RETGIS: Uma ferramenta para avaliação do potencial de Geração Distribuída no Brasil – O caso do Biogás

XV Congresso Brasileiro de Energia – CBE, 22 – 24 de Outubro de 2013, Rio de Janeiro - Brasil

Tema: Geração distribuída

Forma de apresentação: Oral

RETGIS: Uma ferramenta para avaliação do potencial de Geração Distribuída no Brasil – O caso do Biogás. Rafael Soria1+, Raul Miranda+, Pedro Rochedo+, Larissa Nogueira+, Alexandre Szklo+, Roberto Schaeffer+ +

Programa de Planejamento Energético (PPE).Escola de Graduação de Engenharia, Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ- COPPE). Centro de Tecnologia, Bloco C, Sala 211. Cidade Universitária, Ilha do Fundão, 21941-972, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

Palavras chave: Geração distribuída, biogás, RETScreen, GIS.

Resumo A regulação recente para geração distribuída (GD) busca deslindar algumas barreiras evidenciadas desde sua instituição no Brasil em 2004. Atualmente os agentes do setor elétrico brasileiro demonstram interesse em estimular GD, mas ainda não é bem determinado seu potencial econômico de penetração no médio e longo prazo. Embora a partir de 2011 as instituições governamentais voltaram a identificar a GD como uma oportunidade de geração de eletricidade, o Governo ainda não a considera no seu planejamento energético. Para tanto, é mister desenvolver ferramentas para a avaliação econômica de opções de micro GD. Este artigo apresenta a ferramenta RETGIS que junto a um algoritmo de tomada de decisão pode ser usada para quantificar o potencial econômico da GD no país. O RETGIS é composto por dois software (QuantumGIS® e RETScreen®) que foram personalizadas para este objetivo específico. O algoritmo propõe uma lógica de rodada iterativa do RETGIS para decidir se um determinado potencial técnico (para cada tecnologia/fonte energética) deve ser considerado como parte do potencial econômico para GD em um município específico, conforme diferentes condições de contorno econômico-financeiras. Este artigo apresenta um exemplo do uso da ferramenta para avaliação do aproveitamento de biogás oriundo da suinocultura.

1. Introdução Os autores deste artigo integraram a equipe que desenvolveu em 2012 o projeto “Avaliação dos cenários de expansão da geração distribuída (GD) no Brasil: Análise da experiência institucional e regulatória, barreiras e motivações”. Esta pesquisa foi apoiada pela Embaixada Britânica em Brasília e os resultados foram entregues à Empresa de Pesquisa Energética (EPE). O projeto teve três objetivos: (1) a análise dos condicionantes e aspectos institucionais internacionais para promoção da geração distribuída (com foco no Reino Unido e EUA); (2) a avaliação dos condicionantes e barreiras institucionais existentes no Brasil; (3) e o fornecimento de uma ferramenta computacional à EPE, para apoiar o desenvolvimento de cenários de 1

Informação de contato do primeiro autor inclui: a) Nome Rafael Soria; b) Título: Mestrado em Planejamento Energético e candidato a Doutorado na mesma área.; c) Organização: Programa de Planejamento Energético na Universidade Federal do Rio de Janeiro COPPE/UFR.; d) Endereço: Cidade Universitária, Ilha do Fundão, 21941-972, Rio de Janeiro, RJ, Brasil; e) Telefone: +552195388166.

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penetração da geração distribuída de mini e micro escala no Brasil, no longo prazo. As alternativas de GD estudadas incluíram: microgeração a gás com máquinas térmicas (motores e turbinas) a partir do consumo de biogás; painéis fotovoltaicos; turbinas eólicas de pequeno porte; e pilhas a combustível consumindo gás natural (ver Figura 1). Este artigo detalha unicamente o último dos objetivos descritos e, à guisa de exemplo, foca apenas na GD usando motores recíprocos alimentados por biogás oriundo de suinocultura. 1.1 Estado da Arte da Geração Distribuída no Brasil A partir de 1990, a inovação tecnológica atrelada a transições econômicas e regulatórias do setor elétrico despertou o interesse pela geração distribuída em diversos países (PEPERMANS et al., 2005). Conforme explicitado por IEA (2002), cinco dos principais fatores que contribuíram para tal condição foram: a) desenvolvimento das tecnologias de geração em pequena escala; b) gargalos na construção de linhas de transmissão; c) demanda crescente por energia elétrica confiável; d) liberalização do mercado de energia elétrica; e) preocupação com os impactos ambientais de empreendimentos de geração, principalmente relativos a mudanças climáticas. Segundo COGENRIO (2011) e INEE (2011), o conceito de GD começou a ser considerado no Brasil na década de 1990, quando o país buscou estimular o desenvolvimento de tecnologias de geração mais eficientes e confiáveis, mesmo em baixa potência. Nesse contexto, a GD tornou-se uma opção feita à medida (taylor-made). Mas foi de fato em 2004 que o sistema de GD foi instituído no país segundo a Lei No 10.848 (PLANALTO, 2011a), e regulamentado pelo Decreto No 5.163 (PLANALTO, 2011b). Segundo este Decreto, considera-se GD a produção de energia elétrica a partir de empreendimentos conectados diretamente no sistema elétrico de distribuição do comprador, exceto os empreendimentos hidrelétricos com capacidade instalada superior a 30 MW e os empreendimentos de geração térmica, inclusive cogeração, com eficiência energética global (eletricidade e calor útil) inferior a 65%, a não ser que a fonte primária utilizada nesse caso seja biomassa ou resíduo de processo. Em 2005 e 2006 a Agência Reguladora do Setor Elétrico (ANEEL) emitiu as Resoluções 167 e 228 respectivamente, que regulavam o tema de GD até 2011 (ANEEL, 2011b; ANEEL, 2011c). Dado que a regulamentação da GD é uma forma de incentivar o desenvolvimento de tecnologias de geração de pequena escala e de aproveitar as potencialidades de cada região, diversificando a matriz de geração (ACKERMAN et al., 2001; PEPPERMANS et al., 2005; LOPES et 2

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al., 2007), no Brasil a GD acaba se beneficiando dos incentivos às fontes alternativas de energia em geral. Dentro deste grupo de incentivos, encontram-se os incentivos fiscais que visam garantir o acesso dessas fontes aos sistemas de transmissão e distribuição (Lei No 11.488 de 2007) (MME, 2011a), a possibilidade de comercialização com consumidores especiais2 (Lei No 9.427 de 1996, alterada e regulamentada pela Lei No 11.943 de 2009 e pela Resolução ANEEL No 323 de 2008, respectivamente) (MME, 2010a), a suspensão da contribuição de PIS/PASEP e COFINS no caso de aquisição de equipamentos para projetos de geração elétrica e a isenção de ICMS no caso da aquisição de equipamentos para geração eólica e solar. Mas, mesmo com a regulamentação de 2004 e os incentivos citados acima, a GD teve baixa penetração no país até 2011, mostrando que o esforço por parte dos agentes do governo não foi suficiente para a consolidação deste tipo de geração no Brasil. As primeiras ações da ANEEL visando levantar a discussão em relação a uma nova regulamentação para a GD foram iniciadas em 2010, quando a Agência promoveu a Consulta Pública No 15, que, por sua vez, resultou na Nota Técnica No 43/2010 (ANEEL, 2010). Depois, através da Audiência Pública No 042/2011, foram recebidas as contribuições que serviram de base para que posteriormente ANEEL publicasse a Nota Técnica No 25/2011 (ANEEL, 2011a), que continha propostas de alterações em Resoluções e nos Procedimentos de Distribuição – PRODIST da Agência, com vistas a reduzir as barreiras existentes para a conexão de GD de pequena escala na rede de distribuição, bem como alterar os descontos na TUSD e TUST para as usinas que utilizavam a energia solar como fonte primária, seja por tecnologia fotovoltaica ou heliotermia. Finalmente, em abril de 2012, as propostas da NT 25/2011 (ANEEL, 2011a) foram implementadas através das Resoluções ANEEL No 481 e No 482. Através destas, foram institucionalmente definidas e regulamentadas a microgeração distribuída, a minigeração distribuída e o regime de net metering, com o objetivo de reduzir as barreiras de acesso às redes de distribuição pelos pequenos geradores e estimular a adoção de fontes alternativas incentivadas (EPE, 2012a). Até 2011 a GD não tinha sido considerada explicitamente nos planos oficiais de expansão de médio e longo prazo do sistema energético brasileiro (ou mesmo nos planos associados à mitigação de gases de efeito estufa) - isto é, pelo Plano Nacional de Energia 2030 (EPE, 2007), Plano Decenal de Expansão de Energia mais recente (EPE, 2012b) e pelo Plano Nacional de 2

Consumidores ou grupo de consumidores com carga não superior à 500 kW.

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Mudança do Clima (GOVERNO FEDERAL, 2008). Embora a GD não tenha sido considerada explicitamente como relevante ao sistema em termos de suprimento, de estímulo a fontes alternativas ou de redução de emissões de gases de efeito estufa, a partir de 2011 as instituições governamentais voltaram a identificar a GD como uma oportunidade de geração de eletricidade. Os esforços recentes por parte do governo com vistas a incentivar a mini e a micro geração advêm em grande parte do interesse em desenvolver a indústria solar no país, cujo estímulo estaria associado ao uso crescente da tecnologia fotovoltaica em unidades consumidoras (EPE, 2012a). Tanto a ANEEL, como a própria EPE precisam avaliar de forma real a penetração das tecnologias de GD no médio e longo prazo. Subestimações ou superestimações na tomada de decisão do Governo podem trazer impactos negativos ao país. Desta forma, acredita-se que a ferramenta RETGIS, apresentada neste trabalho, é uma opção para quantificar o potencial econômico da GD no Brasil.

2. Metodologia 2.1 Desenvolvimento da ferramenta Duas ferramentas computacionais foram personalizadas para a análise de geração elétrica distribuída de pequeno porte na matriz elétrica brasileira. Primeiramente, fazendo uso da ferramenta livre de geoprocessamento QuantumGIS® foi possível desenvolver uma análise primária, no nível microrregional (Municípios do Brasil), sobre a disponibilidade de recursos e potencial técnico de geração elétrica com as diversas fontes energéticas/tecnologias de GD. Em seguida, para a análise de cada sistema energético e da sua viabilidade técnico e financeira, o modelo energético RETScreen® foi adaptado para as características da mini e micro geração distribuída do país, incluindo, neste caso, dados e condições reais de operação de motores e microturbinas a biogás, pilhas a combustíveis a gás, aerogeradores de pequena escala e painéis fotovoltaicos. A combinação lógica destas ferramentas, orquestradas pelo algoritmo descrito na Figura 1, foi denominada RETGIS.

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Quanto potencial técnico para GD, com X fonte de energia, existe nesse lugar?

Eu não sei

Ir à ferramenta de geoprocessamento para avaliar o potencial técnico.

Em qual fonte de energia eu estou interessado?

Eu sei Solar (FV)

Escolher um (outro) lugar específico de interesse.

Gás Natural

Vento

Biogás

Analizar o potencial técnico para cada fonte de energia

Aplicar as opções de pesquisa ou auto análises

Ir ao modelo de simulação e à ferramenta de análise para calcular a produção de eletricidade e avaliar a viabilidade financeria Sim

Existe bom (suficiente) potencial?

Não

Acesso ao sistema de interconexão nacional (SIN) – rede de distribuição

Irradiação global e inclinada

Velocidade de vento

Disponibilidade de telhados em zonas urbanas

Restrições em zonas urbanas: barulho

Distância à gasodutos

Restrições ambientais

Concentração de gado

Disponibilida de de água

Estradas, áreas protegidas, outra infraestrutura, etc.

Calcular a produção anual de eletricidade e outros resultados. Alimentar o modelo e correr a simulação. c-Si

Não

Turbina eólica

É um projeto atrativo?

Sim

Dados de custo

Análise Financeira

Mini Turbina a gás

Motor de Combustão Interna

Pilha combustível

Mini turbina a biogás

Análise de Risco

Análise de Sensibilidade

Tomada de decisão

Figura 1. Algoritmo integrador e coordenador do modelo energético e informação geo-referenciada para a tomada de decisão. Elaboração própria.

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XV Congresso Brasileiro de Energia (CBE). Outubro, 22 – 24, 2013. Rio de Janeiro – Brasil. O algoritmo propôs uma lógica de rodada iterativa da ferramenta computacional RETGIS para decidir se um determinado potencial técnico (para cada tecnologia/fonte energética) deve ser considerado como parte do potencial econômico de GD num município específico, conforme diferentes condições de contorno econômico-financeiras. Uma avaliação preliminar sobre a penetração das tecnologias de GD de mini e micro escalas no Brasil pode ser desenvolvida seguindo este algoritmo. Assim, o RETGIS possibilita identificar a existência de recursos energéticos em cada localidade para a avaliação de um projeto de GD, assim como também possibilita sua analise de viabilidade financeira. Os principais resultados fornecidos pelo RETGIS são o custo nivelado de geração de eletricidade (LCOE) e a taxa interna de retorno (TIR) do empreendimento. Também é possível analisar a sensibilidade dos resultados em função da variação dos dados meteorológicos, de valores específicos para cada sistema de distribuição onde se encontra o empreendimento de GD (valor da tarifa de eletricidade, valor do preço do gás natural, custos de conexão, custo pelo uso do sistema de distribuição), do custo de oportunidade de capital do empreendedor que opta por GD, de possíveis incentivos financeiros à GD no Brasil, e da competitividade econômica regional de alternativas de GD. Este artigo apresenta unicamente o aproveitamento do biogás usando um motor de combustão interna de pequena escala. Numa primeira parte, detalha-se o processo de elaboração dos mapas GIS de potencial técnico de biogás a partir de dejetos de suínos. Numa segunda etapa, especifica-se a metodologia para o cálculo da geração deste biogás, potência elétrica indicada e geração anual de eletricidade. Finalmente, é exemplificado um estudo de caso seguindo o modelo proposto com a ferramenta RETGIS. 2.2 Mapas de potencial de biogás Devido às características dos sistemas de criação intensiva de rebanhos consideraram3 se neste estudo unicamente os suínos , cujos dejetos são os mais facilmente aproveitáveis.

Segundo a Pesquisa Pecuária Municipal: série completa 1974 – 2011, publicada pelo IBGE em 2012, o número de suínos no Brasil foi de 39,3 milhões de cabeças. A região Sul possui o 49% do rebanho.

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A suinocultura utiliza basicamente três métodos para a criação de suínos (PNAMA, 2004): 1) Sistemas de cama sobreposta ou cama de maravalha (SCM) (“Deep Bedding”); 2) Sistema de piso ripado (SPR) ; 3) Ao ar livre. No Brasil o modelo de produção suinícola predominante se baseia na criação dos animais sobre piso compacto ou ripado (PNAMA, 2004). Este é o método que permite a maior captação do efluente contendo o esterco para o aproveitamento num biodigestor.

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XV Congresso Brasileiro de Energia (CBE). Outubro, 22 – 24, 2013. Rio de Janeiro – Brasil. A coleção de mapas de biogás elaborados para a ferramenta desenvolvida abrange cinco mapas que pertencem a cada grande região do Brasil. Cada região está subdividia em Municípios e, para cada um deles, apresenta-se a seguinte informação (Ver Figura 3 e Figura 4): a) tipo (urbano ou rural4); b) código que o IBGE adjudica a cada Município5; c) Estado; d) Região; e) número de suínos; f) estimação do volume mensal de geração de metano (m3/mês) 6

usando a metodologia do RETScreen ; g) estimação da máxima potência elétrica indicada (kW); h) estimação da geração anual de eletricidade (MWh/ano); i) número total de estabelecimentos ou unidades produtivas agropecuárias (UPA); j) fração (%) do total de UPAs que são classificadas7 como de “agricultura familiar” e “agricultura não familiar”; e, k) percentagem do total de suínos que pertencem a cada tipo de UPA. Este tipo de informação é útil, por exemplo, para identificar os municípios com maior número de propriedades agropecuárias de caráter não familiar e maior número de suínos. Acredita-se que, num estágio inicial de desenvolvimento da tecnologia de biogás, o maior potencial estaria nas fazendas de agricultura não familiar, ou seja, nas mãos de empreendedores que teriam maior interesse em investir em projetos de biogás. Baseado na análise estatística dos dados do Censo Agropecuário (IBGE, 2006) sobre o rebanho de suínos, chegou-se à conclusão de que há quatro tipologias de Município segundo o grau de concentração destes animais. Este trabalho propõe a seguinte classificação de Municípios para estabelecer o potencial estimado de geração de biogás (Ver Tabela 1). Tabela 1. Classes estabelecidas para avaliar o potencial de geração de biogás

Cabeças de suíno

Potencial estimado de geração de biogás

Min

Baixo Médio Alto Super alto

Max 0

10.000

10.000

200.000

200.000

400.000

400.000

1`000.000

Fonte: Elaboração própria

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Este trabalho considera que as unidades produtivas agropecuárias (UPA) de suinocultura estão localizadas na região rural de cada município. 5 Geo-código segundo a divisão territorial de 2012, antecedido pela letra R ou pela letra U quando é uma zona rural ou urbana respectivamente dentro de cada Município. 6 A metodologia RETScreen é detalhada na sequência. 7 Classificação segundo o Censo Agropecuário 2006, publicado pelo (IBGE, 2006).

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XV Congresso Brasileiro de Energia (CBE). Outubro, 22 – 24, 2013. Rio de Janeiro – Brasil. 2.3 Cálculo da geração de metano, potência e geração elétrica estimada. O RETScreen permite calcular o volume anual de biogás para uma mistura de diferentes resíduos animais e vegetais. A metodologia RETScreen calcula a vazão mensal de CH4 com a seguinte equação: Q = 365 ×

Qt × Pa × Mt × DM × ODM × Pb × Conc

Onde:

i:

Tipo de animal, neste caso considera-se suínos. n é o último tipo de animal.

Q :

Vazão de metano por ano (m3 CH4/ano)

Qti:

Número de animais (unidade geradora)

Pai:

massa do animal vivo (kg/unidade geradora). Valor usado: suínos com massa média de 100 kg

Mti:

Matéria total (kg Mt/ (dia. unidade geradora). Valor usado: 0.0567 kg esterco/dia/kg do animal.

365:

dias no ano (dia/ano)

DM:

Conteúdo de matéria seca (%).Valor usado: 7%

ODM: Conteúdo de matéria orgânica volátil em DM (%). Valor usado: 100% Pb:

Produção de biogás por peso de matéria orgânica volátil (m3 de biogás/ kg de OTS). Valor usado: 0.69

Conc:

Concentração de metano no biogás (%).Valor usado: 68%

Considerando que o consumo específico de combustível de um motor de combustão recíproco é igual ao total de produção de metano do Município, foi estimada a potência máxima no Município. Este cálculo obedece à seguinte fórmula: PotI = PCI x q x η Onde: PCI:

Poder calorífico inferior do biogás (MJ/kg). Valor usado8: 23 MJ/Nm3

q:

Consumo de biogás do motor (m3/s). Valor usado: Produção anual de CH4 (Qi )/ 8760 h/ 3600 s. RETScreen considera que 68% do biogás é CH4.

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Valor médio segundo (DEUBLEIN; STEINHAUSER, 2010; HILKIAH IGONI et al., 2008).

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η:

Rendimento térmico ou eficiência de conversão; Valor usado: 28%

A produção anual de eletricidade foi calculada considerando a seguinte fórmula: Ee = PotI x F.P. x 8760 Onde: Ee:

Geração anual de energia elétrica (kWh/ano)

PotI:

Potência indicada (kW)

F.P:

Fator de disponibilidade da planta. Valor usado : 60%.

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8760: Horas no ano (h). Este procedimento foi desenvolvido para cada Município, considerando o número total de suínos em cada caso. 2.4 Estudo de caso: motor recíproco com biogás Na sequência, apresenta-se um estudo de caso para GD com biogás que percorre o fluxograma da Figura 1. Numa primeira etapa, se o analista não conhece que municípios têm potencial para geração distribuída com uma determinada fonte, deve fazer uso das ferramentas do QuantumGIS para analisar a viabilidade técnica numa determinada localidade. Uma vez que foi escolhido o município apropriado, o analista deve usar o RETScreen para avaliar a viabilidade financeira e de mercado. Inicialmente, o analista deve usar o software QuantumGIS para analisar os shapefiles (camada tipo vetorial) da região de interesse. Ver Figura 2.

Figura 2. Tela de início do RETGIS. Primeiro passo: trabalhar com QuantumGIS. Elaboração própria. 9

Segundo BLEY et al., (2009) e DEUBLEIN; STEINHAUSER, (2010) um fator de uso (disponibilidade) de planta de 60% é conservador. Instalações com motores de combustão interna apresentam altos fatores de disponibilidade, mas este pode cair significativamente devido ao fornecimento inapropriado ou insuficiente de biogás. Várias podem ser as razões que limitam o fornecimento do biogás: a) inadequada alimentação de resíduos orgânicos ao biodigestor; b) não se opera a planta durante as 24 horas do dia e feriados; c) paradas inesperadas por falhas mecânicas; etc.

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XV Congresso Brasileiro de Energia (CBE). Outubro, 22 – 24, 2013. Rio de Janeiro – Brasil. Se o analista acredita inicialmente que, por exemplo, o Município João Pinheiro (MG) tem bom potencial para um projeto de GD com biogás com motor recíproco de pequeno porte, o primeiro passo é verificar seu potencial técnico. A Figura 3 apresenta as características técnicas do Município João Pinheiro.

Figura 3. Características Técnicas do Município João Pinheiro. Elaboração própria.

Considera-se que o potencial técnico está relacionado diretamente com o número total de suínos do Município. Desta forma, verifica-se que o Município João Pinheiro tem uma média de 9.300 suínos, o que, neste trabalho, é considerado como baixo (Ver Tabela 1). Seguindo o fluxograma da Figura 1, o analista interessado em desenvolver um projeto de micro GD, deverá procurar um Município com potencial de geração de biogás médio (entre 10.000 e 200.000 suínos) e com disponibilidade de água. Segundo o interesse do analista outros requisitos podem ser também avaliados com ferramentas GIS (proximidade à estrada, proximidade à linha de transmissão, etc.). Uma forma de visualizar facilmente os Municípios com potencial técnico de geração de biogás médio e alto é usando as ferramentas de visualização. Acessando nas propriedades da camada é possível escolher como “Estilo” de visualização a alternativa de “Graduado” e estabelecer as quatro classes recomendadas neste trabalho (Ver Tabela 1). Fazendo isso, é possível identificar rapidamente, pela intensidade da cor (neste caso é verde), quatro classes de potencial de geração de biogás para cada Município. Os Municípios com médio e alto potencial de geração de biogás na região Sudeste são facilmente identificáveis. Ver Figura 4. 10

XV Congresso Brasileiro de Energia (CBE). Outubro, 22 – 24, 2013. Rio de Janeiro – Brasil. Desta forma, depois de analisar outros Municípios com características potenciais para o desenvolvimento de micro GD com biogás, o analista decide focar sua atenção no Município de Prata (MG), por exemplo. As características deste Município são apresentadas na Figura 4:

Figura 4. Municípios do norte da Região Sudeste com médio e alto potencial de produção de biogás; e, Características Técnicas do Município de Prata. Elaboração própria.

O Município Prata (MG) tem 43.400 suínos. As unidades agropecuárias (UPA) de suinocultura são 633 e 50% destas são classificadas como de “Agricultura Não Familiar”. Adicionalmente identifica-se que 85% dos suínos do Município de Prata pertencem a unidades produtivas agropecuárias (UPA) do tipo “Agricultura Não Familiar”. Assim, é possível estimar que uma UPA do tipo “agricultura não familiar” têm uma média de 117 suínos por propriedade. Seguindo o fluxograma da Figura 1, uma vez escolhido o Município ou região de análise, o analista deve usar o software RETScreen (Figura 5) para avaliar aspectos técnicos, econômicos e financeiros do projeto.

Figura 5. Tela de início do RETGIS. Segundo passo: trabalhar com RETScreen modificado. Elaboração própria.

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XV Congresso Brasileiro de Energia (CBE). Outubro, 22 – 24, 2013. Rio de Janeiro – Brasil. O primeiro passo é calcular a geração anual de biogás para o caso em estudo. A aba “Ferramentas” do RETScreen permite rapidamente calcular que uma UPA de suinocultura com 117 suínos de uma massa média de 100 kg terá uma produção anual de biogás de 11.729 m³/ano. Esta quantidade de biogás permitiria instalar uma potência estimada máxima10 de 2,5 kW. A Tabela 2 apresenta os valores usados para cada parâmetro que deve ser ingressado no modelo RETScreen nas abas restantes. Tabela 2. Valores usados para cada parâmetro do modelo RETScreen. Aba do RETScreen Início

Modelo energético

Parâmetros importantes Informação sobre o projeto

Condições de referência do site Sistema de eletricidade do caso proposto

Tipo de projeto Produção de eletricidade Tecnologia

Motor recíproco

Tipo de grid

Rede central

Poder calorífico de referência

PCI

Localização dos dados climáticos Município Prata - MG Método-seleção de combustível

Combustível único

Tipo de combustível

Biogás

Preço do combustível

0 R$/m^3

Potência do motor recíproco

2,50 kW

Fabricante e modelo

Análise de Custo

Nenhum específico

Heat rate

12.000 KJ/kWh

Preço da eletricidade exportada

500 R$/ MWh

Opções

Método

1

Custos iniciais

Desenvolvimento do projeto

2.000 R$

Engenharia

2.000 R$

Motor recíproco

2,5 R$/kW

Biodigestor

4.000 R$/kW

Outros equipamentos (dutos, filtros, etc.)

1.000 R$/kW

Contingências

5% do total de investimento

Peças e mão de obra

5.000 R$

Definido pelo usuário

250 R$

Contingências

3% dos custos de O&M

Reposição do motor

2.500 R$ / 5 anos

Venda de adubo

1.000 R$

Custo O&M

anual

Custos periódicos

Análise Financeira

11

Geral

Valor residual do projeto

3.100 R$

Taxa de desconto

10% a.a.

Vida do projeto

15 anos

10

Desenvolvendo a metodologia de cálculo de geração de biogás com metodologia RETScreen conclui-se que é 3 possível instalar 20,7 W por cada suíno, ou 2,5 W/(m de biogás/mês). 11 O RETScreen possui um banco de dados de dados de motores recíprocos disponíveis para o usuário, porém nenhuma das alternativas listadas é aplicável à geração com biogás e em escala micro/mini. Estes bancos de dados contêm uma amplia gama de fabricantes e modelos de motores recíprocos, mas todos eles operam com combustíveis diferentes do biogás e para potências elevadas (sobre 100 kW).

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Razão da dívida

30%

Taxa de juros da dívida

7% a.a.

Duração da dívida

3 anos

Fonte: Elaboração própria.

Note-se que se usou, à guisa de exemplo, um valor da tarifa de eletricidade de 500 R$/MWh. Rigorosamente, caso o analista pretenda comparar a opção de geração mini e micro GD com a opção de fornecimento de eletricidade do grid elétrico, ele deverá obter para a localidade de análise o valor da eletricidade provida pelo grid. 3. Resultados 3.1 Resultados do modelo RETScreen para o estudo de caso Os resultados da análise financeira são apresentados na sequência dentro da

Figura 6.

Figura 6. Resultados do RETScreen da análise financeira.

Como se nota, o projeto apresenta um payback de 5,4 anos e uma TIR de 14% a.a. Evidentemente, tais resultados moderadamente positivos (que indicam certo potencial técnico e econômico de geração de eletricidade via biogás de suínos no município selecionado) derivam das variáveis de entrada adotadas no exemplo. A ferramenta de “Análise de

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XV Congresso Brasileiro de Energia (CBE). Outubro, 22 – 24, 2013. Rio de Janeiro – Brasil. Sensibilidade” do RETScreen permite, neste sentido, entender o impacto sobre os resultado da variação de um dos parâmetros chave (preço da eletricidade exportada ou tarifa de eletricidade cobrada pela distribuidora, taxa de juros da dívida, valor da mão de obra, etc.). Nesse sentido, projetos de GD a biogás são altamente dependentes do preço da eletricidade exportada que, em última instância, é o que determina a viabilidade econômica do empreendimento. Assim, um potencial técnico só pode ser considerado como potencial econômico quando o custo nivelado da energia (LCOE) for menor do que a tarifa paga à Companhia Distribuidora. De fato, também é este raciocínio que guia a lógica de uma análise iterativa para verificar a viabilidade econômica de GD em cada Município e para cada fonte energética/tecnologia. 4. Discussão Apenas se o custo nivelado da energia elétrica (LCOE) for menor do que a tarifa paga à Companhia Distribuidora, os empreendimentos de geração distribuída (GD) serão economicamente viáveis. Embora isto já aconteça em algumas regiões para empreendimentos com energia solar fotovoltaica, as outras tecnologias de GD normalmente estão ainda longe de ser competitivas no mercado, sem algum tipo de incentivo adicional. Mesmo se o LCOE for menor do que a tarifa paga à distribuidora, o tempo de recuperação de capital geralmente é longo

(entre

5

e

6

anos),

como

foi

mostrado

na

Figura 6. Isto representa um obstáculo para a geração distribuída devido a que as famílias esperam um retorno imediato dos investimentos, de acordo com o custo de oportunidade de capital. À luz desta discussão sugere-se que futuros trabalhos estudem quais seriam

as

ações

(programas,

políticas,

condições

de

financiamento

complementares) que tornarão possível a penetração paulatina da GD no Brasil.

14

e

medidas

XV Congresso Brasileiro de Energia (CBE). Outubro, 22 – 24, 2013. Rio de Janeiro – Brasil. 5. Conclusões A lógica de análise iterativa mostrada na Figura 1, que coordena o uso de ferramentas de geoprocessamento (QuantumGIS) e de modelos paramétricos de análise energética e financeira (RETScreen), guia a tomada de decisão para quantificar um valor de potencial econômico de GD mais próximo à realidade. Esta metodologia, associada à avaliação de cenários de longo prazo, permitirá entender melhor qual será a penetração de uma tecnologia GD em cada Município no médio e longo prazo. O uso de sistemas de informação georeferenciada permite ao analista incrementar restrições de superfície para chegar a resultados mais próximos à realidade. Restrições de superfície podem refletir disponibilidade de água, proximidade a linhas de distribuição e subestações, proximidade a estradas, declividade do terreno, além de outras informações geográficas e censitárias que podem ser inseridas na análise. Este tipo de avaliação preliminar restringe o número de casos que deverão ser testados no modelo energético-financeiro, facilitando o trabalho do analista. Sem dúvida, um modelo computacional que automatize esta análise iterativa poderia ser desenvolvido, mas ele não prescindiria do fato de que a tomada da decisão final cabe sempre ao próprio analista. 6. Referências Bibliográficas ACKERMANN, T., ANDERSSON, G., SÔDER, L, 2001. Distributed Generation: a Definition. Electric Power Systems Research 57, pp. 195-204. ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica), 2010. Nota Técnica n° 0043/2010-SRD/ANEEL. Disponível em: http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/consulta_publica/documentos/Nota%20T%C3%A9cnica_0043_GD_ SRD.pdf>. Acesso em Agosto de 2012. ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica), 2011a. Nota Técnica N° 0025/2011-SRD-SRC-SRG-SCGSEM-SRE-SPE/ANEEL. Disponível em: < http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/audiencia/arquivo/2011/042/documento/nota_tecnica_0025_gd.p df>. Acesso em Agosto de 2012 ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica), 2011b. Resolução Normativa No 167, de 10 de Outubro de 2005. Disponível em: < http://www.aneel.gov.br/cedoc/bren2005167.pdf>. Acesso em 9 de Janeiro de 2011. ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica), 2011c. Resolução Normativa No 228, de 25 de Julho de 2006. Disponível em: < http://www.aneel.gov.br/cedoc/bren2006228.pdf>. Acesso em 9 de Janeiro de 2011. BLEY, C. J.; LÍBÂNICO, J.; GALINKIN, M.; OLIVEIRA, M. M. Produção e tratamento de resíduos animais e vegetais. Revista Agroenergia da biomassa residual: perspectivas energéticas, socioeconômicas e ambientais, n. 2da. ec., p. 138, 2009. COGENRIO (Associação Fluminense de Cogeração de Energia), 2011. Geração Distribuída: O que é. Disponível em: < http://www.cogenrio.com.br/Prod/OQueEGeracaoDistribuida.aspx>. Acesso em 9 de Janeiro de 2011. DEUBLEIN, D.; STEINHAUSER, A. Biogas from Waste and Renewable Resources: An Introduction. 2 Rev Exp ed. [S.l.]: Wiley VCH, 2010. EPE (Empresa de Pesquisa Energética), 2007. Plano Nacional de Energia 2030. Empresa de Pesquisa Energética e Ministério de Minas e Energia. Rio de Janeiro, Brasil. EPE (Empresa de Pesquisa Energética), 2012a. Análise da Inserção da Geração Solar na Matriz Elétrica Brasileira. Nota Técnica.

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