    introduo do gs natural em sua matriz, para a produo de biogs a partir de esgoto e

    para a cogerao com biomassa, alm da queima de turfa para a produo de energia.

    21.1.16 Paraguai2, 20

    O Paraguai se destaca por sua matriz predominantemente renovvel. Nos ltimos

    trinta anos, a oferta de energia hidrulica cresceu bastante, passando a ter destaque na

    matriz energtica paraguaia (Figura 21.49) como no tem em nenhum outro lugar.

    Figura 21.49: Matriz energtica do Paraguai ao longo do tempo (em milhares de tep).

  • 311

    21.1.17 Peru2, 21

    A matriz energtica do Peru predominantemente fssil (Figura 21.50), com

    uma crescente participao do carvo e do gs natural. Nos ltimos anos, houve um

    aumento do nmero de termeltricas a carvo mineral e de plantas de cogerao.

    Figura 21.50: Matriz energtica do Peru ao longo do tempo (em milhares de tep).

    Em seu Plano Referencial de Eletricidade 2006-2015, o Peru faz projees que

    levam em conta apenas energias fsseis e hidreltricas. O Plano diz respeito apenas

    energia eltrica, participante ou no do Sistema Integrado Nacional. possvel ver na

    figura que o Peru gera eletricidade apenas a partir de hidreltricas e termeltricas,

    praticamente com a mesma potncia instalada.

    Figura 21.51: Potncia instalada em 2006, por origem.

    O pas trabalha com um cenrio mdio, um conservador e um otimista (Figura

    21.52-21.54). Em nenhum desses cenrios, h o planejamento de participao das

    energias renovveis. Apenas no cenrio otimista h a possibilidade da substituio do

    carvo por petrleo residual e diesel, que so menos poluentes, mas ainda assim, de

    fonte fssil.

  • 312

    Figura 21.52: Participao por tipo de fonte na oferta de eletricidade. Cenrio de demanda mdia.

    Figura 21.53: Participao por tipo de fonte na oferta de eletricidade. Cenrio de demanda otimista.

    Figura 21.54: Participao por tipo de fonte na oferta de eletricidade. Cenrio de demanda conservadora.

    21.1.18 Repblica Dominicana2

    A oferta de petrleo na Repblica Dominicana aumentou muito nos ltimos

    vinte anos, acompanhada pelo aumento do nmero de termeltricas a carvo mineral e

    do surgimento do gs natural na matriz, em 2002. A biomassa, com participao

    expressiva, se refere a carvo vegetal, bagao de cana e lenha (Figura 21.55).

  • 313

    Figura 21.55: Matriz energtica da Repblica Dominicana ao longo do tempo (em milhares de tep).

    A Comisso Nacional de Energia da Repblica Dominicana disponibiliza o

    Estudio Prospectiva de la Demanda de Energa de Repblica Dominicana, que faz

    projees para a situao energtica do pas em um horizonte 2005-2025 (Figura 21.56).

    Foram analisados dois cenrios: o Alternativo, no qual as alternativas energticas

    alcanam maior expressividade, e o Tendencial, que apresenta um crescimento mais

    conservador. Toda a anlise feita com base no conceito de energia lquida (da energia

    fornecida pelo combustvel subtrai-se a energia necessria para produzi-lo). Mesmo

    para o cenrio tendencial, esperado um grande crescimento da demanda lquida at

    2025.

    Figura 21.56: Demanda lquida total 1970-2025. Fonte: Estudio Prospectiva de la Demanda de Energa

    de Repblica Dominicana.

  • 314

    Nas Figuras 21.57-21.58, so mostradas as matrizes futuras da Repblica

    Dominicana em cada um dos cenrios. No cenrio alternativo, prev-se uma grande

    penetrao do gs natural na matriz dominicana. O bioetanol e o biodiesel tambm

    ganhariam destaque: a diminuio da participao da biomassa total na matriz seria

    consequncia da entrada do gs natural e da diminuio do uso de lenha. Outra fonte

    que apresentaria um grande crescimento seria a solar fotovoltaica, embora sua

    participao continue pequena em comparao ao resto.

    Figura 21.57: Consumo lquido por categoria de fontes, cenrio alternativo.

    No cenrio tendencial (Figura 21.58), o gs natural e os biocombustveis no

    tm entrada macia na matriz. Os maiores crescimentos ficam por conta da energia solar

    (mesmo que sua participao continue pequena), do leo combustvel e do GLP. O

    diesel, a lenha e o bagao de cana apresentam reduo na participao. Percebe-se uma

    preocupao do pas com a diversificao de fontes e diminuio de emisses de gases-

    estufa. Espera-se que o setor com maior crescimento de demanda seja o dos transportes.

    Figura 21.58: Consumo lquido por categoria de fontes, cenrio tendencial.

    21.1.19 Uruguai23

    A matriz do Uruguai (Figura 21.59) fortemente dependente do petrleo, com

    uma participao significativa da energia hidrulica. A partir de 1999, vemos a insero

    do gs natural, ainda que sua participao seja muito pequena.

  • 315

    Figura 21.59: Matriz energtica do Uruguai ao longo do tempo (em milhares de tep).

    O Uruguai no possui reservas de petrleo e gs natural (sua importao

    representa 27% de todas as importaes do pas), alm de ter quase esgotado seu

    potencial hidreltrico. Isso faz com que o pas aposte seriamente na introduo de

    energias renovveis at 2015. Em seu Panorama Energtico 2005-2030, o pas

    determina metas ambiciosas para curto prazo (2015): pretende alcanar 90% de fontes

    renovveis para a produo de eletricidade e tornar renovveis 50% da matriz

    energtica.

    O pas pretende, at 2015, ter 500 MW de energia elica instalada, 200 MW de

    capacidade instalada de biomassa (com 30% do resduo agrcola sendo usado para a

    produo de energia), incluindo biocombustveis e produo de energia eltrica. Alm

    disso, prev 500 kWp de solar fotovoltaica at o meio de 2011.

    A longo prazo, o objetivo da poltica uruguaia diminuir sua dependncia de

    importao de eletricidade e combustveis. Em 2008, a matriz energtica ainda mostrou-

    se muito distante do que se pretende para 2015, como se pde ver na seo anterior.

    Figura 21.60: Meta de participao das fontes de energia eltrica para o Uruguai em 2015.

  • 316

    Figura 21.61: Meta da matriz energtica para o Uruguai em 2015.

    21.1.20. Venezuela2

    A Venezuela praticamente no apresenta contribuio da biomassa em sua

    matriz (Figura 21.62), composta basicamente de petrleo e gs natural. Isso facilmente

    explicvel, levando-se em conta o fato de a Venezuela ser um dos pases da OPEP

    (Organizao dos Pases Exportadores de Petrleo). nada menos que a maior reserva

    de petrleo do Ocidente, sendo que o petrleo responsvel por cerca de trs quartos

    dos rendimentos que a Venezuela tem com a exportao. Com a grande oferta de

    petrleo e derivados, as fontes renovveis ficam em grande desvantagem competitiva.

    Figura 21.62: Matriz energtica da Venezuela ao longo do tempo (em milhares de tep).

    21.2 Consideraes finais

    A caracterstica da matriz energtica dos pases da Amrica Latina, no geral, o

    fato de serem fortemente dependentes de petrleo, gs natural e da biomassa

    (especialmente lenha e biocombustveis). A participao da energia hidrulica mais

    significativa nessa regio do que no restante do mundo. Excees so a Costa Rica e El

    Salvador, com uma expressiva parcela devida energia geotrmica, e o Paraguai, com

    uma parcela de energia hidrulica realmente grande.

    Nesse contexto, uma preocupao comum das naes latino-americanas o

    desenvolvimento das energias renovveis (tanto hidrulica quanto outras, no

    convencionais), que diminuam sua dependncia dos combustveis fsseis e eventuais

    importaes de energia.

  • 317

    curioso notar que existem iniciativas de unificao do mercado de energia de

    setores da Amrica Latina, como a Unasul e SIEPAC; os planejamentos energticos da

    Amrica Latina se inclinam mais independncia energtica dos pases que

    integrao. Isso compreensvel no caso do Uruguai, que importa praticamente toda a

    energia consumida, de modo que 27% de todas as suas importaes so de energticos.

    Porm, no caso de outros pases, perde-se um potencial interessante ao se desconsiderar

    a integrao energtica. Um dos grandes benefcios da integrao seria a maior

    segurana que os participantes teriam contra apages e racionamentos.

    As energias alternativas mais visadas so a geotrmica, nos pases que se

    encontram em posio geogrfica favorvel, e a elica, nos demais. Biocombustveis

    tm posio de destaque em pases como o Brasil e a Repblica Dominicana.

    A Amrica Latina j possui uma matriz muito mais limpa que o restante do

    mundo (69,5% de combustveis fsseis na matriz contra 87,3% do mundo), mas ir

    consolidar ainda mais sua posio, caso os planejamentos de seus pases sejam levados

    a cabo. A riqueza de recursos da regio a tornam uma verdadeira promessa para as

    prximas dcadas.

    21.3 Referncias

    1. FECOMERCIOMG. Blocos Econmicos: Unasul. Disponvel em: . Acesso em: 13 de fev. 2012.

    2. INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. Latn America: Statistics. Disponvel em: . Acesso em: 13 de mai. 2012.

    3. WORLD ENERGY COUNCIL. Regional Energy Integration in Latin America and the Caribbean: Executive Summary. Disponvel em: .

    Acessoe em: 12 de jun. 2012.

    4. CHIMALE, N.D., ACOSTA, G. F. Transitioning to a sustainable and prosperous future Argentines energy outlook 2010 to 2100. Disponvel em:

    . Acesso em: 12 de mai. 2012.

    5. ESTADO PLURINACIONAL DE BOLIVIA. Plan de Desarrollo Energtico. Disponvel em: . Acesso em: 14

    de mai. 2012.

    6. EMPRESA DE PESQUISA ENERGTICA Plano Nacional de Energia - PNE 2030. Disponvel em: . Acesso em 25 de ago. 2011.

    7. EMPRESA DE PESQUISA ENERGTICA Plano Decenal de Energia - PDE 2019. Disponvel em: . Acesso em 25 de ago. 2011.

    8. EMBAJADA DE SUIZA IN CHILE. The Chilean Energy Market. Disponvel em: . Acesso em: 13 de abr. 2012.

    9. AMERICAS COUNCIL OF THE SOCIETY AMERICAS. Colombias Energy Renaissance. Dipsonvel em: . Acesso em: 30 de mai. 2012.

  • 318

    10. UNIDAD DE PLANEACIN MINERO ENERGTICA Upme. Plan Energtico Nacional 2006-2025 Contexto Y Estrategias. Disponvel em:

    http://www.upme.gov.co/Docs/PLAN_ENERGETICO_NACIONAL_2007.pdf>. Acesso em: 16 de mai. 2010.

    11. TORRE, T. Hacia Un Nuevo Modelo Energetico Para Nuestro Pais. Disponvel em: .

    Acesso em: 1 de jun. 2012.

    12. INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY. Cuba: A Country Profile on Sustainable Energy Development.. Disponvel em: . Acesso

    em 13 de mai. 2012.

    13. CONELEC. Plan Maestro de Eletrificacin 2009-2020.. Disponvel em: . Acesso em: 15 de jun. 2012.

    14. COMISIN NACIONAL DE ENERGA ELCTRICA. Perspectivas de mediano plazo (2010-2015) para el suministro de electricidad del sistema elctrico nacional. Disponvel em:

    . Acesso em: 13 de jun. 2012.

    15. DEVELOPING RENEWABLE. Country energy information Haiti. Disponvel em: . Acesso em: 30 de abr. 2012.

    16. CONGRESSO NACIONAL. Repblica de Honduras Visin de Pas 2010 2038 y Plan de Nacin 2010 2022. Disponvel em: . Acesso em: 14

    de abr. 2012.

    17. SECRETARIA DE ENERGIA. Programa Sectorial de Energa 2007 2012. Disponvel em: . Acesso em: 14 de fev. 2012.

    18. COMISIN NACIONAL DE ENERGA. Plan Indicativo De La Generacion Del Sector Electrico Periodo 2005 2016. Disponvel em: . Acesso em: 13 de mar. 2012.

    19. EMPRESA DE TRANSMISON ELECTRICA. Plan de Expansin del Sistema Interconectado Nacional. Disponvel em: . Acesso em: 15 de mar. 2012.

    20. OLADE. PARAGUAY: Final Report Product 1: Renewable Technological. Disponvel em: . Acesso em: 15 de abr. 2012.

    21. MINISTRIO DE ENERGYA Y MINAS. Plan Referencial De Electricidad 2006 2015. Disponvel em: . Acesso em: 4 de jun. 2012.

    22. FUNDACIN BARILOCHE. Estudio prospectiva de la demanda de energa de Repblica Dominicana : informe final. Disponvel em: .

    Acesso em: 13 de jul. 2012.

    23. REPUBLICA ORIENTAL DEL URUGUAY. Renewable Energy Investment opportunities in Uruguay. Disponvel em: . Acesso em 12 de jun. 2012.

  • 319

    22 GRANDES EMPRESAS DO SETOR ENERGTICO NACIONAL E MUNDIAL

    22.1 Empresas energticas nacionais

    Neste tpico, sero apresentadas, de forma sucinta, as principais empresas do

    setor energtico nacional.

    22.1.1 PETROBRS1-4

    Desde 1968, com a criao do Cenpes (Centro de Pesquisa e Desenvolvimento),

    na ocasio o maior centro de pesquisas da Amrica Latina, a Petrobras se destaca pela

    preocupao em desenvolvimento tecnolgico. Em 1975, dois anos aps a primeira

    grande crise do petrleo, a empresa ampliou horizontes devido necessidade de

    contornar o problema com o recurso fssil, e se envolveu no Prolcool com atuao

    fundamental no abastecimento e distribuio do etanol.

    Aps a quebra do monoplio estatal do petrleo em 1997, a companhia ganhou

    status e iniciou uma fase de crescimento significativo. Com isso, a Petrobras comea

    uma trajetria baseada na diversificao dos produtos e servios, visando agregar

    valores e acelerar o desenvolvimento tecnolgico.

    O primeiro grande marco para essa nova filosofia foi alavancado pelo apago em

    2001, que fez com que a empresa comprasse participaes em diversas termeltricas a

    gs natural, e se envolvesse definitivamente com essa fonte primria e a produo de

    energia eltrica. Quanto ao desenvolvimento de energias renovveis, o grande

    acontecimento se d em 2004, quando a Petrobras inaugura sua primeira Usina Elica,

    na cidade de Macau, no Rio Grande do Norte. J os biocombustveis, abordados

    anteriormente com o Prolcool, voltaram a ganhar destaque em 2008, principalmente

    pelo surgimento dos veculos bicombustveis e devido ao desenvolvimento do biodiesel,

    que passou a ser acrescido ao diesel tradicional por exigncias legais. Dessa forma, foi

    criada, no mesmo ano, a empresa Petrobras Biocombustveis, subsidiria responsvel

    pelo desenvolvimento de projetos de produo e gesto de etanol e biodiesel.

    22.1.1.1 Fontes Alternativas de Energia

    A Petrobras deixou de atuar exclusivamente com petrleo, para se tornar uma

    empresa integrada de energia, no sentido mais amplo. Dessa forma, fontes alternativas

    de energia fazem parte das pesquisas da Petrobras, destacando-se as energias do sol, dos

    ventos e das guas. A empresa conta com unidades que testam a utilizao dessas fontes

    renovveis, assim como tambm investe em clulas a hidrognio.

    Quanto ao aproveitamento de energia elica, a Petrobras possui uma usina

    localizada em Macau (RN). O projeto consiste na substituio de dois geradores

    eltricos e uma bomba mecnica de petrleo, ambos a diesel, por trs geradores elicos

    de energia eltrica que totalizam uma capacidade de 1,8 MW. A energia gerada

    utilizada nas unidades operacionais locais, ou transferida para plataformas por uma rede

    submarina.

  • 320

    Alm desse projeto, a Companhia realiza estudos para instalao de outras

    unidades e parcerias nos projetos do PROINFA (Programa de Incentivos s Fontes

    Alternativas de Energia Eltrica).

    A energia solar est sendo pesquisada pela Petrobras em duas frentes: no sistema

    de aquecimento de gua e em painis fotovoltaicos para a produo de energia eltrica.

    A empresa desenvolve um programa de instalao de equipamentos termossolares em

    diversas unidades como refinarias, campos de produo e postos de servios. Sistemas

    de aquecimento de gua j so utilizados nos banheiros e cozinhas de cinco unidades

    industriais, inclusive no edifcio-sede da Companhia (EDISE), localizado no Rio de

    Janeiro. Com essa iniciativa, a Companhia obtm, anualmente, uma economia de 1228

    MWh, utilizando 2180 m2 de coletores de energia solar.

    A Companhia possui uma potncia instalada de cerca de 100 kW em painis

    fotovoltaicos. o caso dos equipamentos de monitoramento de pequenas plataformas de

    produo de petrleo, anteriormente alimentados por geradores a diesel, que exigiam

    superviso contnua. Alm disso, a energia solar tem sido utilizada em sistemas de

    controle e proteo catdica de dutos (que evitam corroso na tubulao), no

    suprimento de energia eltrica para instrumentao e no acionamento automtico do

    sistema de bombeamento de petrleo.

    A Petrobras participa em diversos projetos nas vrias regies do pas, tratando-se

    de uma estratgia importante quanto ao investimento em empreendimentos de produo

    de energia eltrica pela companhia. Atualmente a empresa possui participao em 14

    pequenas centrais distribudas nos Estados do Esprito Santo, Rio de Janeiro, Minas

    Gerais e Gois, sendo que as usinas tm capacidade de 4 a 30 MW de potncia

    instalada.

    Quanto ao setor de biocombustveis, a Petrobras atua como distribuidora e

    produtora de biodiesel e lcool, alm de acompanhar linhas de pesquisa para

    desenvolver novas matrias-primas e tcnicas de produo desses combustveis. Desde

    outubro de 2006, a Petrobras desenvolve, em parceria com a Cooperbio (Cooperativa

    Mista de Produo, Industrializao e Comercializao de Biocombustveis do Brasil),

    um projeto piloto de produo de etanol por meio de agricultura familiar no Estado do

    Rio Grande do Sul. Naquele ano, o contrato previa a instalao de nove microdestilarias

    e uma retificadora central ainda em 2007. Os agricultores forneceriam a matria-prima

    para a produo do biocombustvel e seriam responsveis pela operao das

    microdestilarias. A caracterstica principal do projeto que as microusinas do noroeste

    gacho teriam produo diversificada consorciada com a produo de alimentos. Seria possvel produzir etanol a partir de outras matrias-primas como mandioca, por

    exemplo.

    No final de 2009, a companhia transformou a usina termeltrica Juiz de Fora,

    que faz parte do parque gerador da Petrobras, em uma trmica flex fuel (bicombustvel).

    Alm de operar com gs natural, a usina passa a ser a primeira do mundo a gerar energia

    com o etanol. O projeto consistiu na adaptao de uma das duas turbinas (com potncia

    de 43,5 MW) para operao com etanol; a converso da turbina consistiu na troca da

    cmara de combusto, de dois bicos injetores e na instalao de equipamentos

    perifricos (sistema de recebimento, tanques, bombas e filtros) que permitem o

    recebimento, o armazenamento e a movimentao do etanol para a turbina.

    A Petrobras comeou a produzir etanol, em abril de 2010, na Usina de Bambu,

    situada na cidade de Bambu. Esta a primeira usina produtora de etanol da estatal, que

    adquiriu 40,4% do capital da unidade da Total Agroindstria Canavieira, por meio de

    sua subsidiria Petrobras Biocombustveis. O objetivo da companhia fechar o ano com

    uma produo de 80 milhes de litros de lcool somente na usina localizada em Minas

  • 321

    Gerais. O investimento no projeto de R$ 150 milhes, sendo que a Petrobras pretende

    duplicar a capacidade de estocagem da usina e deve aumentar a rea plantada em quatro

    vezes.

    A Petrobras participa de forma decisiva no Programa Brasileiro de Biodiesel por

    meio de um programa de grande amplitude que abrange o desenvolvimento tecnolgico,

    a produo comercial de biodiesel e sua disponibilidade nos postos de combustveis. A

    companhia comeou a desenvolver os combustveis em usinas experimentais em 2006, e

    j em 2008 entraram em operao trs usinas industriais, com capacidade de produo

    de 57 milhes de litros por ano, nos estados da Bahia, Minas Gerais e Cear, sendo que

    para a matria-prima, privilegiam-se as agriculturas familiares, havendo tambm o

    fornecimento de agronegcios do setor. Os leos para produo do combustvel se

    baseiam em leos vegetais, leos de gordura animal, leos de frituras e gorduras

    residuais.

    Em parceria com universidades brasileiras, a Petrobras est aprimorando as

    tecnologias existentes no aproveitamento da biomassa para produo de energia eltrica.

    Nesses estudos, destacam-se possibilidades de melhor aproveitamento de resduos

    vegetais na agricultura e de lixo orgnico. Em 2006, a Petrobras criou o modelo das

    Redes Temticas voltado para o relacionamento com as universidades e institutos de

    pesquisas brasileiros. Hoje j h 50 redes operando em parceria com 114 universidades

    e instituies de pesquisas de todo o Brasil. Nas redes, as instituies desenvolvem

    pesquisas em temas estratgicos para o negcio da Petrobras e para a indstria brasileira

    de energia. Os investimentos possibilitam s instituies conveniadas a implantao de

    infraestrutura, aquisio de modernos equipamentos, criao de laboratrios de padro

    mundial de excelncia, capacitao de pesquisadores/recursos humanos e

    desenvolvimento de projetos de Pesquisa & Desenvolvimento nas reas de interesse.

    Junto com a Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), a empresa

    inaugurou o Laboratrio de Biomassa e Biocombustveis para o desenvolvimento de

    pesquisas em processo de obteno de bio-leo por pirlise rpida cataltica, a partir de

    resduos vegetais. Gerado a partir de matrias-primas como serragem de madeira,

    capim-elefante e principalmente palha ou bagao de cana-de-acar, o bio-leo com

    qualidade adequada pode ser processado em unidades de refino convencionais, gerando

    combustveis de alta qualidade. No novo laboratrio, pesquisadores do Centro de

    Pesquisas da Petrobras (Cenpes) e da Universidade desenvolvero estudos sobre

    melhoramento da qualidade de bio-leo gerado por este processo, para poder, no futuro,

    incorpor-lo s plantas de refino da companhia. Os novos equipamentos esto instalados

    em laboratrio com 150m2 de rea construda, sendo o principal deles uma planta piloto

    de pirlise trmica. Com capacidade de processar 1 kg/h de biomassa seca, esta a

    primeira planta piloto de pirlise trmica em uma universidade brasileira.

    Preparando-se para uma possvel transformao do mercado de energia, em que

    o hidrognio seria o principal vetor energtico, a Petrobras busca capacitar-se para a

    produo futura desse energtico, abrangendo os aspectos de rotas de processo para a

    gerao de hidrognio, sua estocagem, movimentao, entrega ao consumidor, bem

    como no desenvolvimento de tecnologias de uso final, considerando, em toda a cadeia,

    aspectos de segurana e especificao de uso e produtos. Focando todos esses tpicos, a

    definio de um portflio de projetos, em conjunto com universidades brasileiras e

    outras instituies, inclusive internacionais, est em andamento, com as seguintes

    abordagens:

    Produo de hidrognio a partir de gs natural para uso em sistemas de clulas a combustvel;

    Rotas tecnolgicas para produo e purificao de hidrognio;

  • 322

    Tecnologias para armazenamento de hidrognio;

    Aplicaes e usos energticos do hidrognio;

    Levantamento dos mercados de hidrognio. Esto em andamento vrios projetos de pesquisa com o objetivo de conhecer as

    diversas tecnologias existentes de clulas a combustvel e suas aplicaes, um dos quais

    visa operao de uma clula a combustvel com tecnologia do tipo cido fosfrico,

    alimentada a gs natural, que opera desde junho de 2002, alimentando o CPD do Centro

    de Pesquisas da Petrobras, o CENPES. Outros projetos, em conjunto com universidades,

    objetivam o desenvolvimento de membranas para clulas do tipo PEM (membranas

    permeveis), bem como de sistemas de clulas do tipo SOFC (xido slido).

    22.1.1.2 Estratgia Corporativa/Plano de negcios 2010-2014 em Alternativas Energticas5-6

    A estratgia corporativa da Petrobras est baseada em trs pilares: crescimento

    integrado, rentabilidade e responsabilidade socioambiental. A empresa pretende ampliar

    a atuao em diversos mercados alvo, sendo que, em relao ao desenvolvimento de

    alternativas energticas, destacam-se os investimentos em gs natural, energia eltrica e

    biocombustveis. O plano de negcios da empresa prope alteraes na carteira de

    projetos mediante diversas aes relacionadas excluso de projetos, mudana de

    cronograma, mudana de custo e de escopo, mudanas de participao societria;

    quanto aos investimentos em novos projetos, 21% esto relacionados ao gs natural e

    energia (Figura 22.1).

    Figura 22.1 Setores de investimento pela Petrobras de novos projetos. Fonte: Petrobras Plano de Negcios 2010-2014.

    Os investimentos em produo de energia eltrica se mostram muito presentes

    no escopo da empresa para os prximos anos; assim, est previsto um aumento de 9%

    da capacidade instalada at 2014, sendo que, em apenas quatro anos, a Petrobras

    pretende aumentar aproximadamente 2,5 vezes a capacidade de gerao proveniente de

    fontes renovveis de energia, passando de atuais 137 MW para 365 MW (Figura 22.2).

  • 323

    Figura 22.2 Evoluo da capacidade instalada para produo de energia eltrica. Fonte: Petrobras

    Plano de Negcios 2010-2014.

    A consolidao dos investimentos em produo de energia eltrica ocupa a

    maior parte (32%) do montante de 17,8 bilhes de dlares previsto para o setor de Gs,

    Energia e Gs-Qumica (Figura 22.3).

    Figura 22.3 Setores de Investimento pela Petrobras para 2014. Fonte: Petrobras Plano de Negcios

    2010-2014.

    Para o segmento de biocombustveis, a Petrobras tambm prev expanso, com

    investimentos estimados em 3,5 bilhes de dlares, o que resultar em um aumento na

    produo de etanol em 193% e de biodiesel em 47% para 2014 (Figura 22.4).

    Figura 22.4 Evoluo da produo de biocombustveis pela Petrobras para 2014.

    Fonte: Petrobras Plano de Negcios 2010-2014.

    No plano de negcios da Petrobras, evidente a preocupao com alternativas

    energticas, sendo que os biocombustveis e a produo de energia eltrica, a partir de

    fontes no convencionais, aparecem como principais desafios tecnolgicos no que se diz

    respeito diversificao dos produtos e agregao de valores.

  • 324

    22.1.2 CPFL7-9

    A Companhia Paulista de Fora e Luz surgiu em 1912 com a fuso de quatro

    pequenas empresas de energia do interior de So Paulo, e, ao longo de sua histria,

    alguns fatos podem ser destacados quanto participao no setor de energias

    alternativas. Em 1986, por exemplo, a companhia foi a primeira do Brasil a realizar

    contratos de compra de energia de biomassa proveniente da cana de acar. Assim

    como diversas outras empresas do setor eltrico, em resposta necessidade de uma

    gesto mais eficiente e sinergia entre as empresas do grupo, foi criada uma holding, ou

    seja, um grupo de controle chamado CPFL Energia. J em 2008, a CPFL Energia

    constituiu a CPFL Bioenergia, empresa especializada em negcios a partir da biomassa,

    promovendo e incentivando a produo de energia limpa. Em 2009, aps ser uma das

    vencedoras do primeiro Leilo de energia elica no Brasil, a CPFL Energia ampliou seu

    portflio de investimentos em energia renovvel.

    O Planejamento Estratgico da CPFL para 2015 busca consolidar a liderana no

    setor eltrico nacional, com criao de valor para os acionistas superior a do mercado,

    por meio de aes focadas no crescimento contnuo. O planejamento visa aumentar a

    capacidade instalada de gerao atual, procurando ser lder em gerao de fontes

    alternativas (biomassa, elicas e PCHs); quanto comercializao de energia, a empresa

    pretende explorar lastro prprio de novos projetos de biomassa e PCH, vendendo a

    energia no mercado livre.

    Em 2007, a CPFL Energia criou o Comit de Sustentabilidade, setor da empresa

    responsvel pela integrao das diversas aes desenvolvidas pelo Grupo relacionadas

    ao meio ambiente, sustentabilidade e responsabilidade corporativa. O planejamento da

    companhia trabalha a sustentabilidade em seis pontos de ateno, alinhados aos temas

    que devero ser monitorados pela gesto das empresas, a saber: Consumo Consciente,

    Balano de carbono, Cadeia Reversa, Biodiversidade, Sustentabilidade envolvendo

    usinas e, finalmente, o ponto relacionado ao envolvimento com alternativas energticas,

    denominado Energias para o Futuro.

    Em setembro de 2009, a CPFL Gerao adquiriu sete Parques Elicos,

    denominados Santa Clara I, Santa Clara II, Santa Clara III, Santa Clara IV, Santa Clara

    V, Santa Clara VI e Eurus VI, com capacidade instalada de 188 MW e energia

    assegurada de 76 MW mdios. Esses parques elicos sero construdos nos municpios

    de Joo Cmara e Parazinho, no estado do Rio Grande do Norte,

    Como consequncia dos investimentos da companhia em formas alternativas de

    energia, fortalecida pela criao da CPFL Bioenergia, em 2008, a CPFL Energia fechou

    parceria com a Baldin Bioenergia, apostando na estratgia de investir em coproduo de

    energia a partir da biomassa. O investimento de R$ 98 milhes foi disponibilizado para

    a construo de uma termeltrica movida a bagao de cana-de-acar. Um tero da

    energia gerada ser usado na produo da prpria usina, e o excedente ser

    comercializado no mercado livre pela CPFL Brasil. Alm da Baldin, a CPFL tambm

    est investindo na cogerao por meio da CPFL Bioformosa na UTE Baa Formosa, no

    Rio Grande do Norte.

    Como meio de desenvolvimento de tecnologias em alternativas energticas, a

    CPFL conta com diversos projetos de P&D relacionados ao tema. Atualmente, a

    companhia possui um portal de inovao tecnolgica no qual se encontram,

    detalhadamente, os investimentos da empresa em projetos de inovao.

    Dentre os projetos em andamento na CPFL, os seguintes se destacam quanto a

    alternativas energticas: Usina de Resduos, Roda Eltrica, Membranas Compsitas

  • 325

    para Clula Combustvel, Produo de energia por rejeitos de bananeira e Green

    building tecnologias Verdes.

    22.1.3 COPEL10-11

    A Copel sempre se mostrou envolvida com a ideia de desenvolver seus recursos

    sustentavelmente; j em 1972, a revista Copel Informaes publicou um artigo para

    melhor aproveitamento da energia por meio da utilizao de energias limpas e,

    acompanhando a tendncia global, desencadeada pela crise do petrleo, a empresa

    lanou a campanha para o consumo inteligente de energia. Ainda em reflexo das crises

    petrolferas, a companhia investiu em projetos de veculos eltricos em 1981, a Copel, em consrcio com outras quatro empresas, desenvolveu o Eletron, um veculo eltrico

    que tem autonomia de 100 km e velocidade mxima de 80 km/h; j no ano de 1982, o

    carro eltrico Itaipu E-400 foi adquirido da Gurgel para ser testado na empresa. Um

    ciclo de palestras sobre opes energticas com participao da Copel marcou o ano de

    1985; o seminrio abordou tpicos como: gerenciamento energtico, consrcio entre

    pequenos agricultores para produo de microdestilarias de lcool, biodigestores, PCHs

    e energia elica. Em 1995, a Superintendncia de Energias Alternativas da Copel

    desenvolveu o Projeto Ventar (mapeamento do potencial elico do Estado para a

    produo de energia), que se baseia em 10 anemmetros digitais espalhados pelo estado

    para armazenar informaes. O projeto desencadeou a criao da Usina Elica de

    Palmas em 1999. Ainda em 1995, a Copel realizou pesquisa do uso da energia solar nos

    chuveiros da Ilha do Mel, alm da elaborao de planos para experimento de energia

    solar na iluminao artificial da ilha. Em 2001, entrou em funcionamento a primeira

    clula a combustvel a operar no Hemisfrio Sul, para suprir o Centro de Processamento

    de dados CPD da Copel, no Polo do Km 3, em Curitiba. Em julho de 2003, a Copel realizou um seminrio sobre alternativas energticas. A partir de um breve histrico e da

    forma como a empresa apresenta suas ideias, percebe-se o envolvimento da companhia

    paranaense com o setor de alternativas energticas e seu interesse em investir

    fortemente na rea.

    Com o propsito de avaliar o potencial elico do Paran, no ano de 1994, a

    Copel implementou o Projeto Ventar. O projeto levantou o potencial de 25 locais em

    diferentes regies do Paran. A campanha de medies foi realizada com a instalao de

    estaes anemogrficas (equipamentos que medem e registram os dados relativos

    velocidade e direo de vento) em locais previamente escolhidos em diferentes reas do

    Estado do Paran. O Projeto foi uma das ferramentas para a criao do Mapa Elico do

    Paran, software no qual se podem identificar as reas mais promissoras ao

    aproveitamento da energia elica. O Projeto Ventar tambm desencadeou a construo

    Usina Elico-Eltrica de Palmas. A Copel detm 100% do capital social da Centrais Elicas do Paran Ltda., empresa responsvel pela construo e operao do empreendimento. A usina composta por cinco aerogeradores de 500 kW cada,

    totalizando 2,5 MW de potncia instalada, e est situada na regio de Horizonte, no

    Municpio de Palmas, ao sul do Estado do Paran.

    O estudo do aproveitamento da energia solar para a eletrificao de residncias e

    para o aquecimento dgua na substituio de chuveiros eltricos teve incio na Copel

    em meados de 1994, na antiga Superintendncia de Energias Alternativas (SEA). O

    objetivo era atender algumas necessidades especficas e dotar o corpo tcnico de

    experincia na utilizao dessas tecnologias.

    Em 1996, utilizando recursos do Prodeem Programa de Desenvolvimento Energtico de Estados e Municpios e do Governo Federal, foi instalada, na

  • 326

    comunidade de Barra do Ararapira (litoral norte do Paran), uma central fotovoltaica de

    carregamento de baterias, para a iluminao de 35 casas de pescadores artesanais. Nos

    anos de 1996 e 1997, foi implantado o Projeto de Conservao de Energia na Ilha do

    Mel, com recursos provenientes do Programa Nacional de Conservao de Energia

    Eltrica (Procel), contemplando a instalao de mais de 200 aquecedores solar dgua, em substituio a chuveiros eltricos, e a troca de 2.000 lmpadas incandescentes por

    lmpadas fluorescentes compactas. Esse projeto foi reconhecido como um dos melhores

    em sua categoria, no Congresso Mundial de Meio Ambiente, realizado no Rio de

    Janeiro em 1998. Entre 1997 e 1998, com recursos prprios da Copel, mais doze

    comunidades isoladas no litoral norte do Paran foram eletrificadas por sistemas

    fotovoltaicos, atendendo a, aproximadamente, 230 famlias de pescadores de baixa

    renda.

    Em 1997, a Copel avaliou, num Projeto Piloto, a eletrificao rural por meio da

    energia fotovoltaica. Para isso, instalou sistemas fotovoltaicos em residncias rurais,

    distribudas em diversas regies do interior do estado do Paran, aproveitando a

    infraestrutura de seus escritrios regionais.

    Em paralelo a essas realizaes, a Copel atendeu a solicitaes de diversos

    rgos do governo, como IAP Instituto Ambiental do Paran, IBAMA, Marinha do Brasil e a Polcia Florestal, entre outros, para a eletrificao, por energia solar, de

    parques ambientais, faris de marinha, postos avanados de fiscalizao, situados em

    locais remotos e de difcil acesso.

    A Copel e o Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento (Lactec)

    proporcionaram cidade de Curitiba pioneirismo no hemisfrio sul quanto ao

    funcionamento de uma clula a combustvel. O equipamento foi importado com custo

    de US$ 860 mil e constitudo de trs unidades no Paran: uma no centro

    administrativo da Copel, outra no Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento

    (Lactec) e outra que seria instalada no Hospital Erasto Gaertner.

    No caso da clula instalada no polo km3 da COPEL, no bairro Mossungu, em

    Curitiba, a fonte energtica o gs natural. Mas h equipamentos que funcionam com o

    gs gerado pela combusto natural de dejetos orgnicos, por exemplo. A clula da

    COPEL, a PC25, tem potncia instalada de 200 quilowatts (kW) de eletricidade e 200

    kW de vapor. Na Copel, o equipamento fornece um tero da eletricidade consumida

    pelo principal banco de dados da companhia e, ainda, abastece o refeitrio com gua

    quente. So seis mil litros de gua usados diariamente, em local onde trabalham mais de

    1,6 mil pessoas.

    O Lactec ficou encarregado de realizar os testes para tropicalizar (adaptar o

    maquinrio s condies brasileiras) o equipamento para o hemisfrio sul, e vender o

    equipamento na Amrica do Sul. O Instituto e a IFC criaram a Fuel Cell Brasil, da qual

    o Lactec possui 51%, para a comercializao da clula a energia. Segundo Luiz Eduardo

    Caron, gerente da rea de materiais e qumica aplicada do Lactec, o equipamento hoje

    gera um megawatt-hora (MWh) a US$ 110. So dois os campos de ao na pesquisa que

    o Lactec vem empreendendo: o primeiro so os estudos sobre a aplicao dessa

    tecnologia, e o segundo, a criao de modelos de negcios.

    22.1.4 Eletrobras12

    O desenvolvimento de fontes alternativas de energia na Eletrobras promovido,

    basicamente, por trs frentes: Proinfa (Programa de Incentivo s Fontes Alternativas de

    Energia Eltrica), Cepel (Centro de Pesquisas de Energia Eltrica) e Itaipu Binacional

    pela Plataforma Itaipu de Energias Renovveis.

  • 327

    O Cepel13

    foi criado em 1974, por iniciativa do Ministrio de Minas e Energia

    (MME) e de empresas do setor de energia eltrica, e hoje faz parte das doze atuais

    subsidirias do grupo Eletrobras.

    Quanto atuao no setor de alternativas energticas, o Cepel pesquisa solues

    energticas para reas isoladas do pas, propiciando novas possibilidades para o

    atendimento dessas populaes, com o uso de fontes de energia no convencionais,

    gerao distribuda e sistemas pequenos e modulares, geralmente inferiores a 50MW. O

    centro de pesquisa realiza inventrios regionais de energias alternativas: elica, solar,

    biomassa, e cria metodologias para identificao de vocaes energticas por regio,

    alm de projetos com o uso de informaes geo-referenciadas (GIS). Neste campo, o

    Cepel elaborou o Atlas Solarimtrico e o Atlas do Potencial Elico Nacional destinados

    identificao de aproveitamentos energticos. O Laboratrio de Sistemas de

    Informaes Geogrficas, LABGIS, estuda as aplicaes de sistemas de informaes

    georeferenciadas no setor eltrico. Para demonstrao de energias renovveis. O Cepel

    mantm em suas instalaes a Casa Solar e o CRESESB - Centro de Referncia para

    Energia Solar e Elica Srgio de Salvo Brito.

    Atravs do apoio tecnolgico Eletrobrs e ao Ministrio das Minas e Energia,

    o Cepel atua no programa Luz no Campo, desenvolvendo modelos para anlises

    tcnicas e econmicas, sensoreamento remoto para projetos de eletrificao rural e redes

    eltricas rurais de alto desempenho e baixo custo. Essa linha de pesquisa realiza

    atendimento energtico a comunidades ribeirinhas isoladas na regio amaznica, com o

    objetivo de implantar sistemas piloto para demonstrao da viabilidade tcnico-

    econmica e socioambiental de sistemas de gerao, baseados em fontes alternativas de

    energia e no aproveitamento de potenciais energticos locais.

    A Eletrobras apia o desenvolvimento e gerencia o maior programa brasileiro de

    incentivo s fontes alternativas de energia eltrica, o Proinfa, institudo pela Lei 10.438,

    de abril de 2002. Com ele, a companhia tem buscado solues de cunho regional para o

    uso de fontes renovveis de energia e incentivado o crescimento da indstria nacional.

    O Proinfa prev a operao de 144 usinas, totalizando 3.299,40 MW de capacidade

    instalada. As usinas do programa respondero pela gerao de aproximadamente 12.000

    GWh/ano, equivalente a 3,2% do consumo total anual do pas. Os 3.299,40 MW

    contratados esto divididos em 1.191,24 MW provenientes de 63 Pequenas Centrais

    Hidreltricas (PCHs), 1.422,92 MW de 54 usinas elicas, e 685,24 MW de 27 usinas a

    base de biomassa. Toda essa energia tem garantia de contratao por 20 anos pela

    Eletrobras. Alm da produo de energia a partir de fontes renovveis, o Proinfa, at a

    sua total implantao, dever gerar mais de 150 mil empregos diretos e indiretos. Os

    investimentos so da ordem de R$ 10,14 bilhes, com financiamentos de cerca de R$ 7

    bilhes e receita anual em torno de R$ 2 bilhes.

    A Eletrobras, em nome do governo brasileiro, detm metade do capital de Itaipu

    Binacional14

    . Atualmente a Itaipu Binacional tem como iniciativa importante a

    Plataforma Itaipu de Energias Renovveis sob a responsabilidade da Coordenadoria de

    Energias Renovveis. A mudana na estrutura organizacional da empresa demonstra a

    importncia estratgica desse tema para a Itaipu. O objetivo central demonstrar a

    viabilidade tcnica, econmica e ambiental do uso de fontes renovveis de energia, rea

    na qual o Brasil tem assumido uma posio de liderana e pioneirismo, favorecido por

    seus imensos recursos naturais, condies climticas, elevada biodiversidade e forte

    produo agropecuria.

    A misso da plataforma promover a eficincia energtica regional e o

    desenvolvimento sustentvel a partir do emprego das energias solar, elica, biomassa e

    hidrulica. O objetivo criar novas oportunidades de negcio e proporcionar autonomia

  • 328

    energtica para os setores agropecurio e agroindustrial da regio Oeste do Paran,

    paralelamente a um processo de saneamento ambiental. Ao desenvolver a metodologia

    de plataforma, a Itaipu atua como articuladora de diferentes atores econmicos e sociais

    instituies de ensino e pesquisa, associaes e cooperativas, empresas e governos. Fisicamente instalada no Parque Tecnolgico Itaipu (PTI), em Foz do Iguau (PR), a

    Plataforma vem se somar a um conjunto de iniciativas que esto contribuindo para

    mudar o perfil da regio, aliando tecnologia e cuidados ambientais para um futuro

    sustentvel.

    A plataforma conta com projetos no setor de energia solar, da produo de

    hidrognio e da produo de energia a partir da biomassa. A Tabela 3 demonstra os

    projetos em andamento; a maioria dos atuais projetos encontra-se na rea de biomassa,

    porm a empresa tem inteno de investir forte em energia elica com o intuito de

    aproveitar o potencial verificado no mapa elico do estado elaborado pela Copel.

    Em 2007, foi iniciado o desenvolvimento do projeto de uma planta de produo

    de hidrognio por parte da Itaipu Binacional, tendo como caracterstica pioneira a

    observao de novas normas tcnicas ISO especficas para o desenvolvimento de

    projetos de hidrognio. Para o ano de 2008, estavam previstas a licitao da obra, a

    compra, instalao e comissionamento dos equipamentos.

    22.1.5 COELBA15 e CELPE16 (grupo Neoenergia)

    A Coelba (Companhia de Eletricidade do estado da Bahia) e a Celpe

    (Companhia Energtica de Pernambuco), empresas do grupo Neoenergia, se destacam

    na regio nordeste do pas dentre as empresas que investem em alternativas energticas.

    Ambas possuem estratgias bem definidas para o investimento em energia solar, sendo

    que a companhia de Pernambuco tambm possui investimentos em energia elica.

    Desde 2005, a Coelba passou a utilizar Sistemas Individuais de Produo de

    energia Eltrica com Fontes Intermitentes (SIGFI), por meio de painis fotovoltaicos.

    Alguns critrios foram definidos pela empresa para determinar o atendimento com

    energia solar fotovoltaica, tais como: um perfil de carga compatvel com o sistema a ser

    instalado; ndice do custo por consumidor maior que R$13.872,00; distncia da rede

    convencional de energia superior a 18 km; domiclios em rea de proteo ambiental

    rgida. A instalao do sistema gratuita, e o cliente paga apenas o valor subsidiado

    equivalente ao consumo mensal de 13 kWh, para cobrir os custos de manuteno

    referente troca da bateria e reparo nos componentes, tendo direito ao servio de

    atendimento da empresa via call center. Apesar das limitaes de carga do sistema, a

    satisfao dos clientes atendidos com SIGFI superior a 75%. Do total de 10.133

    sistemas instalados nos trs ltimos anos, 6.282 aconteceram em 2007. Um bom

    exemplo de utilizao desse sistema solar foi a eletrificao das 23 residncias das

    comunidades nativas do Vale do Pati, localizado no Parque Nacional da Chapada

    Diamantina, uma unidade de conservao de proteo integral, onde no permitida a

    instalao de redes convencionais.

    A Celpe participou de convnios que, no total instalaram cerca de 900 sistemas

    fotovoltaicos para eletrificao de escolas e residncias rurais, bem como para

    bombeamento d'gua.

    22.1.6 EDP Brasil17-18

    O grupo EDP deu incio s operaes no Brasil em 1996 com a aquisio de uma

    participao minoritria na Cerj (atual Ampla). Ao longo dos anos, a empresa fez

  • 329

    diversas parcerias, investindo no setor de gerao hidreltrica e termeltrica, at que, em

    2000, foi criada a EDP Brasil. Em 2002, entrou em operao a Hidreltrica Lajeado,

    com potncia de 902,5 MW, empreendimento no qual a empresa assumiu 25% dos

    investimentos em 1997. Quanto aos investimentos em fontes alternativas de energia, o

    marco da empresa se deu no ano de 2008, quando a EDP energias do Brasil e a EDP

    Renovveis criaram uma subsidiria e acordaram o primeiro investimento elico no

    pas. Em 2009, a EDP no Brasil passa a ter nova assinatura da marca: EDP, uma boa energia, ano em que esta empresa realizou frum que reuniu especialistas em inovao e sustentabilidade.

    A EDP, em Portugal, destaca-se pelos investimentos em energias renovveis (A

    EDP, pela EDP Renovveis, ocupa a 4 posio entre os produtores mundiais de energia

    elica), destaque que se deve ao fato de o pas j possuir um desenvolvimento

    consolidado quanto ao uso dessas tecnologias, devido aos incentivos legais; dessa

    forma, o intuito da empresa trazer essa excelncia ao Brasil, fazendo uso das

    experincias j consolidadas na Europa.

    Os maiores investimentos da EDP quanto ao uso de energias alternativas

    renovveis est no setor de energia elica; por meio da EDP Renovveis, a empresa

    possui dois parques elicos no Estado de Santa Catarina, totalizando uma capacidade de

    gerao de 13,8 MW. A UEE Horizonte, localizada no municpio de gua Doce, possui

    potncia instalada de 4,8 MW, com um total de seis unidades geradoras; j a UEE gua

    Doce, tambm situada no mesmo municpio, tem capacidade de gerar 9 MW em 12

    unidades geradoras. Alm das unidades elicas em operao, a EDP Brasil possui

    participao de 48 % na construo de um parque elico de capacidade instalada de 70

    MW no Rio Grande do Sul, a UEE Tramanda, que contar com 31 unidades geradoras.

    Os investimentos em Pequenas Centrais Hidreltricas tambm tm importante

    participao no parque gerador da empresa, que possui nove usinas, sendo sete no

    Estado do Esprito Santo e duas no Mato Grosso do Sul, totalizando uma capacidade

    instalada de 132,3 MW de potncia.

    A inovao para o crescimento dos negcios da empresa expresso pela criao,

    em 2009, de uma Diretoria de Desenvolvimento de Novos Negcios e Inovao e pela

    meta de dobrar o investimento em inovao at 2012. Duas ferramentas esto em

    desenvolvimento para permitir o alcance de resultados: coleta de ideias e sees de

    conhecimento. Essa passa a ser outra frente de estmulo a ideias, alm dos recursos

    aplicados em pesquisa e desenvolvimento (P&D).

    22.1.7 Tractebel19

    A Tractebel Energia chegou ao Brasil em 1998, com a aquisio da companhia

    estatal Gerasul. Em 2003, a empresa deu incio operao da unidade de Cogerao

    Lages, a primeira a funcionar com biomassa no Estado de Santa Catarina. Outro marco

    quanto alternativa energtica se deu em 2008, quando a Tractebel adquiriu duas

    Usinas Elicas no Cear e no Piau com capacidade de 44 MW; alm disso, no mesmo

    ano, a empresa deu incio construo de uma termeltrica movida a bagao de cana-

    de-acar com 33 MW de potncia.

    A Tractebel Energia tem uma poltica esclarecida de atuao em fontes

    alternativas de energia, fato que se comprova nos atuais grandes investimentos da

    empresa e na capacidade instalada de produo de energia eltrica a partir dessas fontes.

    Atualmente a companhia possui 160 MW de empreendimentos alternativos, sendo trs

    PCHs, duas usinas elicas e duas usinas trmicas a biomassa.

  • 330

    Um grande destaque para a Tractebel a usina a biomassa de Lages o empreendimento possui uma capacidade instalada de 28 MW e 25 t/h de vapor, e o

    nico empreendimento catarinense capacitado a negociar os crditos de carbono

    oriundos da transformao de resduos de madeira para a produo de energia eltrica

    pelo Comit Executivo de Mecanismo de Desenvolvimento Limpo da Organizao das

    Naes Unidas (ONU).

    Quanto aos projetos de P&D desenvolvidos pela empresa na rea de alternativas

    energticas, percebe-se grande predominncia de projetos que visam ao estudo de

    biomassa para a produo de energia.

    22.2 GRANDES EMPRESAS INTERNACIONAIS

    Neste item, sero apresentadas as grandes empresas energticas em mbito

    internacional. Mais especificamente, sero tratadas em um breve descritivo das

    empresas indicadas, juntamente com a Cemig, ao ndice Dow Jones de Sustentabilidade.

    22.2.1 AGL Company20

    A sigla AGL significa, originalmente, Australian Gas Light Company. Ela foi

    fundada em Sidney, em 1837, e fornecia gs natural para a iluminao pblica da

    cidade. Atualmente, a lder em energias renovveis na Austrlia e a maior empresa de

    energias renovveis do setor privado.

    Os maiores investimentos da AGL so em energias hidrulica e elica, mas a

    empresa tambm tem investimentos em energia solar, geotrmica, da biomassa, de

    bagao e de gs de aterro sanitrio. Da energia gerada pela empresa, 40% provm

    dessas fontes. Alm disso, a AGL se mantm no mercado de gs natural e carvo.

    22.2.2 Centrica PLC21

    Empresa britnica ligada ao gs natural. Ela tambm tem negcios nos EUA,

    onde assume o nome de Direct Energy. A Centrica PLC a maior instaladora de

    produtos para a eficincia energtica no Reino Unido 55.000 unidades, ainda em fase de teste, com 400.000 previstas at 2012.

    A Centrica tambm possui aes na EDF, referentes a geradores nucleares. A

    fim de cumprir a exigncia do governo britnico (pelo menos 15% da energia fornecida

    pelas empresas aos consumidores deve vir de fontes renovveis), a empresa investe em

    fazendas elicas offshore.

    22.2.3 E.ON AG22

    Essa empresa alem surgiu em 2000, com a fuso das empresas VEBA

    (Vereinigte Elektrizitts- und Bergwerks Aktiengesellschaft) e VIAG (Vereinigte

    Industrie-Unternehmungen AG) e tem sua sede em Dsseldorf. Seu nome derivado da

    palavra grega eon, que pode significar vida ou ciclo de tempo. Sua matriz ainda predominantemente fssil, mas a empresa busca diversificar

    seu portflio de energia, aumentando a participao das fontes renovveis no

    convencionais de 4% para 12%, sem diminuir a participao das hidreltricas. Dos 105

    milhes de euros gastos em 2009 pela empresa, 33% foram dedicados a energias

  • 331

    renovveis, particularmente em energia elica. A Tabela 22.1 mostra a porcentagem das

    fontes usadas na produo de energia eltrica pela E.ON.

    Tabela 22.1: Porcentagem das fontes usadas na produo de energia eltrica.

    Porcentagens 2009 2008 2007

    Carvo mineral 36 39 43

    Nuclear 24 24 30

    Petrleo/Gs 30 27 16

    Hdrica 6 7 8

    Elica 2 1 -

    Resduos 1 1 1

    Outras 1 1 2

    Total 100 100 100

    Fonte: E.ON

    22.2.4 EDP23

    A EDP (Energias de Portugal S.A.) uma empresa portuguesa com atividades

    em vrios outros pases, inclusive no Brasil. Mais de 75% de seus investimentos so nas

    energias hidreltrica e elica (Figura 22.5). Em 2007, a EDP tornou-se o 3 maior

    player de energia elica, no mercado dos EUA e na Europa, e o 4 player em nvel

    mundial. Apenas 37% da potncia instalada da EDP corresponde a combustveis fsseis.

    O restante se divide em energia hidrulica e elica, com 1% de participao de outros

    renovveis.

    Figura 22.5 Potncia instalada do Grupo EDP em 2008. Fonte: EDP

    22.2.5 Enagas S.A.24

    O capital da Enags pertence Gas Natural SDG. A empresa o gestor tcnico

    do sistema de transporte do gs natural espanhol. Mais informaes, ver Gas Natural

    SDG, adiante.

    22.2.6 Endesa S.A.25

    A Endesa uma companhia privada, a maior empresa de energia eltrica da

    Espanha, com negcios em Portugal, no Chile, na Colmbia, no Brasil, no Peru, na

    Argentina, na Irlanda e no Marrocos. A Enel sua principal acionista, com 92,06% das

    aes. Pode-se resumir a potncia instalada da empresa em alternativas energticas na

  • 332

    Figura 22.6. Percebe-se a grande participao da energia elica, seguida pela cogerao

    e pelas PCHs.

    Figura 22.6 Participao de cada fonte na potncia instalada de energia renovvel da Endesa. O total

    corresponde 1459 MW. Fonte: Endesa

    No Brasil, a Endesa atua por intermdio das empresas Ampla (antiga CERJ) e

    Coelce, que somam juntas 5,5 milhes de clientes. A gerao no pas feita pela

    hidreltrica Cachoeira Dourada (665 MW) e pela termeltrica Endesa Fortaleza (322

    MW), alm de fazer a interconexo energtica entre Brasil e Argentina por meio da

    Endesa Cien (1000 km de linhas).

    22.2.7 Enel26

    Enel a sigla de Ente Nazionale per lenergia Elettrica. Empresa de energia italiana, a segunda empresa de utilidades europeia em capacidade instalada, perdendo

    apenas para a EDF (lectricit de France). O grupo est presente em 40 pases de

    quatro continentes. Seus investimentos em energias renovveis englobam as energias

    hidrulica, geotrmica, elica, solar e da biomassa (Figura 22.7). Segundo seu relatrio

    de sustentabilidade, 36% da capacidade instalada da Enel vm de fontes renovveis.

    Figura 22.7 Diviso da capacidade instalada da Enel por suas diversas fontes. A capacidade total de

    95.326 MW. Fonte: Enel.

  • 333

    22.2.8 Entergy Corp.27

    Empresa norte-americana, dona de cerca de uma capacidade de produo de

    energia eltrica de 30.000 MW, alm de ser a segunda maior geradora de energia

    nuclear dos Estados Unidos.

    Publicamente contrria adoo da poltica de RPS (Renewable Portfolio

    Standard) pelos EUA, a empresa aposta principalmente em usinas de carvo com

    captura e armazenamento de CO2, em eficincia energtica e em energia nuclear. O

    RPS, a ttulo de esclarecimento, determina que todas as empresas de energia devem

    fornecer uma porcentagem mnima de energia renovvel a seus consumidores.

    22.2.9 Fortum Oyj28

    A Fortum sediada em Espoo, na Finlndia, e possui negcios nos pases

    nrdicos, blticos e na Rssia. Seus negcios abrangem a gerao hidreltrica, nuclear,

    elica, produo de calor, aproveitamento de resduos e cogerao (Figura 22.8).

    Figura 22.8 Participao das energias renovveis na produo de eletricidade e calor, respectivamente,

    da Fortum nos ltimos cinco anos. Fonte: Fortum.

    A empresa tem como meta alcanar parcela significativa de energia elica em

    sua matriz energtica. Atualmente, a empresa tem fazendas elicas em construo em

    vrios pases e aes em empresas que geram energia elica.

    22.2.10 Gas Natural SDG S.A.29

    A Gas Natural uma companhia espanhola presente em 25 pases. Desde a

    aquisio da companhia Unin Fenosa, a Gas Natural SDG deixou de lidar apenas com

    o comrcio de gs e entrou no negcio da energia eltrica, passando a se chamar Gas

    Natural Fenosa. A Tabela 22.2 indica a composio da energia gerada pela empresa.

  • 334

    Tabela 22.2: Potncia instalada do grupo Gas Natural Fenosa em 2009.

    Potncia (MW)

    Potncia instalada em regime ordinrio (Espanha) 12.436

    Hidrulica 1.860

    Nuclear 589

    Carvo 2.048

    leo combustvel/gs natural 617

    Ciclo combinado 7.322

    Potncia instalada em regime especial (Espanha) 974

    Renovveis 974

    Potncia instalada total (Espanha) 13.410

    Potncia instalada em regime ordinrio (Internacional) 4.451

    Hidrulica 73

    leo combustvel/gs natural 321

    Ciclo combinado 4.057

    Potncia total 17.861

    Fonte: Gas Natural Fenosa

    A empresa tem planos de ampliar sua oferta de energias renovveis e diminuir o

    impacto causado pela gerao fssil. Os investimentos, at o momento, foram feitos em

    eficincia energtica, bombas de calor geotrmico e plantas elicas com gerao,

    armazenamento e uso de hidrognio. A Figura 22.9 mostra o montante de investimento

    em P&D da empresa.

    Figura 22.9 Investimento em P&D da Gas Natural Fenosa em 2009 (milhes de euros).

    Fonte: Fonte: Gas Natural Fenosa

    22.2.11 Iberdrola30

    A Iberdrola o maior grupo energtico espanhol e uma das maiores empresas de

    energia do mundo, alm de ser lder mundial de energia elica. Est presente em dez

    pases, inclusive no Brasil. A Iberdrola Renovveis o ramo da Iberdrola que lida com

    alternativas energticas. A Figura 22.10 apresenta a composio da produo de energia

    da empresa por fonte.

  • 335

    Figura 22.10 Porcentagens de produo de energia da Iberdrola no ano de 2009. Gerao total: 43.666

    MW. Fonte: Iberdrola

    A empresa tem como alvo alcanar mais de 16.000 MW de capacidade instalada

    at 2012 e, a partir dessa data, expandir significativamente seu parque de turbinas

    elicas offshore.

    No Brasil, a Iberdrola dona das empresas Coelba, Cosern e Celpe, alm de

    possuir 39% de participao na Neoenergia, maior distribuidora do Nordeste brasileiro.

    22.2.12 PG&E Corp.31

    A PG&E Corp. (Pacific Gas and Electric Company) uma empresa de energia

    da Califrnia, atuante nos setores de gs natural e eletricidade dos Estados Unidos. Sua

    energia eltrica provm de hidreltricas, usinas nucleares e usinas a gs.

    Uma vez que j possui boa parte de sua gerao em energias alternativas, a

    empresa desenvolve estudos envolvendo veculos eltricos (pertence a eles o primeiro

    caminho-cesto eltrico dos EUA) e eficincia energtica.

    22.2.13 Red Electrica Corp. S.A.32

    A espanhola Red Elctrica Corporacin foi a primeira empresa do mundo a lidar

    exclusivamente com a transmisso da energia e a operao de sistemas eltricos, em

    1985. A empresa apia o desenvolvimento do veculo eltrico na Espanha, uma vez que

    acredita que ele pode ser um grande aliado na operao do sistema, participando de seis

    programas, a seguir:

    Memorando para a Promoo do Veculo Eltrico, elaborado pelo Ministrio da Indstria, do Turismo e do Comrcio espanhol;

    Projeto VERDE, junto com a SEAT, para um prottipo de veculo eltrico que permite integrao rede;

    Programa de P&D Domocell, que pretende criar um sistema de recarga em garagens comunitrias, que permita o gerenciamento da recarga dos veculos e a devoluo da

    energia deles para a rede;

    Estudos da VLPGO (Very Large Power Grid Operators), que procura entender o impacto dos veculos eltricos nos sistemas;

  • 336

    Projeto REVE, que estuda a regulao da gerao elica por meio de veculos eltricos;

    Projeto MERGE (Mobile Energy Resources in Grids of Electricity), que estuda o impacto de veculos eltricos nos sistemas europeus, no tocante ao planejamento da

    rede e operao, bem como os mercados.

    Alm disso, a Red se preocupa com a integrao das energias renovveis rede.

    Desde 2006, ela comeou o projeto CECRE (Centro de Controle de Energias

    Renovveis), iniciativa pioneira no mundo todo de monitorar e controlar a conexo das

    fontes renovveis rede.

    22.2.14 RWE AG33

    Com base na Alemanha, a RWE uma das maiores empresas europeias de

    energia. a primeira produtora da Alemanha, a segunda da Holanda e a terceira do

    Reino Unido, alm de fazer negcios com a frica e boa parte da Europa.

    Os investimentos em energias alternativas da RWE se concentram em eficincia

    energtica e carros eltricos. A grande preocupao da empresa est em investir em

    tecnologias com baixa emisso de CO2 e na adequao de suas plantas de combustveis

    fsseis j existentes (com o uso de tecnologias de captura e armazenamento de carbono,

    por exemplo), conforme indica a Figura 22.11.

    Figura 22.11 Investimentos em propriedade, usinas e equipamentos esperados entre 2010 e 2013. O

    total perfaz entre 18 e 28 bilhes de euros. Fonte: RWE

    A RWE Innogy a empresa do grupo RWE que lida com as energias renovveis.

    A empresa tem negcios com energia elica, hidrulica e da biomassa. A Figura 22.12

    mostra a porcentagem de participao das energias renovveis na potncia instalada do

    grupo RWE, enquanto a Figura 22.13 mostra o grande destaque da gerao elica

    onshore e da energia hidrulica para a empresa. Futuramente, a RWE Innogy planeja

    implantar usinas de biogs, solar trmicas, geotrmicas e ocenicas.

  • 337

    Figura 22.12 Porcentagem de cada fonte na potncia instalada do grupo RWE. O total da potncia

    perfazia 49.582 MW no fim de 2009. Fonte: RWE Innogy

    Figura 22.13 Porcentagem de cada fonte na potncia instalada renovvel da RWE em 2009 (Total: 2,5

    GW). Fonte: RWE Innogy

    22.2.15 Snam Rete Gas Spa34

    A Snam Rete Gas (Societ Nazionale Metanodotti) a principal empresa italiana

    de transporte de gs natural. A empresa transporta, despacha, distribui e armazena gs

    natural e regasifica GNL (gs natural liquefeito).

    A empresa no possui investimento em alternativas energticas. Os

    investimentos da Snam Rete se concentram em tecnologias mais limpas e captura e

    armazenagem de CO2.

  • 338

    22.2.16 TERNA Spa35

    Terna S.p.a. uma empresa italiana, que atua no negcio de transmisso de

    energia e operao da rede. A Enel dona de cerca de 5% de seu capital.

    Uma das metas da Terna preparar a rede para a distribuio e venda de energia

    eltrica gerada por fontes renovveis. Nos ltimos anos, a empresa tem trabalhado para

    adequar a rede da Itlia s geraes que no podem ser preditas.

    22.2.17 Veolia Environnement S.A.36

    A Veolia uma empresa multinacional francesa, que atua nas reas de gua,

    resduos e energia. A subsidiria da Veolia que lida com energia a Dalkia (antiga

    Veolia Energy), que oferece servio de consultoria para a eficincia energtica de usinas

    e para a otimizao das emisses de CO2 destas, alm de gerar energia. A Dalkia est

    presente em 42 pases, inclusive no Brasil.

    As alternativas privilegiadas pela Dalkia so a energia da biomassa, o gs de

    aterros sanitrios e a energia solar (Figura 22.14). A biomassa usada, principalmente,

    na cogerao e na substituio de combustveis fsseis em caldeiras. A energia solar

    usada no aquecimento e em painis fotovoltaicos, e a Dalkia Solar tem presena na

    Itlia, Chile, Israel, Argentina e Frana. Alm disso, a empresa tem 40 anos de

    experincia em energia geotrmica.

    Figura 22.14 Diviso dos combustveis usados pela Dalkia.

    Fonte: Dalkia

    22.3 Anlise das principais concorrentes

    A partir do levantamento de informaes sobre as principais concorrentes da

    CEMIG no que tange ao envolvimento com alternativas energticas, prope-se um

    estudo comparativo entre as empresas no intuito de avaliar as principais concorrentes da

    companhia.

    Para tal, foram estabelecidos trs critrios de avaliao: primeiramente foram

    elaboradas algumas questes quanto ao envolvimento em alternativas energticas, e

    posteriormente, visando consolidar o estudo, considerou-se o Valor da Receita

    Operacional lquida das empresas em 2009, e a capacidade instalada em MW a partir de

    fontes alternativas de energia.

    As perguntas foram baseadas no envolvimento de cada empresa com as

    principais tecnologias relacionadas a fontes alternativas de energia, considerando-se

    empreendimentos j instalados, projetos de pesquisa e desenvolvimento, histrico da

    empresa e a presena de um plano estratgico no setor. A elaborao das questes no

  • 339

    mtodo de avaliao proposto permite duas respostas, positiva (1) ou negativa (0). As

    perguntas esto divididas em duas temticas principais: Envolvimento da Empresa com

    Alternativas Energticas e Pesquisas em Alternativas Energticas, sendo que a primeira

    se baseia na pesquisa realizada no presente relatrio, e a segunda fundamenta-se no

    prprio relatrio e em dados da Aneel quanto ao envolvimento de empresas em projetos

    de P&D por tema de pesquisa, conforme explicita a Figura 22.15.

    Figura 22.15 - Projetos de P&D por tema. Fonte: P&D Aneel.

    Dessa forma, a avaliao baseada no questionrio resultou na Tabela 22.3 e na Figura

    22.16, tendo o grfico sido elaborado de acordo com os valores das somas das respostas.

  • 340

    Tabela 22.3: Questionrio de avaliao para a concorrncia da CEMIG. PETROBRAS CPFL COPEL ELETROBRAS COELBA

    e CELPE

    EDP

    Brasil

    TRACTEBEL

    Energia

    Envolvimento da Empresa com Alternativas Energticas

    Possui histrico

    consolidado em

    empreendimentos e

    pesquisas de

    alternativas

    energticas?

    1 1 1 1 0 1 1

    Investimentos em

    usinas elicas?

    1 1 1 1 0 1 1

    Investimentos em

    Sistemas de

    aproveitamento solar?

    1 0 1 0 1 0 0

    Investimentos em

    pequenas centrais

    hidreltricas?

    1 1 1 1 1 1 1

    Investimentos em

    usinas trmicas a

    biomassa?

    0 1 0 0 0 0 1

    Investimentos em

    veculos eltricos?

    0 1 1 1 0 1 0

    Possui uma poltica

    estruturada para

    investimentos em

    alternativas

    energticas?

    1 1 0 1 0 1 1

    Possui plano

    estratgico que visa a

    investimentos futuros

    em alternativas

    energticas?

    1 1 0 1 0 1 1

    Pesquisas em alternativas energticas

    Projetos de pesquisa

    relacionados a energia

    elica?

    0 0 1 1 1 0 0

    Projetos de pesquisa

    relacionados a energia

    solar?

    1 0 0 1 1 0 1

    Projetos de pesquisa

    relacionados a

    biomassa ou resduos

    slidos?

    1 1 1 1 0 1 1

    Projetos de pesquisa

    relacionados a

    biocombustveis?

    1 0 1 0 0 1 1

    Projetos de pesquisa

    relacionados a clulas

    a combustvel?

    1 1 1 0 0 0 0

    Projetos de pesquisa

    relacionados a

    hidrognio?

    1 0 1 1 0 0 0

    Projetos de pesquisa

    relacionados a Smart

    Grid?

    0 0 0 0 0 0 0

    Projetos de pesquisa

    relacionados a

    Gerao Distribuda?

    0 1 0 1 1 0 1

    SOMATRIO DAS

    RESPOSTAS

    11 10 10 11 5 8 10

  • 341

    Figura 22.16 Somatrio das questes de avaliao de acordo com a metodologia proposta.

    Neste primeiro estudo, percebe-se que no houve uma distino satisfatria o

    suficiente para possveis concluses das principais concorrentes da CEMIG. Tal fato fez

    com que outras anlises fossem realizadas; props-se, portanto, a avaliao da Receita

    Operacional Lquida (ROL) e da capacidade instalada (MW) das companhias

    concorrentes. Parmetros passveis de anlise, uma vez que a ROL est associada ao

    percentual de investimentos em projetos de P&D, de acordo com exigncia da Aneel,

    que contemplam fortemente a temtica de fontes alternativas de energia. J a capacidade

    instalada de empreendimentos no setor traduz o real envolvimento das empresas com a

    questo, uma vez que j integram a estrutura da empresa de forma concreta.

    Tabela 22.4: RECEITA OPERACIONAL LQUIDA (ROL) 2009

    PETROBRAS R$ 215,1 bilhes

    CPFL R$ 4,78 milhes

    COPEL R$ 5,62 milhes

    ELETROBRAS R$ 19,34 milhes

    COELBA R$ 6,7 milhes

    CELPE R$ 2,5 milhes

    EDP Brasil R$ 4,65 milhes

    TRACTEBEL Energia R$ 3,5 milhes

    Tabela 22.5: Capacidade instalada por fontes alternativas de energia

    PETROBRAS 334,8 MW

    CPFL 414,7 MW

    COPEL 37,67 MW

    ELETROBRAS 2032,0 MW

    EDP Brasil 140,3 MW

    TRACTEBEL Energia 160,0 MW

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    PETROBRAS CPFL COPEL ELETROBRAS COELBA e CELPE

    EDP Brasil TRACTEBEL Energia

  • 342

    Os dados da ROL e de potncia instalada foram levantados a partir dos relatrios

    anuais das respectivas empresas. Para os dados de capacidade instalad,a foram

    considerados empreendimentos de aproveitamento elico, de biomassa e PCHs.

    Uma vez levantados os dados adicionais, foram estabelecidos fatores de

    multiplicao, com o propsito de aplic-los ao valor inicial encontrado na pesquisa

    baseada no questionrio sobre o envolvimento das empresas com alternativas

    energticas. As constantes para multiplicao foram estabelecidas de acordo com a

    Tabela 22.6.

    Tabela 22.6: Fatores de Multiplicao para cada faixa de dados.

    ROL (R$) Fator de

    multiplicao

    CAPACIDADE

    INSTALADA

    FONTES

    ALTERNATIVAS

    (MW)

    Fator de

    multiplicao

    1 a 3 milhes 1 1 a 100 1

    3 a 5 milhes 2 100 a 200 2

    5 a 8 milhes 3 200 a 300 3

    8 a 10 milhes 4 300 a 400 4

    15 a 20 milhes 5 400 a 500 5

    Acima de 20

    milhes

    6 Acima de 500 6

    Aplicando-se os fatores de multiplicao, obtm-se o grfico a seguir (Figura

    22.17) que demonstra, em ordem decrescente de importncia, as principais concorrentes

    da CEMIG quanto ao setor de alternativas energticas.

    Figura 22.17 Ranking das principais concorrentes da CEMIG quanto a alternativas energticas.

    0 50 100 150 200 250 300 350

    COELBA e CELPE

    COPEL

    EDP Brasil

    TRACTEBEL Energia

    CPFL

    PETROBRAS

    ELETROBRAS

  • 343

    22.4 Referncias

    1. PETROBRS. Outras Fontes de Energia. Disponvel em: . Acesso em: 15 de mai. 2012.

    2. PETROBRS. Biocombustveis. Disponvel em: . Acesso em 17 de fev. 2012.

    3. PETROBRS. Tecnologia e Pesquisa. Disponvel em: . Acesso em 13 de fev. 2012.

    4. PETROBRS.Energia e Tecnologia. Disponvel em: . Acesso em 14 de jan. 2012.

    5. PETROBRS. Estratgia Corporativa. Disponvel em: . Acesso em: 15 de mai. 2012.

    6. GABRIELLI, J. S., BARBASSA, A.Business Plan 2010-2014. Disponvel em: . Acesso em: 15 de

    abr. 2012.

    7. CPFL. Inovao Tecnolgica. Disponvel em: . Acesso em: 12 de fev. 2012.

    8. CPFL. Sustentabilidade. Disponvel em: . Acesso em: 13 de abr. 2012.

    9. CPLF. Relatrio Anual 2009. Disponvel em: . Acesso

    em: 17 de jan. 2012.

    10. COPEL. Programa de P&D. Disponvel em: . Acesso em: 22 de fev. 2012.

    11. COPEL. Elica. Disponvel em: . Acesso em 24 de fev. 2012.

    12. ELETROBRS. Programas. Disponvel em: . Acesso em: 16 de jan. 2012.

    13. ELETROBRS CEPEL. Fontes Alternativas de Energia. Disponvel em: . Acesso em: 14 de mar. 2012.

    14. ITAIPU BINACIONAL. Plataforma Itaipu de Energias Renovveis. Disponvel em: . Acesso em: 17 de mai. 2012.

    15. COELBA. Relatrio de Sustentabilidade 2010. Disponvel em: .

    Acesso em 10 de jan. 2012.

  • 344

    16. CELPE. Relatrio de Sustentabilidade 2008. Disponvel em: .

    Acesso em 4 de abr. 2012.

    17. EDP ENERGIAS DO BRASIL. Relatrios Anuais de Sustentabilidade. Disponvel em: .

    Acesso em: 13 de mai. 2012.

    18. EDP. Histrico. Disponvel em: . Acesso em: 21 de mai. 2012.

    19. TRACTEBEL. Relatrio de Sustentabilidade. Disponvel em: . Acesso em: 16

    de mai. 2012.

    20. AGL. AGL Sustainability Performance. Disponvel em: . Acesso em: 13 de jun. 2012.

    21. CENTRICA. Reports. Disponvel em: . Acesso em: 15 de

    mai. 2012.

    22. EON. EON Sustainability Report. Disponvel em: . Acesso em: 21 de jun. 2012.

    23. EDP. EDP Sustainability Report. Disponvel em: . Acesso em:

    12 de mai. 2012.

    24. ENAGAS. Annual Report. Disponvel em: . Acesso em: 12 de mai. 2012.

    25. ENDESA. Annual Report. Disponvel em: . Disponvel em: 31

    de mai. 2012.

    26. ENEL. Sustainability Report. Disponvel em: . Acesso em 3 de jun. 2012.

    27. ENTERGY. 2011 Sustainability Report. Disponvel em: . Acesso em: 15 de abr. 2012.

    28. FORTUM OYJ. Annual Report. Disponvel em: . Acesso em: 14 de abr. 2012.

    29. GAS NATURAL FENOSA. 2010. Disponvel em: . Acesso em: 13 de jan. 2012.

    30. IBERDOLA. Sustainability Report . Disponvel em: . Acesso

    em: 14 de mai. 2012.

  • 345

    31. PG&E CORP. Annual Corporate Responsibility And Sustainability Report . Disponvel em: < http://www.pgecorp.com/corp_responsibility/>. Acesso em: 13 de mai. 2012.

    32. RED ELECTRICA CORP. Corporate Report 2010. Disponvel em: .

    Acesso em: 17 de fev. 2012.

    33. RWE AG. CR Reports. Disponvel em: . Acesso em 17 de jun. 2012.

    34. SNAM RETE GAS. Sustainability Report . Disponvel em: . acesso em 13 de fev. 2012.

    35. TERNA. Terna: 2010 sustainability report on line . Disponvel em: . Acesso em: 14 de abr. 2012.

    36. DALKIA. Sustainable development . Disponvel em: < http://www.dalkia.ca/en/about-us/sustainable-development/> . Acesso em: 14 de jan. 2012.

  • 346

    23 PESQUISA E DESENVOLVIMENTO EM ALTERNATIVAS ENERGTICAS

    O processo de pesquisa e desenvolvimento P&D uma das principais ferramentas competitivas de uma empresa. O P&D leva evoluo de tecnologias e

    processos e, com isso, garante grande vantagem a quem o realiza.

    No Brasil, essa prtica ganhou destaque nos anos 1970, e foi realizada por

    grandes empresas estatais. A Petrobrs o caso mais emblemtico da importncia que o

    P&D teve para essas empresas: cerca de 40 anos depois dos primeiros projetos, a

    quarta empresa no mundo em seu setor.

    O Brasil investe mais de 1,4% de seu PIB em P&D. Embora parea

    significativo, esse volume, proporcionalmente, ainda muito maior em outros pases,

    como os EUA (2,7%) e o Japo (3.4%). H planos para que o investimento brasileiro

    dobre, para garantir a vanguarda que o pas alcanou em alguns setores, como o de

    biocombustveis.

    No setor de energia, a necessidade do P&D desponta de forma cada vez mais

    crtica. A sociedade pressiona por energias renovveis e menores emisses de gs

    carbnico, o que torna a inovao necessria. Recursos renovveis tradicionais, como a

    hidrulica, tm capacidade de crescimento limitada, e a demanda mundial por energia

    no para de crescer. Apenas o P&D em energia e alternativas energticas poder

    viabilizar a implantao, em larga escala, de novas energias renovveis, e aqueles que

    realizarem esse P&D podero ter a posio de liderana quando essas formas se

    tornarem viveis.

    Esse texto tem como objetivo contextualizar a Cemig no mbito do programa de

    P&D da Agncia Nacional de Energia Eltrica (Aneel), alm de trazer dados da

    pesquisa acadmica nacional e de investimentos governamentais internacionais para

    oferecer um panorama mais amplo do P&D em energia.

    23.1 Comparativo: Cemig e demais empresas de energia eltrica

    Para fomentar o desenvolvimento do setor eltrico, foi criado pelo Governo

    Federal um programa de pesquisa e desenvolvimento, que obriga que empresas de

    energia eltrica invistam uma determinada porcentagem de seus rendimentos em P&D.

    A Aneel a responsvel pela regulamentao desse programa.

    Os primeiros contratos de concesso determinavam que percentuais de 0,25% da

    receita operacional lquida (ROL) da empresa fossem investidos em pesquisa. Com a

    Lei 9.921/2000, as concessionrias e permissionrias de distribuio de energia eltrica

    passaram a ser obrigadas a investir, no mnimo, 1% de sua ROL em P&D, sendo que

    40% desse valor so destinados execuo dos projetos, 40% devem ser recolhidos ao

    Fundo Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico (FNCDT) e 20% devem

    ser recolhidos ao Ministrio de Minas e Energia (MME). Esto isentas apenas as

    empresas que geram energia apenas a partir de instalaes elica, solar, biomassa,

    cogerao qualificada e pequenas centrais hidreltricas.

    Para a comprovao desse gasto, a empresa deve enviar para a Aneel um projeto,

    contendo a descrio, o planejamento dos gastos e os objetivos da pesquisa, que devem

    ser bem definidos. At o ciclo 2007/2008, foram aprovados 2731 projetos de P&D, de

    empresas de todo o pas, sendo 154 em alternativas energticas.

    A Cemig participa do programa desde sua criao, com 293 projetos, at 2008

    (33 em alternativas energticas).

  • 347

    Foi feita a consulta dos projetos de P&D da Cemig e das demais empresas de

    energia no site da Aneel1, separando-se as que so centradas em alternativas energticas.

    Das empresas participantes do programa de P&D, 40% possuem pesquisa nessa rea. As

    empresas em questo so listadas abaixo:

    AMPLA Energia e Servios S/A

    Bandeirante de Energia

    Boa Vista Energia

    CEAM - Companhia Energtica do Amazonas

    CELESC - Centrais Eltricas de Santa Catarina

    CELG - Companhia Energtica de Gois

    CELPE - Companhia Energtica de Pernambuco

    CEMAR - Companhia Energtica do Maranho S/A

    CEMIG - Companhia Energtica de Minas Gerais

    CHESF - Companhia Hidreltrica do So Francisco

    COELBA - Companhia de Eletricidade do Estado da Bahia

    COPEL - Companhia Paranaense de Energia

    COSERN - Companhia Energtica do Rio Grande do Norte

    CPFL - Companhia Paulista de Fora e Luz

    ELETRONORTE - Centrais Eltricas do Norte do Brasil S.A

    ELETROPAULO - Eletropaulo S.A - Eletricidade de So Paulo

    ELETROSUL - Eletrosul Centrais Eltricas S/A

    ENERSUL - Empresa Energtica do Mato Grosso do Sul

    ESCELSA - Esprito Santo Centrais Eltricas S.A

    FURNAS - Furnas Centrais Eltricas S.A

    GEAM - Grupo de Empresas Associadas Machadinho

    LIGHT - Light Servios de Eletricidade S.A

    ME - Manaus Energia

    As Figuras 23.1-23.3 mostram um panorama da pesquisa de alternativas

    energticas no programa de P&D da Aneel, destacando-se a posio da Cemig. Os

    maiores destaques da empresa esto nas reas de solar/fotovoltaica e de hidrognio e

    clulas a combustvel, em que a Cemig possui um nmero de projetos que mais de um

    tero do total de projetos de P&D do setor.

    Figura 23.1: Nmero de projetos de P&D por rea: Cemig x Outras companhias.

  • 348

    Figura 23.2: Projetos de P&D em alternativas energticas por categoria e por empresa.

    Figura 23.3: Projetos de P&D (total) das empresas, destacando-se os projetos em alternativas energticas.

    Como pode ser observado, a Cemig no somente a empresa com mais projetos

    de P&D em alternativas energticas: ela tambm a empresa com P&D no maior

    nmero de categorias. A seguir, um breve comentrio sobre os projetos em alternativas

    energticas, de maneira geral.

    Energia solar: a campe de projetos na rea de energia solar a gerao fotovoltaica, particularmente sua ligao rede eltrica. Outras reas so a de

    aquecimento termossolar de residncias e a manufatura de clulas. A CHESF

    (Companhia Hidreltrica do So Francisco) tem um projeto em gerao termeltrica

    solar por concentradores parablicos, lanado algum tempo depois do projeto de

    P&D da Cemig com esse tipo de gerao, que culminou em uma usina de 10 kW.

  • 349

    Energia elica: os temas campees em projetos de P&D na energia elica so a conexo de turbinas elicas rede e a construo de modelos para sua otimizao e

    implantao no Brasil. A construo e incrementao de turbinas responde por cerca

    de um quinto dos projetos. O restante composto de anlises de viabilidade do

    empreendimento, atlas elicos estaduais e uma anlise de impactos ambientais. A

    Cemig possui um projeto de adaptao de turbinas realidade mineira.

    Hidrognio e clulas a combustvel: a Cemig possui quase tantos projetos nessa rea quanto todas as outras empresas juntas. Clulas a combustvel do tipo PEM

    tambm so muito pesquisadas. A Cemig possui o maior nmero de projetos nesses

    dois temas, alm de projetos na rea de clulas a combustvel do tipo SOFC e na

    utilizao de hidrognio em motores de combusto interna.

    Resduos: na rea de resduos, as empresas, no geral, apostam na produo de biogs e no aproveitamento de resduos industriais.

    Biomassa: o biodiesel possui a maioria absoluta de projetos de P&D nessa rea, correspondendo a quase metade dos projetos das outras empresas de energia.

    Estudos para o aproveitamento de biomassa (geralmente residual) tambm

    respondem por um volume considervel. A Cemig possui projetos nessas reas, em

    gaseificao e em motores a etanol.

    Demais alternativas: embora a Cemig no tenha projetos em demais alternativas, em outras empresas possvel ver projetos sobre o aproveitamento de energia das

    ondas, sobre turbinas hidrocinticas, sobre veculo eltrico e sobre armazenamento

    de energia.

    23.2 Outras estatsticas nacionais

    Para expandir um pouco mais o panorama nacional de P&D em energia, duas

    fontes trazem dados importantes para anlise: a base de dados de grupos de pesquisa do

    Centro Nacional de Tecnologia e Desenvolvimento (CNPq)2 e da Petrobrs

    3, a maior

    empresa nacional de energia.

    Os grupos de pesquisa cadastrados no CNPq pertencem a universidades e

    centros de pesquisa em todo o Brasil. Um grupo de pesquisa compreende vrios

    professores universitrios que trabalham juntos em torno de um assunto comum. Eles

    podem ser da mesma rea ou no. Cada grupo trabalha com vrias linhas de pesquisa,

    subordinados ao tema geral.

    A maioria absoluta dos 229 grupos de pesquisa do CNPq tem como linha a

    biomassa ou o estudo geral das alternativas energticas, sem a escolha de uma

    especfica. Dentre os grupos que pesquisam biomassa, a linha de pesquisa de

    biocombustveis foi a mais popular: dos 63 grupos pesquisando biomassa, 45 pesquisam

    biocombustveis. As demais linhas so mostradas na Tabela 23.1.

    Esses grupos pertencem majoritariamente Engenharia Eltrica (56 dos 229

    grupos) e Mecnica (50 dos 229), sendo seguidos pela Qumica (22 dos 229) e

    Engenharia Qumica (18 dos 229). Eles esto distribudos por 105 instituies de

    pesquisa, sendo a Universidade Tecnolgica Federal do Paran (UTFPR), com 10

    grupos e a Universidade Estadual Paulista (UNESP), com 9 grupos, as que possuem

    maior participao.

    Os temas das pesquisas foram discriminados por tipo de produo de energia,

    gerao distribuda (GD), eficincia energtica e renovveis em geral (pesquisas que

    comparam alternativas energticas, por exemplo, ou destinados a decidir qual a

    alternativa mais vivel para sua regio).

  • 350

    Tabela 23.1: Temas de pesquisa dos grupos cadastrados no CNPq e linhas de pesquisa respectivas.

    Temas Linhas de pesquisa

    Biomassa 69

    Biocombustveis 45

    Biodigesto 5

    Biogs 10

    Biohidrognio 1

    Carvo vegetal 3

    Gaseificao 11

    Lenhosos 4

    Pirlise 1

    Reforma 2

    Resduos 10

    Eficincia 20

    Elica 17 Turbinas 8

    GD 3

    Geotrmica 1

    Hidrulica 1 PCH 1

    Hidrognio 23

    Clulas a combustvel 18

    Produo 5

    Armazenamento 3

    Eletrlise 3

    Automotivo 1

    Bioclulas a

    combustvel 2

    Nuclear 6 Reatores 4

    Ocenica 1 Ondas 1

    Solar 33

    Fotovoltaica 23

    Filmes Finos 1

    Solar Trmica 12

    Renovveis em geral 71

    Biomassa 4

    Hidrulica 1

    Hidrognio 1

    Mars 1

    Nuclear 1

    PCH 5

    Solar 13

    Resduos 2

    O mesmo grupo pode figurar em duas categorias, de modo que as somas das clulas so maiores que os totais de grupos.

    A distribuio desses grupos de pesquisa mostrada na Figura 23.4. A energia

    solar, o hidrognio, a energia elica e a eficincia energtica ocupam lugar de destaque,

    abaixo das duas maiores linhas. As energias hidrulica, nuclear, geotrmica e ocenica

    receberam pouco destaque, da mesma forma que acontece com as concessionrias de

    energia.

  • 351

    Figura 23.4: Grupos de pesquisa em alternativas energticas certificados pelo CNPq.

    A Petrobrs possui 42 linhas de pesquisa no CENPES Centro de Pesquisa , oito das quais so na rea de gs natural, energia e desenvolvimento sustentvel,

    indicadas abaixo. Essas linhas mostram que a empresa, como o restante do pas, mostra

    clara preferncia pela energia da biomassa. Alm disso, possui uma linha exclusiva para

    o hidrognio.

    Nanotecnologia Aplicada Indstria de Energia Nanocatlise e Nanomateriais

    Hidrognio: Produo, Uso e Armazenagem

    Pesquisa em Bioprodutos

    Centro de Desenvolvimento de Tecnologias do Gs Natural

    Mudanas Climticas

    Planejamento, Gesto e Regulao em Petrleo, Gs Natural, Energia e Desenvolvimento Sustentvel

    Monitoramento Ambiental Marinho

    Conservao e Recuperao de Ecossistemas e Remediao de reas Impactadas

    23.3 Estatsticas internacionais

    A IEA (International Energy Agency)4 possui sries histricas de dados dos

    pases que compem a OECD (Organization for Economic Co-operation and

    Development) no tocante a seus investimentos governamentais em alternativas

    energticas. A OECD formada majoritariamente por pases desenvolvidos e

    compreende os seguintes membros: Alemanha, Austrlia, ustria, Blgica, Canad,

    Chile, Coreia, Dinamarca, Eslovquia, Eslovnia, Espanha, Estados Unidos, Finlndia,

    Frana, Grcia, Holanda, Hungria, Irlanda, Islndia, Israel, Itlia, Japo, Luxemburgo,

    Mxico, Noruega, Nova Zelndia, Polnia Portugal, Reino Unido, Repblica Tcheca,

    Sucia, Sua e Turquia. particularmente notvel o volume de investimento em

    energia nuclear nos ltimos 35 anos, embora recentemente ela esteja perdendo espao

    para as demais alternativas, conforme apresenta a Figura 23.5.

  • 352

    Figura 23.5: Srie histrica de investimentos em P&D em energia dos pases da OECD.

    Outra srie histrica mostra os investimentos em energias renovveis (Figura

    23.6). possvel notar que a energia solar, embora seja ainda responsvel por uma

    parcela importante dos recursos, vem dividindo a dominncia cada vez mais com a

    energia da biomassa. Outro ponto interessante a diminuio drstica do interesse dos

    governos em energia geotrmica alguns anos depois do boom dessa forma de energia,

    nos anos 1960 e 1970, graas ao domnio da tecnologia. Digna de nota a crescente

    importncia de outras formas renovveis de energia diferentes das tradicionais.

    Figura 23.6: Investimentos de P&D em energias alternativas dos pases da OECD.

  • 353

    Os governos que mais investem em P&D em energia na OECD so,

    respectivamente o Japo e os Estados Unidos, seguidos pela Frana e pela Alemanha

    (Figura 23.7). O Japo um pas pequeno, mas de grande populao, o que faz com que

    a questo energtica seja particularmente importante para o governo. J os EUA

    possuem a maior demanda energtica do mundo, no sendo surpreendente que pesquise

    muito o setor. A Alemanha e a Frana so lderes mundiais em energia limpa (Figura

    23.8). A Frana possui mais de 70% de sua matriz energtica ocupada pela energia

    nuclear (Figura 23.9).

    Figura 23.7: Investimento em P&D em energia, por pas, em 2007(total investido USD 13429 Mi).

    Figura 23.8: Investimento em P&D em energia renovvel, por pas, em 2007(Total USD 1680,393 Mi).

  • 354

    Figura 23.9: Investimento em P&D em energia nuclear, por pas, em 2007. O total investido de

    5329,303 milhes de dlares.

    Quando se leva em conta apenas as energias renovveis, os EUA continuam na

    liderana com aproximadamente a mesma porcentagem de antes, enquanto a

    participao do Japo cai drasticamente. Isso pode ser explicado pelo fato de que os

    investimentos japoneses em energia nuclear so bem maiores do que aqueles em

    energias renovveis. A Alemanha tem a maior porcentagem de investimento em

    renovveis do que a Frana, o que explica sua subida de posio, e o Reino Unido tem

    51% de seus investimentos em energia nos renovveis.

    O primeiro caso o dos EUA (Figura 23.10). Os investimentos so bem

    balanceados nas categorias de produo de energia. Quando se migra para as

    renovveis, possvel ver a clara predominncia de investimentos na biomassa,

    refletindo, entre outras coisas, a liderana norte-americana na produo de etanol.

    Figura 23.10: Investimentos de P&D do governo dos EUA em 2007.

  • 355

    O outro caso a ser mostrado o do maior investidor em P&D da OECD, o Japo

    (Figura 23.11). O pas tem a grande maioria de seus investimentos voltados para a

    energia nuclear e parcelas significativas para a eficincia energtica, as energias fsseis

    e as renovveis. A Frana e a Coreia esto na mesma situao. A particularidade

    japonesa est na nfase em energias renovveis diferentes das tradicionais 85% dos investimentos do governo japons em energias renovveis no so em solar, elica,

    hidrulica, geotrmica ou biomassa, contrariando o que visto em todos os outros

    pases da OECD.

    Figura 23.11: Investimentos de P&D do governo do Japo.

    O prximo caso digno de nota o do Reino Unido (Figura 23.12). Ao contrrio

    dos demais pases, o Reino Unido destina mais de 50% dos seus investimentos

    governamentais s energias renovveis. Desse investimento, mais da metade destinado

    biomassa, parte considervel se destina a elica e solar. A energia ocenica mostra

    mais destaque do que na maior parte dos demais pases.

  • 356

    Figura 23.12: Investimentos de P&D do governo do Reino Unido.

    A Dinamarca investe bastante em energias renovveis (Figura 23.13), tambm,

    mas sua particularidade est em investir muito mais que os outros pases em tecnologias

    do hidrognio cerca de um quarto dos investimentos. O pas tambm se diferencia por investir mais que os demais, em porcentagem, na energia elica.

    Figura 23.13: Investimentos de P&D do governo da Dinamarca.

  • 357

    O que se nota, em todos esses pases, a grande importncia da biomassa, , e a

    presena praticamente indispensvel das energias solar e elica pouqussimos governos no as pesquisam como alternativas. Isso mostra que o Brasil est alinhado s

    tendncias dos pases desenvolvidos em energias renovveis, embora aqui a energia

    nuclear no tenha o enorme volume de investimentos visto no exterior.

    23.4. Consideraes Finais

    No programa P&D Aneel, a Cemig se destaca como a empresa que possui mais

    projetos de P&D em alternativas energticas, englobando o maior nmero de

    alternativas. Isso a coloca em posio de vanguarda e alinhada com o que feito em

    mbito nacional e internacional, onde as grandes tendncias so a energia solar e a

    biomassa. A Petrobrs investe em linhas de biomassa e hidrognio, o que a torna um

    fator a ser observado constantemente.

    Os interesses dos governos internacionais mudaram bastante ao longo dos

    ltimos trinta anos, com alternativas ganhando o cenrio e sendo parcialmente

    abandonadas. Uma forma de energia que tem atrado grande ateno durante todo esse

    tempo a energia nuclear, de longe a que atrai mais investimentos. Tambm visvel a

    tendncia de aumento dos gastos com alternativas diferentes das renovveis j

    tradicionais solar, elica, biomassa, hidrulica, ocenica e geotrmica. necessrio um olhar prximo a essa movimentao de recursos e a essas novas tecnologias para

    que no sejam perdidas as oportunidades que surgem.

    23.5 Referncias

    1 ANEEL. Pesquisa e Desenvolvimento. Disponvel em: . Acesso em: 16 de mar. 2011.

    2 CNPQ. Diretorios de Grupos de Pesquisa no Brasil. Disponvel em: . Acesso em: 19 de out. 2011.

    3 PETROBRS. Disponvel em: . Acesso em: 20 de out. 2011.

    4 INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. Disponvel em: < http://www.iea.org/ >. Acesso em: 21 de out. 2011.

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