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FACULDADE IETEC
Gilson Aparecido Sampaio
FONTES RENOVÁVEIS:
ANÁLISE DINÂMICA DE SISTEMAS APLICADA À MATRIZ ENERGÉTICA DO BRASIL
Belo Horizonte
2016
Gilson Aparecido Sampaio
FONTES RENOVÁVEIS:
ANÁLISE DINÂMICA DE SISTEMAS APLICADA À MATRIZ ENERGÉTICA DO BRASIL
Dissertação apresentada ao Programa de Mestrado da Faculdade Ietec, como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Engenharia e Gestão de Processos e Sistemas.
Área de concentração: Engenharia e Gestão de Processos e Sistemas
Linha de pesquisa: Engenharia de Processos e Sistemas
Orientadora: Prof.ª Drª. Wanyr Romero Ferreira Faculdade Ietec
Belo Horizonte Faculdade Ietec
2016
Sampaio, Gilson Aparecido. S192f Fontes renováveis: análise dinâmica de sistemas aplicada
à matriz energética do Brasil / Gilson Aparecido Sampaio. - Belo Horizonte, 2016.
51 f., enc. Orientadora: Wanyr Romero Ferreira. Dissertação (mestrado) – Faculdade Ietec. Bibliografia: f. 47-51 1. Fontes renováveis. 2. Dinâmica de sistemas. 3. Matriz energética. I. Ferreira, Wanyr Romero. II. Faculdade Ietec. Mestrado em Engenharia e Gestão de Processos e Sistemas. III. Título.
CDU: 620.91
Dedicatória
À minha maravilhosa esposa, Kênia, que sempre me encorajou mediante aos
desafios, incentivando-me para a realização de meus ideais.
À minha linda filha, Ruth, minha inspiração e expiração.
À sementinha que cresce no ventre de minha esposa fruto de nosso amor, Aleph que
mesmo não podendo ver e tocar já nos enche de alegria.
AGRADECIMENTOS
A todos que contribuíram para a realização deste trabalho, fica expressa minha
gratidão, especialmente:
À Deus pela alegria de viver, por minha família, pelos meus amigos, pelo ar que
respiro, pelos dons que me deste e pelos desafios que possibilitam que eu cresça a
cada dia.
À minha esposa, Kênia, pela compreensão, apoio e paciência em aceitar a minha
ausência para dedicar-me ao estudo e por tornar-me uma pessoa melhor.
Aos meus pais, Geraldo e Zulmira, que tornaram tudo mais na minha vida possível,
Obrigado por cada incentivo, orientação e preocupação para que estivesse sempre
andando pelo caminho correto.
À minha Orientadora, Wanyr Romero Ferreira, pela paciência, dedicação, incentivo e
sabedoria que muito me auxiliou para conclusão deste Trabalho.
À bibliotecária do Ietec, Sirlene, pela disponibilidade, paciência e direcionamento na
orientação da formatação deste trabalho.
Aos meus irmãos, Gislene e Gerson, pelo apoio, incentivo, compreensão, amor e
principalmente pelo companheirismo, sempre estando ao meu lado quando precisei.
A todos os mestres e amigos de verdade, que me ensinaram, incentivaram e
ajudaram, direta ou indiretamente, contribuindo assim, para que eu pudesse crescer.
RESUMO
O Brasil possui a matriz energética mais limpa de todo o mundo industrializado com
mais de 45% de toda a produção energética oriunda de fontes renováveis. Entretanto,
no final de 2014 e início de 2015 o país investiu na ativação de usinas termoelétricas
movidas a carvão, óleo e gás para suprir suas necessidades energéticas. Estes
combustíveis, principalmente o carvão, provocam alterações graves ao nível dos
solos, da atmosfera e dos recursos hídricos, principalmente devidas a emissões de
dióxido de enxofre que provocam chuvas ácidas e a acidificação dos solos. Este
cenário aponta para a necessidade de se identificar fontes de energia que
representem uma estratégia de desenvolvimento sustentável. O presente trabalho
simula o comportamento da geração e da demanda de energias renováveis no Brasil
no período entre 2000 e 2030. Um modelo de dinâmica de sistemas foi construído
para se analisar a matriz energética e compreender a interdependência das fontes
geradoras de energia. Os resultados obtidos na simulação para a capacidade de
geração no período de 2000 a 2015 foram comparados com dados de fonte oficial. A
diferença foi menor que 1%. Os resultados do período de 2016 a 2030 foram obtidos
segundo a provisão de investimentos na geração de energia elétrica a partir de fontes
renováveis. Obteve-se uma previsão de geração de 1.555.376 GW para 2030. O
modelo permite acrescentar variáveis como por exemplo incentivos políticos e crises
hídricas. Os resultados obtidos pelo modelo apresentaram uma tendência de
crescimento da demanda (consumo) de energia elétrica no Brasil, resultado do
crescimento sustentado do PIB e do crescimento demográfico e um pequeno
crescimento da capacidade de geração de energia elétrica ano a ano devido à
provisão de investimentos na geração de energia elétrica a partir de fontes renováveis.
Palavras-chave: Fontes Renováveis. Dinâmica de sistemas. Matriz energética.
Geração de energia elétrica.
ABSTRACT
Brazil has the cleanest energy matrix throughout the industrialized world with over 45%
of all energy production from renewable sources. However, in late 2014 and early 2015
the country invested in the activation of power plants fueled by coal, oil and gas to
meet its energy needs. These fuels, especially coal, causing serious changes to the
level of the soil, air and water resources, mainly due to sulfur dioxide emissions that
cause acid rain and acidification of soils. This scenario points to the need to identify
sources of energy that represent a sustainable development strategy. This study
simulates the behavior of generation and demand for renewable energy in Brazil
between 2000 and 2030. A system dynamics model was built to analyze the energy
matrix and understand the interdependence of energy sources. The results obtained
in the simulation for the generation capacity between 2000 to 2015 were compared
with data official source. The difference was less than 1%. The results of the period
2016 to 2030 were obtained by the budget of investment in electricity generation from
renewable sources. It was obtained a forecast of generation of 1,555,376 GW for 2030.
The model allows adding variables such as political incentives and water crises. The
results showed a demand growth trend (consumption) of electricity in Brazil, due to the
sustained growth of GDP and population growth and a small increase in capacity of
electricity generation over the analyzed period due to provision of investment the
generation of electricity from renewable sources.
Keywords: Renewable Sources. System dynamics. Energy matrix. Energy generation.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - A possível relação entre o consumo de energia e PIB ........................... 26
Figura 2 - Composição tarifária .............................................................................. 27
Figura 3 - Diagrama de fluxo que representa a relação entre a capacidade total das
instalações e de investimento (+) e de depreciação (-) .......................... 28
Figura 4 - Diagrama laço Causal ............................................................................ 29
Figura 5 - Diagrama de laço causal das fontes renováveis .................................... 30
Figura 6 - Dependência da capacidade instalada de geração da fonte .................. 31
Figura 7 - Dependência da Capacidade Total de Geração ..................................... 33
Figura 8 - Dependência da Capacidade Excedente de Geração ............................ 34
Figura 9 - Dependência do custo de geração da fonte ........................................... 36
Figura 10 - Dependência do Custo Total de Geração .............................................. 37
Figura 11 - Modelo da Geração de energia por Fontes Renováveis ........................ 39
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Demanda de energia e da taxa de crescimento ...................................... 25
Gráfico 2 - Geração de energia Elétrica .................................................................... 40
Gráfico 3 - Demanda de energia Elétrica .................................................................. 41
Gráfico 4 - Reserva líquida de energia Elétrica. ........................................................ 42
Gráfico 5 - Custo total de Geração de energia elétrica. ............................................ 43
Gráfico 6 - Capacidade de Geração por fonte de energia ......................................... 44
Gráfico 7 - Custo de Geração por fonte de energia ................................................... 45
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Empreendimentos em operação no Brasil, em 2016 ................................ 18
Tabela 2 - Capacidade de geração inicial, taxa de crescimento e taxa de depreciação
por fonte de energia ................................................................................. 32
Tabela 3 - Consumo de energia elétrica, taxa de projeção de crescimento
de consumo e taxa de variação do PIB ano a ano ................................... 35
Tabela 4 - Custo de Geração Unitária por Fonte [R$/MWh] ...................................... 36
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
$CGE Custo da Central Geradora Eólica
$CGF Custo de geração da fonte [Reais]
$CGFUNITÁRIA Custo de geração da fonte unitária [Reais/GWh]
$CGH Custo da Central Geradora Hidrelétrica
$CTG Custo Total de Geração
$PCH Custo da Pequena Central Hidrelétrica
$UFE Custo da Usina Fotovoltaica de Energia
$UHE Custo da Usina Hidrelétrica de Energia
$UTE Custo da Usina Termoelétrica de Energia
$UTN Custo da Usina Termonuclear.
ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica
BIG Banco de Informações de Geração
CE Consumo de Eletricidade
CEG Capacidade Excedente de Geração da Fonte
CGE Central Geradora Eólica
CGF Capacidade de Geração da Fonte
CGF Inicial Capacidade de Geração Inicial da Fonte
CGH Central Geradora Hidrelétrica
CO2 Dióxido de Carbono
CTG Capacidade total de Geração da Fonte
DEE Demanda de energia elétrica
DF Depreciação da fonte
EPE Empresa de Pesquisa Energética
FS Fator de Serviço
GEE Gases de efeito estufa
GEE Geração de energia Elétrica [GWh]
GW Gigawatt
GWh Giga-watt-hora
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
IF Investimento na fonte
IPCC Painel Intergovernamental para a Mudança de Clima
kW Quilowatt
MME Ministério de Minas e Energia
Mtep Milhões de toneladas equivalentes de petróleo
MWh Megawatt-hora: equivale a 3,6×109 joules
ONS Operador Nacional do Sistema Elétrico
ONU Organização das Nações Unida
PCC Projeção de crescimento de consumo [%]
PCH Pequena Central Hidrelétrica
PDE Plano Decenal de Expansão de Energia
PIB Produto Interno Bruto
PIBInicial Produto Interno Bruto inicial
PNE Plano Nacional de Energia
R$ Real - moeda corrente oficial da República Federativa do Brasil
TC Taxa de crescimento [%]
TD Taxa de depreciação [%]
TVP Taxa de variação do PIB ano a ano [%]
UFE Usina Fotovoltaica de Energia
UHE Usina Hidrelétrica de Energia
UTE Usina Termoelétrica de Energia
UTN Usina Termonuclear
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................. 14
1.1 Objetivos ........................................................................................................... 17
2 REVISÃO DE LITERATURA ............................................................................ 18
2.1 A estrutura de recursos energéticos e de consumo de energia ........................ 18
2.2 Visão agregada do setor energético ................................................................. 24
3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS ......................................................... 28
3.1 Formulação e simulação do modelo ................................................................. 31
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................ 40
5 CONCLUSÃO ................................................................................................... 46
REFERÊNCIAS ................................................................................................ 47
14
1 INTRODUÇÃO
O crescimento da demanda de energia e os problemas causados pelas mudanças
climáticas globais são motivos para um crescente interesse em opções de aplicação
de energias renováveis (BLUMBERGA et al., 2011).
Esta tendência de crescimento na substituição da energia de origem fóssil por fontes
de energia renováveis, é justificado não apenas pela busca por novas fontes de
energia, mas também por minimizar os efeitos negativos causados ao meio ambiente
pelo uso excessivo dos combustíveis fósseis. A busca pelo desenvolvimento
sustentável, em âmbitos sociais e ambientais, motiva e incentiva a elaboração de
várias pesquisas e projetos, investigando mecanismos de seleção e gerenciamento
para o adequado uso das formas alternativas e principalmente renováveis de geração
de energia (BARIN et al., 2010).
As mudanças climáticas decorrentes das emissões dos gases de efeito estufa
apontam para uma crise ambiental mundial. Neste contexto, as energias renováveis
aparecem como alternativa para reduzir os efeitos dessa crise. Entretanto, é
extremamente difícil prever que essas fontes possam ser capazes de substituir a
energia fóssil em um futuro próximo (BERMANN, 2008).
Segundo Abramovay (2010), não se pode dizer, entretanto, que o trunfo da matriz
energética brasileira represente uma estratégia de desenvolvimento sustentável,
porque pesa sobre as fontes brasileiras de energia a dúvida a respeito dos impactos
socioambientais de sua expansão, a poluição ambiental de algumas fontes de energia
que ao serem exploradas causam impactos ou problemas na natureza, como
desmatamentos, inundação das áreas verdes, alterações climáticas, acarretando a
falta de alimento para animais, que migram para a cidade, as hidrelétricas tornam
uma barreira para peixes dificultando a vida das pessoas que vivem da pesca.
No plano decenal de expansão de energia, prevê-se forte crescimento de usinas
hidrelétricas na Amazônia, onde, no entanto, é crescente a contestação
socioambiental a esse tipo de iniciativa, como mostram as manifestações recentes em
15
torno da Usina de Belo Monte, no rio Xingu, no Pará, próximo ao município de Altamira
(BRASIL; EPE, 2015).
Para Derrosso e Ichikawa (2013), desde a concepção da ideia para a construção de
barragens, problemas ambientais e sociais começam a surgir, pois uma grande área
do solo será alagada e todo sistema social e ecológico desta área será destruído para
sempre. Os animais, ecossistema, fauna e flora são alagados para abrigar o
reservatório de água e as populações que ali residiam são deslocadas e, junto com
isso, são obrigadas a mudar hábitos, rotinas, funções produtivas e relações sociais.
Os biocombustíveis têm atraído cada vez mais atenção devido seus benefícios. Eles
são feitos a partir de matérias-primas renováveis que podem ser cultivadas por
agricultores, substituindo o petróleo, cuja queima (carvão, gasolina, diesel) que emite
o dióxido de carbono que aumentou a temperatura do nosso planeta em média 0,76oC,
nos últimos 140 anos. Pode parecer pouco, mas esse aumento já foi suficiente para
abalar o clima do planeta. Espera-se a redução dos custos dos biocombustíveis em
um terço entre 2005 e 2030, impulsionada por reduções nos custos no processamento
das matérias-primas em grande escala e aos novos programas implementados para
incentivar sua produção e utilização (DOORNBOSCH; STEENBLIK, 2007).
No Brasil a forma como se estimula a oferta de energia tem o efeito controverso de
beneficiar a fonte de menor preço, mesmo que seja mais agressiva ao meio ambiente.
Por outro lado o avanço tecnológico utiliza tecnologias que permitem reduzir de forma
crescente a intensidade energética da produção industrial, dos transportes e do
próprio consumo doméstico ao mesmo tempo, os próprios aparelhos que usam
energia elétrica são e serão cada vez mais concebidos para que usem a menor
quantidade possível de energia. (ABRAMOVAY, 2010).
Segundo Gomes (2014), na realidade brasileira ainda há espaço para a instalação de
novas usinas hidrelétricas, sujeitas, evidentemente, a pressões e exigências
socioambientais crescentes. Por outro lado, a repotenciação de usinas hidrelétricas
existentes tem sido muito pouco explorada até o momento.
16
Os estudos aqui referenciados apresentam várias iniciativas na direção da utilização
de outras fontes de energia renováveis que não sejam de hidrelétricas apontam a
necessidade de avaliar o comportamento da matriz energética em função dos
investimentos realizados em cada setor. O cenário atual aponta para a necessidade
de se identificar quais fontes de energia devem ser priorizadas a nível de
investimentos. Para tal é necessário que se conheçam as demandas de energia e a
capacidade de geração e, assim, compreender a interdependência das fontes
geradoras de energia.
Segundo Aslani, Helo e Naaranoja (2013), a dinâmica de sistemas tem sido utilizada
há mais de 30 anos como ferramenta para estudar sistemas de energia, ressaltando
três grupos de pesquisadores que trabalham com modelos que analisam diferentes
cenários:
a) o primeiro grupo avalia o consumo de energia para encontrar a relação entre
os fatores econômicos, como o PIB, e os indicadores de energia para prever
cenários de mercado de energia e os preços;
b) o segundo implementa modelos para avaliar os efeitos ambientais da emissão
de CO2 em sistemas de energia;
c) o terceiro grupo avalia a política energética em termos de segurança do
aprovisionamento energético.
No Brasil a dinâmica de sistemas ainda não é explorada como na Europa, na América
do norte e na china, estudos sobre a matriz energética dos Estados Unidos, da França
e da Letônia foram desenvolvidos porém diferem do Brasil devido principalmente a
hidrografia e condições climáticas.
A dinâmica de sistema possibilita projetar um cenário para avaliar a viabilidade de
investimentos em outras fontes geradoras renováveis para reduzir a dependência do
setor das usinas hidrelétricas uma vez que não há mais a disponibilidade de outrora.
17
1.1 Objetivos
O objetivo geral desta pesquisa é apresentar o comportamento da matriz energética
no Brasil entre 2000 e 2030, por meio de um modelo de dinâmica de sistemas visando
aumentar a participação de fontes alternativas.
Os objetivos específicos são:
a) adaptar um modelo de dinâmica de sistemas para a matriz energética do Brasil;
b) simular a capacidade de geração as fontes de energias renováveis de energia
elétrica no Brasil, no período entre 2000 e 2030;
c) incluir no modelo os custos de geração por fonte e o custo total de geração das
fontes de energias renováveis no Brasil.
18
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 A estrutura de recursos energéticos e de consumo de energia
O Brasil é rico em rios com excelentes potenciais hidrelétricos, ou seja, diferente da
maioria dos países centrais e periféricos, não sustenta a base da geração de sua
energia elétrica na utilização de fontes primárias não renováveis como derivados do
petróleo (DOROCHE; ANSCHAU, 2015). Essas características fazem com que o
Brasil tenha presença marcante da energia hidráulica em sua matriz energética, como
pode ser observado na tabela 1.
Tabela 1 - Empreendimentos em operação no Brasil em 2016
Fonte Geradora Quantidade Potência
Outorgada (kW)
Potência Fiscalizada
(kW)
Participação na geração de
energia [%] Central Geradora Hidrelétrica 563 443931 446012 0,30 Central Geradora Eólica 386 9489008 9414630 6,37 Pequena Central Hidrelétrica 446 4875554 4848790 3,28 Usina Fotovoltaica 40 26962 22962 0,02 Usina Hidrelétrica de Energia 220 101108356 90465984 61,19 Usina Termelétrica de Energia 2923 42389560 40666856 27,50 Usina Termonuclear 2 1990000 1990000 1,35 Total 4580 160323371 147855234 100,00
Fonte: BIG, 2016. Nota: Adaptado pelo autor.
Segundo Furlan (2013), o Brasil e outros países têm adotado a agro energia, como
outro tipo de energia renovável. Utiliza, inclusive, a biomassa florestal, combustão de
lenha e carvão vegetal, principalmente consumido pelas siderúrgicas. Outras
vantagens do consumo desse tipo de energia são o baixo impacto ao meio ambiente
e a não alteração do efeito estufa, atualmente uma das maiores preocupações dos
ambientalistas.
Uma das principais vantagens da biomassa é o seu aproveitamento direto por meio
da combustão da matéria orgânica em fornos ou caldeiras. Atualmente, a biomassa
vem sendo bastante utilizada na geração de eletricidade, principalmente em sistemas
de cogeração onde há a produção simultânea de calor e eletricidade e no suprimento
de eletricidade de comunidades isoladas (BERMANN, 2008).
19
A utilização da cana-de-açúcar como fonte de energia vai além do etanol. A palha da
planta e o bagaço representam uma fonte de energia sustentável e em
expansão, devido à inserção de novas e mais avançadas tecnologias agrícolas e
industriais (SANTOS et al., 2012).
Segundo Botão e Lacava (2003), a cogeração é um processo simultâneo de energia
mecânica e térmica, a partir de uma mesma fonte primária. O processo de cogeração
de energia elétrica consiste em aproveitar o vapor produzido pela queima de
combustível (biomassa) para movimentar as turbinas e gerar energia. Nas usinas de
açúcar e álcool o bagaço de cana-de-açúcar é usado como combustível para
caldeiras, gerando vapor para as turbinas, que por sua vez pode se transformar em
eletricidade ou movimentar as moendas. Um dos fatores de maior importância para o
setor sucroalcooleiro é a sazonalidade, ou seja, a safra de cana-de-açúcar coincide
com os períodos de pouca chuva e quando os rios estão com seus níveis baixos.
Logo, o uso do bagaço de cana-de-açúcar na cogeração de energia elétrica por meio
de sua queima possibilita a comercialização do excedente de energia gerada para o
setor sudroalcooleiro, no estado de São Paulo. É uma energia limpa e renovável.
Segundo Furlan (2013), a energia térmica representa no Brasil, o segundo tipo de
fonte de energia elétrica, e tudo indica que cresça ainda mais nos próximos anos.
Nessas usinas, a queima de combustíveis, como derivados de petróleo, carvão, óleo
e também a cana-de-açúcar, gera a eletricidade. Nesse processo vários cuidados
devem ser adotados, como por exemplo, filtragem dos gases oriundos da queima dos
combustíveis (evitando a poluição atmosférica) e resfriamento da água aquecida
durante o processo antes de ser lançada no corpo hídrico.
Algumas termelétricas poluem muito a atmosfera em relação as hidrelétricas e geram
energia cara em razão do preço do combustível. Logo ficará desligada na maior parte
do tempo, servindo para dar segurança ao sistema na eventualidade de falta de
chuvas. Quando as termelétricas são ligadas a energia elétrica fica mais cara para os
consumidores (ROSA, 2007).
De modo geral, nenhuma outra forma de produção de energia elétrica enfrenta tantas
pressões mundiais contrárias à sua utilização quanto as usinas nucleares. Este fato
20
se deve, principalmente, ao forte impacto na percepção mundial causada pelos
acidentes de Three Mile Island (EUA - 1979) e Chernobyl (Ucrânia - 1986). Países que
possuem um grande número de reatores, como a Alemanha, já anunciaram que
pretendem fechar a maioria de suas usinas nucleares. No Brasil, o Programa Nuclear
foi alvo de críticas de diferentes setores da sociedade e, neste caso, a Sociedade
Brasileira de Física e a Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência
desenvolveram importantes trabalhos críticos sobre os diferentes riscos trazidos por
reatores nucleares (SILVA; CARVALHO, 2002).
Dentre estes trabalhos pode-se citar Carvalho (2012). Este autor afirma que a
probabilidade de acidente grave no circuito primário com fuga de radionuclídeos para
meio ambiente em usinas nucleares como as de Angra é da ordem de milionésimos.
Isto se deve ao isolamento do elemento radioativo do meio ambiente por duas
envoltórias, uma de aço vanádio com 2,5 centímetros de espessura e outra de
concreto armado com 1,5 a 2 metros de espessura. Entre ambas é mantida uma
camada de ar com uma pressão inferior à atmosférica, de forma que, se houver falhas
no vaso de pressão e na envoltória interna, os possíveis vazamentos serão absorvidos
antes de chegarem ao ambiente externo.
Para Alvim et.al (2007), o problema de armazenar rejeitos (grandes quantidades de
gás carbônico) de longa duração, antes exclusivo da energia nuclear, passou a ser
também problema para as outras fontes energéticas. Isto se deve à pressão crescente
para a redução das emissões de gases formadores do efeito estufa o que tornou a
energia nuclear uma fonte viável de energia. Os mesmos autores, afirmam que o
desenvolvimento da tecnologia nuclear já trouxe ganhos importantes para o Brasil com
influência sobre outras áreas de atividade industrial e experiência para o manejo
responsável dessa tecnologia.
Uma das formas mais antigas de captação de energia são os moinhos de ventos. A
energia dos ventos pode ser explicada por Bermann (2008), em termos físicos, como
aquela de origem cinética formada nas massas de ar em movimento. Seu
aproveitamento é feito por meio de conversão da energia cinética de translação em
energia cinética de rotação. Para a produção de energia eólica são utilizadas turbinas
também conhecidas como aero geradores, e para a realização de trabalhos
21
mecânicos (como bombeamento de água ou a moagem do trigo), cata-ventos de
diversos tipos. Eles utilizam a energia dos ventos, ou seja, a energia eólica, para
movimentar e executar alguns trabalhos. A energia eólica atual consiste na
transformação de energia cinética dos ventos em energia elétrica. É um tipo de
energia barata e limpa.
Segundo Nascimento, Mendonça e Cunha (2012), a energia eólica se destaca como
uma das mais competitivas e promissoras fontes de energia renovável, mas também
produz efeitos ambientais como poluição sonora, invasão visual, acidentes com aves
e radiação eletromagnética, que são evitáveis e, contudo, inferiores aos efeitos
ambientais proporcionados por outras fontes de energia.
A energia fotovoltaica, ou energia solar, é a energia oriunda diretamente da conversão
de energia solar em eletricidade. É um recurso renovável, disponível em todos os
lugares no planeta terra, sua capacidade instalada é de quase 70 GW, sendo quase
50 GW apenas na União Europeia, o que mostra o potencial deste recurso (IRENA,
2012). Entretanto, essa é uma energia cara, segundo Furlan (2013), por causa dos
equipamentos necessários para sua captação e depende da luz solar para geração.
A energia fotovoltaica, pode favorecer o estabelecimento da geração distribuída no
país, de dimensões continentais, permitindo uma maior diversificação da matriz
energética e auxiliando no suprimento dessa crescente demanda, torna-se uma ótima
alternativa, por ser uma fonte de energia limpa, gerando menores danos ao meio
ambiente (SANTOS; JABBOUR, 2013).
Uma alternativa ao óleo diesel comum, derivado do petróleo, é o biodiesel,
biocombustível fabricado de fontes renováveis vegetais. Pode ser utilizado puro ou
misturado com óleo diesel comum em qualquer motor a diesel. Além de renovável, é
pouco poluente. A utilização do biodiesel representa um ganho ambiental significativo
no que se refere à redução das emissões. Isso porque boa parte do gás carbônico
emitido na queima do combustível é absorvida durante o crescimento da cultura da
matéria-prima utilizada na sua produção (BERMANN, 2008).
22
Outros tipos de energia já são conhecidos e utilizados no mundo, por exemplo, o
hidrogênio como combustível veicular, energia das marés e energia geotérmica,
porém alguns fatores inviabilizam a adoção desses métodos no Brasil. Apesar de
termos grande amplitude de marés, a topografia do nosso litoral não possibilita a
construção de reservatórios que transformam a energia das marés em energia elétrica
(FURLAN, 2013).
Segundo Veiga (2001), a definição clássica de repotenciação é a que a classifica como
um projeto que “corresponde a todas aquelas obras que visem gerar um ganho de
potência ou de rendimento da usina”. Lemos (2014) destaca dentre os benefícios de
repotenciar usinas hidrelétricas brasileiras:
a) uma nova fonte de receita ao agente gerador;
b) a disponibilização de energia nova de fonte renovável proveniente de usinas
existentes;
c) ganhos na operação energética e aumento da disponibilidade de potência
horária ao Sistema Interligado Nacional, praticamente sem contrapartida
socioambiental;
d) economia operacional pela diminuição do uso de blocos de geração térmica no
horário de ponta de carga;
e) opção de baixo custo e curto prazo de implantação com características de
estabilidade e flexibilidade operacional, uma vez que as unidades geradoras
hidráulicas são as mais recomendadas para prover inércia, potência reativa e
capacidade de regulação de tensão e velocidade ao Sistema Interligado
Nacional.
Gomes (2014) afirma que, quanto mais obras de repotenciação forem realizadas, mais
se posterga a necessidade de construção de algumas novas usinas. Logo, o Brasil
poderia ganhar a capacidade de produzir mais 11.000 MW de potência elétrica sem
construir uma única nova usina, apenas reformando e aproveitando espaços já
existentes em hidrelétricas já instaladas.
O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), na sigla em inglês,
Intergovernmental Panel on Climate Change, é uma organização simultaneamente
científica e política, de caráter inédito estabelecido em 1988 no sistema da
23
Organização das Nações Unidas (ONU). De um lado, ele envolve a contribuição
voluntária de milhares de cientistas de centenas de países, que têm como tarefa
sistematizar periodicamente o conhecimento científico produzido sobre o clima e as
mudanças climáticas, tendo publicado até agora cinco relatórios em 1990, 1995, 2001,
2007 e 2014. Os relatórios do IPCC correspondem à aferição periódica do nível de
alteração do clima de acordo com a comunidade científica envolvida no estudo do
clima, mas também a uma luta de vontades políticas sobre o que fazer a partir disso
(LEITE, 2015).
Dentre as conclusões dos relatórios do IPCC, foi ressaltado que há 90% de certeza
de que são as atividades humanas as responsáveis pelo aumento da temperatura
média do planeta. Logo na metade deste século, o aumento da temperatura associado
à redução da umidade do solo poderá substituir gradualmente a floresta tropical
Amazônica por savanas, assim como a vegetação do semiárido por vegetação de
terras áridas. Neste contexto, torna-se necessário uma postura pró-ativa por parte do
setor industrial, assim como de toda a sociedade, em relação à diminuição das
emissões dos gases de efeito estufa (GEE) e à intensificação das propostas de
medidas mitigadoras (AGUIAR; FORTES; MARTINS, 2016).
Para enfrentar esse desafio e aproveitar essa oportunidade, Tolmasquim et al. (2007)
afirmam que é necessário orientar e catalisar esforços de investidores,
empreendedores e consumidores do setor energético, visando uma adequada
interação entre esses atores. Nesse sentido, é fundamental a contribuição das
instituições e equipes responsáveis pelo planejamento energético nacional,
antecipando as situações, mapeando as alternativas, sugerindo estratégias, enfim,
norteando as decisões. As necessárias transformações no setor energético nacional
nos próximos anos compreendem capacitação tecnológica, capacidade de gestão e
inovação, viabilização de recursos para os investimentos e capacidade de articulação
institucional, entre outras ações.
24
2.2 Visão agregada do setor energético
No período compreendido entre as últimas quatro décadas, o consumo final de
energia no Brasil cresceu à razão de 3% ao ano e apresentou importantes alterações
estruturais (BRASIL; EPE, 2007). No ano de 1970, a principal componente da matriz
energética era a lenha, representando 48% das necessidades brasileiras no uso final
de energia. O petróleo, no mesmo ano, já representava 36% da demanda. Entre 1970
e 1990, o consumo de lenha reduziu para uma taxa de 2,9% ao ano. Com a crise
energética na década de 70, o Brasil investiu nas fontes energéticas hidráulicas e de
cana-de-açúcar, que tiveram um ritmo de crescimento de 6,6% ao ano, entre os anos
de 1970 e 2005 (BRONZATTI; IAROZINSKI NETO, 2008).
Nesse período, o crescimento econômico não foi uniforme e a taxa média anual, de
3,5%, oscilou de 5,5% em 1970-80 a 2,2% e 3% nas décadas seguintes, quando o
crescimento apresentou volatilidade em razão de crises macroeconômicas. No
entanto, mesmo nos períodos de taxas menores como aqueles que se seguiram aos
planos Cruzado e Real, sempre se verificou significativa expansão do consumo de
energia nos intervalos em que houve uma expansão mais vigorosa da economia. Isso
indica que em um ambiente de maior crescimento econômico deve-se esperar maior
crescimento da demanda de energia (TOLMASQUIM et al., 2007).
Os estudos de longo prazo conduzidos pela Empresa de Pesquisa Energética
apontam forte crescimento da demanda de energia nos próximos 25 anos.
Tolmasquim et al. (2007) estimaram que a oferta interna de energia cresceria a 5% ao
ano no período 2005 a 2010 e que nos anos subsequentes haveria um crescimento
menor de 3,6% e 3,4% ao ano nos períodos 2010 a 2020 e 2020 a 2030,
respectivamente, devido a uma maior eficiência energética tanto do lado da demanda
como da oferta. O Gráfico 1 apresenta a evolução da demanda de energia e da taxa
de crescimento econômico no Brasil no período 1970-2030 (TOLMASQUIM et al.,
2007).
25
Gráfico 1 - Demanda de energia e da taxa de crescimento
Fonte: TOLMASQUIM et al., 2007.
Nota: Adaptado pelo autor.
Para Tao (2009), é relativamente fácil estimar a relação entre o consumo de energia
e o PIB. Como mostrado na Figura 1, na Fase A o consumo de energia está associado
ao aumento do PIB. No entanto, à medida que o consumo de energia aumenta, a
relação entre o PIB e a produção industrial se torna mais fraca até que achata e chega
ao ponto de pico, que é a Fase B. Após o pico, a produção industrial e o consumo de
energia diminuem lentamente e podem chegar a um valor constante ou um declive
suave, diminuindo no estágio C. Por causa da melhoria da infraestrutura industrial e
do progresso tecnológico, a produção industrial e o consumo de energia não vai
continuar a aumentar com o aumento do PIB por mais tempo. Pelo contrário, eles
começam a diminuir com o aumento do PIB. A relação entre o consumo de energia e
o PIB é determinada por vários efeitos que aparecem em diferentes fases, com fatores
que podem levar a relações em forma de U invertido. Hoje em dia, os Estados Unidos
e alguns outros países industrialmente avançados estão na fase B ou C, mas a maioria
dos países periféricos ainda estão na fase de A.
26
Figura 1 - A possível relação entre o consumo de energia e PIB
Fonte: TAO, 2009. Nota: Adaptado pelo autor.
Segundo a ANEEL (2016), a oferta Interna de Energia Brasileira, ou seja, a energia
necessária para movimentar a economia responsável deverá ficar, no ano de 2016,
em mais de 286 milhões de toneladas equivalentes de petróleo (tep), sendo que deste
total, 43,9% correspondem à energia renovável. A participação das fontes de energia
renováveis na matriz energética brasileira será chegar a 79,3% ao final de 2016,
superior a marca de 75,5% verificado em 2015, sendo que no mundo este indicador
está em torno de 24%, mantendo a matriz energética brasileira uma das mais limpas
do mundo. Porém a fonte hidráulica continuará preponderante, respondendo por
66,2% da matriz, superior 64% verificado em 2015.
Para a ANEEL, as fontes hidráulicas de energia podem ser classificadas em três
grupos:
a) CGH - Centrais Geradoras Hidrelétricas, usinas com potência instalada de até
1 MW, não tem reservatório;
b) PCH - Pequena Central Hidrelétrica, usinas com potência instalada superior a
1 MW e igual ou inferior a 30 MW e com o reservatório com área igual ou inferior
a 3 km2;
c) UHE - Usina Hidrelétrica de Energia, usinas com potência instalada superior a
30 MW e com o reservatório com área superior a 3 km2.
27
O preço da energia elétrica é formado pelos custos desde a geração até a sua
disponibilização aos consumidores, logo não se paga apenas pelo que se consome
mas também pela disponibilidade. Além destes custos do sistema ainda existem
encargos e impostos.
Para a ABRADEE (2016), o custo de energia para os consumidores cativos1 é
constituída pelos seguintes custos:
a) custos com a aquisição de energia elétrica são aqueles decorrentes da
contratação de montantes de energia por meio dos leilões regulados;
b) custos relativos ao uso do sistema de distribuição são as despesas de capital
e os custos de operação e manutenção das redes de distribuição;
c) custos relativos ao uso do sistema de transmissão são as despesas de capital
e os custos de operação e manutenção das redes transmissão;
d) perdas técnicas e não técnicas, as perdas técnicas são perdas inerentes a
qualquer circuito elétrico e as perdas não técnicas são resultantes de furtos e
problemas de medição;
e) encargos diversos e impostos.
A Figura 2 mostra a composição tarifária dos custos da energia.
Figura 2 - Composição tarifária
Fonte: ABRADEE, 2016.
1 Consumidor "cativo" é aquele que só pode comprar energia elétrica de sua distribuidora local. O Consumidor Residencial é um dos principais exemplos de Consumidor Cativo.
28
3 PROCEDIMENTOS METODOLÓGICOS
A técnica de Dinâmica de Sistemas foi escolhida para o desenvolvimento deste
estudo. Meadows (1991) afirma que dinâmica de sistema é um conjunto de técnicas
de pensamento e modelagem que ajuda o usuário a compreender os sistemas
complexos, tais como o corpo humano, a economia nacional e o clima da Terra e a
manter o controle de várias interligações e uma visualização global do sistema.
Para desenvolvimento do modelo, assume-se que a capacidade instalada das usinas
hidrelétricas (em termos de geração GWh) é influenciada por dois fatores: o
investimento e a depreciação da fonte ao longo do tempo em função de sua
capacidade de geração. Portanto, cada um dos estoques está ligado a dois fluxos: um
influxo (fluxo para dentro no sentido anti-horário) e um fluxo para fora (no sentido
horário). O fluxo representa investimentos destinados a aumentar a capacidade da
instalação de geração de energia elétrica instalada. O influxo representa a
depreciação da instalação de geração de energia elétrica, reduzindo assim o valor da
capacidade de geração instalada como ilustrado na Figura 3 (BLUMBERGA et al.,
2011).
Figura 3 - Diagrama de fluxo que representa a relação entre a capacidade total das instalações e de investimento (+) e de depreciação (-)
Fonte: BLUMBERGA et al., 2011. Nota: Adaptado pelo autor.
A conversão do diagrama de fluxo de estoque em um diagrama de circuito causal,
como representado pela Figura 4, permite uma melhor compreensão da natureza da
interação entre a capacidade instalada e os fluxos de investimento e de depreciação.
29
Figura 4 - Diagrama laço Causal
Fonte: BLUMBERGA et al., 2011. Nota: Adaptado pelo autor.
Blumberga et al. (2011) explicam que um diagrama de laço causal mostra o caminho
a partir do qual o modelo funciona. A capacidade instalada total dos empreendimentos
(qualquer um dos tipos de fontes de energia renováveis) aumenta se o fluxo de
investimento aumenta. Quanto maior a capacidade instalada, maior será o fluxo de
investimento. Assim, a interação entre o fluxo de investimento e da capacidade
instalada forma um loop de reforço positivo que caracteriza uma estrutura de sistemas
em crescimento exponencial. Mas também quanto maior for a capacidade, maior será
o fluxo de depreciação. Entretanto, se o fluxo de depreciação aumenta, o valor da
capacidade total diminui. A interação entre a capacidade instalada e o fluxo de
depreciação forma uma curva de equilíbrio negativo que caracteriza uma estrutura de
sistema de busca de objetivos. A combinação de uma interação positiva e uma
negativa forma um laço do comportamento dos sistemas em forma de S, que poderá
ser observado nos resultados de modelagem. Tal estrutura de fluxo será usada para
modelar a mudança dinâmica da capacidade instalada dos diversos tipos de
empreendimentos de geração.
A Figura 5 apresenta o diagrama de laço causal das fontes renováveis mostrando as
inter-relações entre capacidade de geração e os respectivos investimentos.
30
Figura 5 - Diagrama de laço causal das fontes renováveis
Fonte: BLUMBERGA et al., 2011. Nota: Adaptado pelo autor.
Os sete loops causais menores representam a capacidade geradora de energia
produzida a partir de cada tipo de fonte de renovável (Central Geradora Elétrica,
Central Geradora Eólica, Pequena Central Hidrelétrica, Usina Fotovoltaica, Usina
Hidrelétrica de Energia, Usina Termoelétrica de Energia e Usina Termonuclear). Pode-
se observar que quanto maior for o investimento destinado a aumentar a capacidade
de uma das fontes renováveis, maior será a proporção desta fonte na matriz
energética. E quanto maior for a proporção desta fonte na matriz, maior será o
investimento destinado a aumentar sua capacidade geradora e menor será a soma
das proporções das demais fontes.
31
3.1 Formulação e simulação do modelo
A simulação do comportamento da matriz energética no Brasil entre 2000 e 2030 é
feita usando o software de modelagem dinâmica de sistemas Vensim PLE (VENTANA
SYSTEMS, 2015). A Figura 6 ilustra a dependência da capacidade instalada tanto do
investimento como da depreciação da fonte energética.
Figura 6 - Dependência da capacidade instalada de geração da fonte
Fonte: Elaborado pelo autor, 2016.
A taxa de crescimento da fonte corresponde a quanto a fonte irá aumentar sua
capacidade de geração ano a ano em percentual. A taxa de depreciação corresponde
a quanto a fonte tende a reduzir na sua capacidade de geração em percentual caso
não haja investimentos na manutenção de sua capacidade. Logo o investimento na
fonte em percentual deve ser igual a taxa de crescimento mais a taxa de depreciação.
Matematicamente a capacidade de geração da fonte (CGF) se relaciona com as
outras variáveis na forma:
CGF = CGF Inicial + IF- DF (1)
IF= CGF Inicial * (TC + TD) (2)
DF= CGF Inicial * TD (3)
32
em que:
CGF Inicial = Capacidade de Geração da Fonte [GW] no início da simulação;
IF = Investimento na fonte [GW];
DF = Depreciação da fonte [GW];
TC = Taxa de crescimento [%];
TD = taxa de depreciação [%].
A Tabela 2 contém os valores da capacidade de geração inicial [GW], taxa de
crescimento [%] e taxa de depreciação por fonte de energia utilizados na simulação
da capacidade de geração da fonte de energia e suas respectivas referências.
Tabela 2 - Capacidade de geração inicial, taxa de crescimento e taxa de depreciação
por fonte de energia
Fonte Geradora
Capacidade Geração
Inicial [GW] Fonte
Taxa de crescimento
[%] Fonte
Taxa de depreciação
[%] Fonte
CGH 1,03 x 10-1
ANEEL, 2005
10,0
PDE 2024, 2015
3,38 ANEEL, 2000 Eólica 1,68 x 10-2 10,0 4,75 ANEEL, 2013 Fotovoltaica 8,50 x 10-1 1,0 4,00 ANEEL, 2013 Hidrelétrica 6,31 x 101 1,4 a 3,6 3,55 ANEEL, 2012 PCH 1,16 x 102 10,0 2,66 ANEEL, 2009 Termoelétrica 2,94 x 101 2,3 3,95 ANEEL, 2014
Termonuclear 1,35 x 100 3,6 3,63 ELETROBRAS, 2005
Fonte: Elaborado pelo autor, 2016.
A capacidade total de geração é dependente da geração das fontes de energia e é
representada na Figura 7. Esta dependência pode ser expressa da seguinte forma:
CTG = CGH + CGE + PCH + UFE + UHE + UTE + UTN (4)
em que:
CTG = Capacidade Total de Geração [GW];
CGH = Central Geradora Hidrelétrica;
CGE = Central Geradora Eólica;
PCH = Pequena Central Hidrelétrica;
UFE = Usina Fotovoltaica de Energia;
33
UHE = Usina Hidrelétrica de Energia;
UTE = Usina Termoelétrica de Energia;
UTN = Usina Termonuclear.
Figura 7 - Dependência da Capacidade Total de Geração
Fonte: Elaborado pelo autor, 2016.
A potência instalada é a capacidade máxima de produção de uma usina, ou seja, é a
quantidade máxima de energia que pode ser produzida pela fonte de energia, em uma
determinada unidade de tempo. Do ponto de vista da eficiência, deve-se ter a máxima
produção de energia determinada pela potência instalada. Analisar a quantidade de
energia produzida de acordo com a potência instalada é verificar se a capacidade
produtiva de uma hidrelétrica está sendo usada. Se uma usina tem uma determinada
capacidade instalada ociosa, ela não está sendo eficiente no uso de seu potencial
(SAMPAIO; RAMOS; SAMPAIO, 2005).
Para geração de energia elétrica pelas fontes de energia renováveis utilizou-se como
referência a capacidade de geração (potência instalada) com fator de serviço de 80%
referente a geração, transmissão e distribuição, um regime de trabalho de 24 horas
por dia, com exceção da fonte fotovoltaica que utilizou-se 10 horas por dia (período
médio diária de irradiação solar) e 365 dias por ano.
34
A capacidade excedente de geração de energia é dependente da geração de energia
elétrica, do fator de serviço e da demanda de energia que é dependente do consumo
de energia, crescimento do consumo e da variação do PIB que variam em função do
tempo (Time). O PIB é dependente da taxa de variação do Esta dependência é
representada na Figura 8.
Figura 8 - Dependência da Capacidade Excedente de Geração
Fonte: Elaborado pelo autor, 2016.
A capacidade excedente de geração de energia elétrica é quantidade de energia
possível de gerar superior a demanda de energia elétrica, ou seja, a energia possível
de gerar que não é consumida.
Matematicamente a dependência da capacidade excedente de geração é expressa
como:
GEE= (((CTG- UFE)*24) + (UFE*10))*FS*365 (5)
CEG= GEE – DEE (6)
DEE = CE * (1+PCC + TVP) (7)
PIB = PIB Inicial * TVP (8)
em que:
GEE= Geração de energia Elétrica [GW no ano];
UFE = Usina Fotovoltaica de Energia [GWh];
35
CTG = Capacidade total de Geração da Fonte [GWh];
CEG = Capacidade Excedente de Geração da Fonte [GW no ano];
FS = Fator de serviço
DEE = Demanda de energia elétrica [GW no ano];
CE = Consumo de Eletricidade [GW no ano];
PCC = Projeção de crescimento de consumo [%];
TVP = Taxa de variação do PIB ano a ano [%].
PIB = Produto Interno Bruto
PIB Inicial = Produto Interno Bruto inicial
A Tabela 3 contém os dados utilizados na simulação da Capacidade excedente de
Geração de energia e suas respectivas fontes.
Tabela 3 - Consumo de energia elétrica, taxa de projeção de crescimento
de consumo e taxa de variação do PIB ano a ano
Variável Valor utilizado Referências
Consumo de energia elétrica [GW] 307528,7 à 838049,8 ANEEL, 2005 BRASIL; EPE, 2007 BRASIL;
EPE, 2015; IBGE, 2015
Projeção de crescimento de consumo [%] 2,2 à 3,3
Taxa de variação do PIB ano a ano [%] - 3,8 à 6,2 Fonte: Elaborado pelo autor, 2016.
A Figura 9 ilustra a dependência do custo de geração da fonte com a capacidade de
geração da fonte.
36
Figura 9 - Dependência do custo de geração da fonte
Fonte: Elaborado pelo autor, 2016.
Matematicamente a dependência é expressa como:
$CGF=$CGFUNITÁRIA * 1000 * CTG (9)
em que:
$CGF= Custo de geração da fonte [Reais]
$CGFUNITÁRIA = Custo de geração da fonte unitária [Reais/MWh]
CTG = Capacidade total de Geração da Fonte [GWh];
Os custos unitários de geração por fonte geradora estão apresentados na Tabela 4.
Tabela 4 - Custo de Geração Unitária por Fonte [R$/MWh]
Fonte Geradora Custo de Geração
[R$/MWh]
CGH 147,46
Eólica 99,58
Fotovoltaica 500,00
Hidrelétrica 84,58
PCH 158,94
Termoelétrica 498,01
Termonuclear 165,61
Fonte: FARIA; MONTALVÃO; ABBUD, 2012.
37
O custo total de geração de energia elétrica é dependente do custo da geração das
fontes de energia, conforme mostra a Figura 10.
Figura 10 - Dependência do Custo Total de Geração
Fonte: Elaborado pelo autor, 2016.
A dependência do custo total de Geração de Energia Elétrica pode ser expressa da
seguinte forma:
$CTG = $CGH + $CGE + $PCH + $UFE + $UHE + $UTE + $UTN (10)
em que:
$CTG = Custo Total de Geração [Reais];
$CGH = Custo da Central Geradora Hidrelétrica [Reais];
$CGE = Custo da Central Geradora Eólica [Reais];
$PCH = Custo da Pequena Central Hidrelétrica [Reais];
$UFE = Custo da Usina Fotovoltaica de Energia [Reais];
$UHE = Custo da Usina Hidrelétrica de Energia [Reais];
$UTE = Custo da Usina Termoelétrica de Energia [Reais];
$UTN = Custo da Usina Termonuclear [Reais].
38
A Figura 11 representa o modelo construído no Vensim que reúne os elementos da
geração de energia, da demanda, da reserva de energia elétrica e de custo de geração
das fontes renováveis de energia e suas dependências. Entende-se como reserva de
energia elétrica a capacidade excedente de geração de energia elétrica, ou seja, a
quantidade de energia que poderia ser produzida a mais que a demanda de energia
elétrica.
39
Figura 11 - Modelo da Geração de energia por Fontes Renováveis
Fonte: ASLANI, WONG, 2014. Nota: Adaptado pelo autor.
Capacidade deGeração daHidrelétrica
Capacidade deGeração da
Termoelétrica
Capacidadede Geração da
Fotovoltaica
Capacidade deGeração da
Pequena CentralHidrelétrica
Capacidade deGeração da Eólica
Capacidade deGeração da
CentralGeradora
Hidréletrica
Capacidadede Geração daTermonuclearInvestimento na
Termonuclear
Investimento naCentral Geradora
HidrelétricaInvestimento na
Eólica
Investimento naPequena Central
HidrelétricaInvestimento naFotovoltaica
Investimento naTermoelétrica
Investimento naHidrelétrica
Depreciação daEólica
Depreciação daCentral Geradora
Hidrelétrica
Depreciação daPequena Central
HidrelétricaDepreciação daFotovoltaica
Depreciação daHidrelétrica
Depreciação daTermonuclear
Depreciação daTermoelétrica
Capacidade total degeração de energia
Elétrica
PIB
taxa dedepreciação CGH
taxa dedepreciação PCH
taxa dedepreciaçãohidreéletrica
taxa dedepreciaçãotermoéletrica
taxa dedepreciaçãoFotovoltaíca
taxa dedepreciação Eólica
taxa dedepreciaçãotermonuclear
taxa decrescimentoFotovoltaíca
taxa decrescimento Eólica
taxa de crescimentoTermonuclear
taxa decrescimento CGH
taxa decrescimento PCH
taxa decrescimentohidrelétrica
taxa de crescimentoTermoelétrica
<Time>
taxa de variaçãodo PIB a.a
<Time>
Consumo deeletricidade
Projeção decrescimento de
consumo
Custo deGeração Eólica
Custo de Geraçãotermonuclear
Custo de GeraçãoFotovoltaíca
Custo de GeraçãoTermoéletrica
Custo de Geraçãohidréletrica
Custo de Geração daPequena Central
Geradora
Custo de Geração daCentral Geradora
hidréletrica
Custo Total deGeração
Demanda deenergia Elétrica
Geração Excedentede Energia Elétrica
Geração deEnergia Elétrica
Fator deserviço
<Capacidade deGeração da
Fotovoltaica>
40
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
A geração de energia elétrica parte da premissa que todas as usinas das diversas
fontes de energia elétrica trabalham com sua capacidade máxima com o fator de
serviço de 80% em todo o período. Os resultados obtidos na simulação para a
capacidade instalada utilizando os parâmetros taxa de crescimento e de depreciação
no período de 2000 a 2015 foram comparados com os valores divulgados pelo
Departamento Brasileiro de monitoramento de energia elétrica, cuja a diferença entre
os valores é inferior a 1%. Já os resultados do período de 2016 a 2030 foram obtidos
segundo a provisão de investimentos na geração de energia elétrica a partir de fontes
renováveis que resultam em um pequeno crescimento da capacidade de geração de
energia elétrica ano a ano. A simulação resultou na geração de 659.987 GW no ano
de 2000 e 970.107 GW em 2015 e projetou a geração de 1.555.376 GW para 2030.
O Gráfico 2 apresenta o comportamento do crescimento da geração ano a ano do
período.
Gráfico 2 - Geração de Energia Elétrica
Fonte: Elaborado pelo autor, 2016.
65
9.9
87
67
1.7
72
68
4.5
55
69
8.3
77
71
3.2
90
72
9.3
47
74
6.6
10
76
5.1
47
78
5.0
32
80
6.3
47
82
9.1
86
85
3.6
46
87
9.8
41
90
7.8
91
93
7.9
31
97
0.1
07
1.0
02
.94
2
1.0
36
.43
6
1.0
70
.58
9
1.1
05
.40
4
1.1
40
.88
7
1.1
77
.13
6
1.2
14
.17
0
1.2
52
.01
6
1.2
90
.70
3
1.3
30
.26
5
1.3
71
.49
4
1.4
14
.49
8
1.4
59
.39
3
1.5
06
.30
7
1.5
55
.37
6
0
200.000
400.000
600.000
800.000
1.000.000
1.200.000
1.400.000
1.600.000
1.800.000
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
20
05
20
06
20
07
20
08
20
09
20
10
20
11
20
12
20
13
20
14
20
15
20
16
20
17
20
18
20
19
20
20
20
21
20
22
20
23
20
24
20
25
20
26
20
27
20
28
20
29
20
30
GW
Ano
41
O modelo apresentou um crescimento da demanda (consumo) de energia elétrica no
Brasil, resultado do crescimento do PIB (apesar de alguns anos apresentarem
crescimento tímido ou recuo, a tendência do crescimento é positiva), do aumento
populacional em conjunto com o crescimento das redes de distribuição que abrangem
um número cada vez maior de usuários e também do aprimoramento tecnológico, que
com intuito de gerar equipamentos cada vez mais potentes acabam por consumir mais
energia.
No Gráfico 3, os anos de 2011 e de 2015 apresentaram um recuo da demanda devido
à crise hídrica e recessão econômica. A crise hídrica aumenta o custo de geração que
é repassado para os consumidores, com o aumento do custo por MWh, a população
é forçada a reduzir o consumo para permanecer dentro do orçamento familiar. A
recessão econômica reduz a demanda interna de alguns produtos acarretando a
redução da produção industrial e, como consequência, a redução do consumo de
energia elétrica. Após 2015 não são previstos eventos que alterem o comportamento
da demanda de energia elétrica.
Gráfico 3 - Demanda de energia Elétrica
Fonte: Elaborado pelo autor, 2016.
33
3.6
69
33
6.5
77
35
3.3
21
36
0.0
78
38
8.4
33
39
1.8
11
40
7.0
64
42
7.5
55
43
6.4
47
42
8.5
33
47
0.9
77
45
0.7
36
46
6.9
15
48
6.5
35
48
6.1
75
48
2.9
27
50
0.2
71
54
1.9
11
55
9.8
07
57
8.9
88
60
8.0
70
63
8.3
72
67
1.5
42
70
5.5
97
73
5.3
96
76
1.3
54
78
8.2
09
81
0.3
87
83
6.2
77
86
3.2
33
88
4.9
81
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
700000
800000
900000
1000000
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
20
05
20
06
20
07
20
08
20
09
20
10
20
11
20
12
20
13
20
14
20
15
20
16
20
17
20
18
20
19
20
20
20
21
20
22
20
23
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20
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20
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20
28
20
29
20
30
GW
ANO
42
A geração excedente de energia elétrica é quanto de energia elétrica seria possível
produzir a mais que a demanda, se todas as usinas de todas as fontes estivessem
operando durante todo o ano respeitando a capacidade instalada e o fator de serviço
de cada uma. Logo, com o aumento da capacidade e da demanda, haverá um
crescimento da capacidade excedente pois as usinas não trabalham em sua
capacidade instalada em todo o período, por exemplo as usinas fotovoltaicas não
geram em dias chuvosos a sua capacidade. Outra característica da matriz energética
é que as usinas de maior custo entram em operação apenas se as usinas de menores
custos de geração não atenderem a demanda. No Gráfico 4 nota-se que no período a
capacidade excedente tem um crescimento significativo variando de 326.318 GW em
2000 para 670.395 GW em 2030.
Gráfico 4 – Geração excedente de Energia Elétrica
Fonte: Elaborado pelo autor, 2016.
32
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1.2
33
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30
GW
ANO
43
O custo total de geração de energia elétrica é dependente da matriz energética,
quanto mais energia gerada maior será o custo total de geração. O Gráfico 5
apresenta o custo total de geração de energia elétrica baseado na capacidade de
geração.
Gráfico 5 - Custo total de Geração de energia elétrica
Fonte: Elaborado pelo autor, 2016.
Observa-se no Gráfico 6 que a capacidade de geração das hidrelétricas, das
termoelétricas e das pequenas centrais hidrelétricas têm um crescimento significativo.
As termonucleares apresentam um pequeno crescimento e as demais um crescimento
tímido.
A matriz brasileira que em 2000 era dependente das usinas hidrelétricas e continuará
dependente conforme o crescimento apresentado no modelo até 2030 pois mesmo
com investimentos nas demais fontes cujos crescimento possuem taxas significativas
não altera a matriz pois a capacidade das usinas hidrelétrica e muito maior que outras.
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.82
2.2
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.28
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30
Re
ais
ANO
44
Gráfico 6 - Capacidade de Geração por fonte de energia
Fonte: Elaborado pelo autor, 2016.
O custo das fontes de energia elétrica é composto por custos de aquisição de energia
elétrica, custos relativos ao uso do sistema de distribuição, custos relativos ao uso do
sistema de transmissão, custo de perdas técnicas e não técnicas, de encargos
diversos e impostos. O Gráfico 7 apresenta o custo médio de geração por fonte de
energia.
-15
5
25
45
65
85
105
125
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2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
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2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
GW
h
ANO
Capacidade de Geração da Central GeradoraHidréletricaCapacidade de Geração da Eólica
Capacidade de Geração da Fotovoltaíca
Capacidade de Geração da Hidrelétrica
Capacidade de Geração da Pequena CentralHidrelétricaCapacidade de Geração da Termoelétrica
Capacidade de Geração da Termonuclear
45
Gráfico 7 - Custo de Geração por fonte de energia, R$/MWh
Fonte: FARIA; MONTALVÃO; ABBUD, 2012.
Observa-se que o custo das fontes fotovoltaicas e termoelétricas é na ordem de três
vezes maior que o custo das centrais geradoras hidrelétricas, das pequenas centrais
hidrelétricas e das termonucleares. Já as fontes eólicas e hidrelétricas é
aproximadamente a metade destas, ou seja, seis vezes menores que as fontes
fotovoltaicas e termoelétricas.
Com o objetivo de reduzir o custo total de geração prioriza-se a geração com fontes
que possuem menor custo unitário, respeitando a legislação, disponibilidade da fonte
e demanda.
147,46
99,58
500
84,58
158,94
498,01
165,61
0
100
200
300
400
500
600
CGH Eólica Fotovoltaíca Hidréletica PCH Temoelétrica Termonuclear
46
5 CONCLUSÃO
Desenvolveu-se um modelo de dinâmica de sistemas para representar o
comportamento da matriz energética no Brasil entre 2000 e 2030. O modelo permitiu
compreender a influência de medidas políticas e fatores econômicos sobre o
investimento nas fontes de energias renováveis, assim como a influência que as
medidas políticas têm sobre as tarifas de energia elétrica.
A matriz energética brasileira conforme o modelo é capaz de atender a demanda de
energia do Brasil sem a utilização de toda sua capacidade de geração, visto algumas
que fontes não operam todo ano, operam apenas quando as demais não geram o
suficiente para atender a demanda.
O custo total de geração de energia elétrica depende da matriz energética, pois quanto
maior a energia gerada de fontes de menor custo, menor será o custo total de geração.
Quando o nível dos reservatórios está baixo, as hidrelétricas que possuem menor
custo de geração têm sua capacidade de geração reduzida, sendo necessário gerar
ou aumentar o uso de uma ou mais fontes de maior custo, que geralmente é a
termoelétrica.
Políticas de incentivos a investimentos nas fontes de energia renováveis poderia
reduzir o custo de geração e a emissão de CO2 na atmosfera, melhorando as
condições climáticas e descentralizando a geração de energia elétrica de modo
reduzir perdas de distribuição e transmissão a longa distancias. Isenções fiscais e
reduções, empréstimos, descontos e financiamentos específicos são exemplos de
incentivos.
A Dinâmica de Sistemas mostrou-se uma ferramenta adequada para o estudo da
matriz de geração de elétrica. O modelo permite simular cenários diferentes, alterando
os valores dos investimentos, da taxa de crescimento, da demanda, do fator de serviço
e de outras variáveis. Permite acrescentar variáveis como por exemplo incentivos
políticos e crises hídricas. Futuros estudos podem levar em conta outros fatores como,
por exemplo, a repotenciação de usinas hidrelétricas que podem aumentar a
capacidade de geração e, em consequência, a taxa de crescimento.
47
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