THIAGO CORRA FARQUI

Modelo para Avaliao de Oportunidades de Oferta de Gerao Distribuda

So Paulo 2011

THIAGO CORRA FARQUI

Modelo para Avaliao de Oportunidades de Oferta de Gerao DistribudaTese Apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para Obteno do Ttulo de Doutor em Engenharia Eltrica. rea de concentrao: Sistemas de Potncia Orientador: Marcos Roberto Gouva

So Paulo 2011

Este exemplar foi revisado e alterado em relao verso original, sob responsabilidade nica do autor e com anuncia de seu orientador. So Paulo, 18 de maio de 2011. Assinatura do autor Assinatura do orientador

FICHA CATALOGRFICA

Farqui, Thiago Corra Modelo para avaliao de oportunidades de oferta de gerao distribuda / T.C. Farqui. -- ed. rev. -- So Paulo, 2011. 185 p. Tese (Doutorado) - Escola Politcnica da Universidade de So Paulo. Departamento de Engenharia de Energia e Automao Eltricas. 1. Distribuio de energia eltrica (Impactos; Avaliao) I. Universidade de So Paulo. Escola Politcnica. Departamento de Engenharia de Energia e Automao Eltricas II. t.

Dedicatria

Lucilene, amiga e eterna companheira, pela fundamental ajuda e compreenso. Aos meus pais e irmo que sempre acreditaram e ajudaram.

Agradecimentos Algumas pessoas tornaram possvel a realizao deste trabalho e gostaria de aqui agradec-las: - Prof. Marcos Roberto Gouva, cuja ajuda, idias e grande pacincia tornaram possveis este trabalho. - Todos os colegas do departamento de engenharia eltrica da Pyry Tecnologia que sempre incentivaram e contriburam para a realizao deste trabalho. - Meu irmo e melhor amigo que sempre esteve presente em todas as etapas e que sempre estar ao meu lado quando precisar. - Meus pais cuja contribuio foi muito alm do apoio, presena e opinies ao longo de toda minha caminhada. O exemplo por eles dado foi o maior fator motivador para atingir todos os objetivos de minha vida. - Agradeo especialmente minha esposa, Lucilene, cuja imensa compreenso, ajuda e carinho no podem ser descritos em simples palavras, mas foram fundamentais nos momentos mais difceis, no apenas deste trabalho, mas sempre.

RESUMO

A gerao de energia eltrica atravs de grandes empreendimentos, sejam hdricos, trmicos ou nucleares demandam cada vez mais, grandes investimentos e longo perodo de tempo para incio de operao. Em contrapartida, a demanda por este insumo bsico para o desenvolvimento e manuteno da sociedade cresce cada vez a um ritmo mais acelerado. Visando atender a essa demanda, existe uma tendncia global de instalar uma maior quantidade de pequenas unidades geradoras, ligadas diretamente rede primria ou rede secundria de distribuio. Tais unidades so usualmente denominadas de gerao distribuda (GD) e dispersa (GDd), respectivamente. Dentre as diversas vantagens obtidas por estas formas de gerao poder haver aumento da confiabilidade do sistema eltrico, a possibilidade de postergar investimentos necessrios rede de distribuio e a diversificao da matriz energtica com maior possibilidade de uso de fontes renovveis de energia. A partir deste conceito foi desenvolvida uma metodologia, fundamentada na teoria de planejamento agregado, para identificar e quantificar potenciais unidades de gerao distribuda na rea da concessionria de distribuio de energia eltrica, avaliando os respectivos custos e benefcios de cada oportunidade. Por meio destes resultados possvel classificar e, conseqentemente, priorizar as instalaes com maior interesse tanto para o consumidor como, principalmente, para a concessionria local de distribuio de energia. De forma complementar, foram desenvolvidos modelos que possibilitem considerar a gerao dispersa no planejamento da expanso dos sistemas de distribuio, bem como avaliar fatores que limitem sua expanso no Brasil. Este trabalho prioriza a anlise sob ponto de vista da concessionria de energia eltrica, prtica ainda no usual no Brasil, mas com grande potencial de aplicao.

ABSTRACT

The generation of electrical energy through large power plants (hydro, thermal or nuclear) demands, each time larger investments and high time to be ready for operation. In the other hand, the demand for electrical energy, that is so necessary for the development and maintenance of the society, is growing each day faster. Looking at the attendance of this demand, there is a global tendency to install a larger quantity of small generators, connected directly to the secondary or primary distribution grid of the electrical utility company. These units are known as distributed generation (GD) and dispersed generation (GDd). Out of the many advantages through the use of distributed generation, the reliability growth in the electrical system, possibility of postpone necessary investments in the distribution network presents high importance and diversify the energetic matrix with the possibility of use renewable resources. From this concept, it was developed a routine, based on the theory of aggregated planning to identify and quantify potential units of distributed generation in the utility company area, evaluating the costs and benefits of each connection for the utility company. Through the results it will be possible the classification of the most interesting units, allowing the decision in conjoint between the consumer and the utility company. As a complement, it was developed mechanisms to make possible to consider disperse generation on the planning of distribution systems expansion. It was also made an evaluation of the factors that restrict the expansion of the disperse generation in Brazil. This thesis focus the analysis considering the utility company impacts, what is not used in Brazil but has a large potential of application.

SUMRIORESUMO............................................................................................................................... 6 ABSTRACT ........................................................................................................................... 7 SUMRIO.............................................................................................................................. 8 LISTA DE TABELAS ........................................................................................................... 11 LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................... 12 LISTA DE ABREVIAES .................................................................................................. 13

1. INTRODUO E OBJETIVO ........................................................................... 15 1.1 Introduo ....................................................................................................................... 15 1.2 Objetivo ........................................................................................................................... 18 2. ESTADO DA ARTE ............................................................................................. 19 2.1 Histrico ......................................................................................................................... 19 2.2 Gerao Distribuda ........................................................................................................ 20 2.3 Principais Tecnologias de Gerao Distribuda.............................................................. 21 2.4 Gerao Dispersa ............................................................................................................ 22 2.4.1 Gerao Dispersa a partir da Energia Solar .......................................................... 23 2.4.2 Gerao Dispersa a partir de energia elica .......................................................... 25 2.8 Conexo da Gerao Distribuda no Sistema Eltrico.................................................... 26 2.9 Custos e Benefcios Relacionados Gerao Distribuda .............................................. 27 2.10 Planejamento da Distribuio de Energia Eltrica ....................................................... 29 2.11 Aspectos Legais e Regulatrios.................................................................................... 31 2.11.1 Outorga da Central Geradora............................................................................... 32 2.11.2 Conexo Rede ..................................................................................................... 34 2.11.3 Gerao Distribuda .............................................................................................. 36 2.11.4 Gerao Dispersa .................................................................................................. 38 2.11.5 Licenciamento Ambiental ...................................................................................... 38 2.11.6 Comercializao de Excedentes ............................................................................ 39 2.11.7 Legislao em Outros Pases ................................................................................ 41 2.12 Cogerao ..................................................................................................................... 42 2.12.1 Formas de Cogerao ........................................................................................... 44 2.12.2 Estimativa do Potencial de Cogerao por rea de Processo ............................. 47 2.13 Custo da Energia Gerada .............................................................................................. 52 2.13.1 Gerao Distribuda .............................................................................................. 54 2.13.2 Gerao Dispersa .................................................................................................. 57 3. MODELO PROPOSTO ....................................................................................... 60 3.1 Formulao do Problema ................................................................................................ 60 3.2 Estrutura do Modelo Proposto ........................................................................................ 61 3.3 Mdulo I Identificao de Potenciais Unidades de GD .............................................. 65 3.3.1 Potenciais GDs ........................................................................................................ 65 3.3.2 Potencial de Capacidade de Gerao ..................................................................... 67 3.4 Mdulo II Representao da Rede............................................................................... 71 3.4.1 Representao do Sistema com Gerao Distribuda ............................................. 71 3.4.2 Representao do Sistema com Gerao Dispersa ................................................. 753.4.2.1 Evoluo da Gerao Dispersa ............................................................................... 75 3.4.2.2 Induo Gerao Dispersa ................................................................................... 76 3.4.2.3 Custo da Energia Produzida por Gerao Dispersa ............................................... 78

3.5 Mdulo III Modelo de Avaliao e Determinao dos Resultados ............................. 80

3.5.1 Identificao dos Custos e Benefcios ..................................................................... 80 3.5.3 Postergao de Investimentos ................................................................................. 813.5.3.1.1 Investimentos em Subestaes e Alimentadores dos Subsistemas 1 e 2 ........... 83 3.5.3.2 Investimentos nas Subestaes e Alimentadores do Subsistema 3 ....................... 85 3.5.3.3 Postergao de Investimentos Sistema de Subtransmisso ............................... 88

3.5.4 Perdas ...................................................................................................................... 88 3.5.5 Confiabilidade ......................................................................................................... 92 3.5.6 Receitas Devido ao Acesso Rede .......................................................................... 93 3.5.7 Aumento da Segurana Energtica ......................................................................... 93 3.5.8 Benefcios Ambientais ............................................................................................. 94 3.5.9 Custo de Conexo Rede ........................................................................................ 94 3.5.10 Custo de Perda de Faturamento............................................................................ 95 3.5.11 Determinao dos Resultados ............................................................................... 96 3.6 Mecanismos de Incentivo GD ..................................................................................... 97 3.7 Proposio e Contratao da GD .................................................................................... 99 3.8 Consideraes Adicionais............................................................................................. 101

4. MODELAGEM DE COGERADORES OU AUTOPRODUTORES ............. 103 4.1 Indstria de Papel de Celulose ..................................................................................... 103 4.2 Indstria de Acar e lcool ........................................................................................ 106 4.3 Indstria Siderrgica .................................................................................................... 109 4.4 Indstria Txtil ............................................................................................................. 112 4.5 Indstria de Cermica ................................................................................................... 114 4.6 Indstria de Cimento .................................................................................................... 116 4.7 Aterros Sanitrios ......................................................................................................... 118 4.8 Estao de Tratamento de Efluente .............................................................................. 120 4.9 Hospitais ....................................................................................................................... 122 4.10 Shopping Centers........................................................................................................ 125 4.11 Hotis .......................................................................................................................... 127 5. 6. EXEMPLO DE APLICAO ........................................................................... 130 CONCLUSO ..................................................................................................... 143

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ...................................................................... 148 ANEXO A PRINCIPAIS TECNOLOGIAS DE GERAO DISTRIBUDA ... 157 1 Microturbinas a Gs......................................................................................................... 157 2 Turbinas a Vapor ............................................................................................................. 158 3 Turbinas a Gs ................................................................................................................. 160 4 Ciclo Combinado ............................................................................................................. 164 5 Motor de Combusto Interna ........................................................................................... 165 6 Motor Stirling .................................................................................................................. 168 7 Clulas a Combustvel ..................................................................................................... 168 8 Energia Elica ................................................................................................................. 170 9 Energia Solar ................................................................................................................... 171 ANEXO B CARACTERSTICAS DE PROCESSO DOS CONSUMIDORES COM POTNCAL PARA GD ................................................................................... 172 1. Indstria de Papel e Celulose.......................................................................................... 172 2. Indstria Sucroalcooleira ................................................................................................ 173 3. Indstria Siderrgica ...................................................................................................... 174 4. Indstria Txtil ............................................................................................................... 176 5. Indstria de Cimento ...................................................................................................... 177

6. Aterros Sanitrios .......................................................................................................... 178 6.1 Gerao de Energia Eltrica em Aterros Sanitrios ......................................... 179

ANEXO C ASPECTOS COMPLEMENTARES COGERAO ................... 182 1. Ciclos Disponveis para a Cogerao ............................................................................. 182 2. Seleo do Ciclo de Cogerao ...................................................................................... 183

LISTA DE TABELASTabela 2.1 Nveis de tenso para conexo de gerao distribuda ........................... 26 Tabela 2.2 Eficincia na gerao termeltrica e cogerao ....................................... 44 Tabela 2.3 Valores tpicos de no setor industrial ....................................................... 48 Tabela 2.4 Valores mdios tpicos de no setor tercirio ........................................... 48 Tabela 2.5 Valores tpicos de por tecnologia de cogerao .................................... 50 Tabela 2.6 Caractersticas da cogerao por setor ...................................................... 51 Tabela 2.7 Custo dos equipamentos de cogerao ..................................................... 54 Tabela 2.8 Investimento e O&M em gerao distribuda por tecnologia................... 55 Tabela 2.9 Custo de gerao de energia eltrica por combustvel ............................ 56 Tabela 2.10 Valor econmico da tarifa de aquisio de energia (PROINFA) .......... 57 Tabela 2.11 Custo de equipamentos para gerao solar ............................................ 58 Tabela 2.12 Custo da energia por gerao dispersa ................................................... 58 Tabela 2.13 Tarifa fotovoltaica na Alemanha ................................................................ 59 Tabela 3.1 Potncia Mxima, Energia Excedente e Custo da Energia de Cogeradores e Autoprodutores ................................................................................... 69 Tabela 3.2 Determinao do expoente em funo de Ib/R ...................................... 91 Tabela 4.1 Custos de investimento por tecnologia de gerao ................................ 103 Tabela 4.2 Potncia de cogerao no setor sucroalcooleiro .................................... 107 Tabela 4.3 Custo da energia gerada setor sucroalcooleiro ................................... 108 Tabela 4.4 Custos de cogerao por custo de bagao de cana .............................. 109 Tabela 4.5 PCI dos gases de exausto de usinas siderrgicas ............................... 111 Tabela 4.6 Custo de gerao de energia - siderurgia ................................................ 112 Tabela 4.6 Potencial de cogerao em hospitais ....................................................... 123 Tabela 4.7 Custo de cogerao em hospitais ............................................................. 125 Tabela 4.8 Custo de cogerao em shopping centers ............................................... 127 Tabela 4.9 Potencial de cogerao no setor hoteleiro ............................................... 128 Tabela 4.10 Custo de cogerao em hotis ................................................................ 129 Tabela 5.1 Principais descritores de cada famlia de alimentadores ....................... 131 Tabela 5.2 Vetor de potncias da oportunidade OP(i,j) ............................................. 131 Tabela 5.3 Cenrios ......................................................................................................... 132 Tabela 5.4 Custo de gerao por tecnologia de GDd ................................................ 134 Tabela 5.5 Atributos explicativos do Fator de induo k (m, n) de cada famlia de alimentador ................................................................................................................... 135 Tabela 5.6 Nmero de unidades de GDd por famlia a cada ano ............................ 136 Tabela 5.7 Demandas mximas por famlia de alimentadores com GDd (em MW) ........................................................................................................................................ 136 Tabela 5.8 Caractersticas do alimentador com GD (AlGD) no cenrio C1 ............. 139 Tabela 5.9 Caractersticas dos alimentadores atendidos por AlGD em contingncia ........................................................................................................................................ 139 Tabela 5.10 Capacidades de transferncia pelo alimentador ALGD no cenrio C1 ........................................................................................................................................ 140 Tabela 5.11 Investimentos postergados OP(1,1) .................................................... 141 Tabela A.1 Consumo especfico de turbina a gs ...................................................... 161 Tabela A.2 Consumo de combustvel em motores de combusto interna ............. 166 Tabela B.1 Valores tpicos de presso e temperatura (indstria papel e celulose) ........................................................................................................................................ 173 Tabela B.2 Consumo especfico anual de energia no setor siderrgico ................. 175 Tabela C.1 Razo potncia / calor gerador em ciclos trmicos (topping)............... 184

LISTA DE FIGURASFigura 2.1 Curva VxI de um mdulo fotovoltaico em funo da radiao solar incidente .......................................................................................................................... 24 Figura 2.2 Curva de potncia de uma turbina elica .................................................... 25 Figura 2.3 - Sntese de opes de comercializao de energia proveniente de GD . 41 Figura 2.4 Rendimento na gerao de eletricidade e calor ......................................... 43 Figura 2.5 Faixa tpica de temperatura para cogerao tipo topping e bottoming. . 44 Figura 2.6 Utilidades da cogerao ................................................................................. 46 Figura 3.1 Diagrama de blocos do modelo proposto.................................................... 64 Figura 3.2 Clculo da potncia mxima de uma GD .................................................... 68 Figura 3.3 Sub- sistemas em estudo............................................................................... 72 Figura 3.4 Exemplo de diferentes densidades de carga [4] ........................................ 73 Figura 3.5 Exemplo de evoluo do custo de gerao, por tecnologia ..................... 78 Figura 3.6 Evoluo do custo dos mdulos fotovoltaicos ............................................ 79 Figura 3.7 Evoluo do custo de gerao elica .......................................................... 79 Figura 3.8 Aumento da capacidade de reserva de contingncia das subestaes 84 Figura 3.9 Postergao do investimento na SE pela conexo da GD....................... 86 Figura 3.10 Conexo da GD no sistema de subtransmisso ...................................... 88 Figura 3.11 Exemplo de curva potncia x benefcio ..................................................... 96 Figura 4.1 Produo de energia eltrica em indstrias de papel e celulose .......... 104 Figura 4.2 - Produo de energia eltrica em indstrias de acar e lcool ............. 107 Figura 4.3 - Produo de energia eltrica em indstrias siderrgicas ........................ 110 Figura 4.4 Fluxograma de GD com turbina a gs ....................................................... 113 Figura 4.5 Cogerao em indstria cermica .............................................................. 115 Figura 4.6 Cogerao em indstria cermica .............................................................. 116 Figura 4.7 Cogerao hospitalar com integrao ao sistema de climatizao ...... 123 Figura 4.8 Cogerao em shopping center .................................................................. 127 Figura 4.9 Cogerao em hotis .................................................................................... 129 Figura 5.1 Rede de distribuio do caso estudado..................................................... 130 Figura 5.2 Transferncia de carga na rede sem GD .................................................. 137 Figura 5.3 Transferncia de carga na rede com GD .................................................. 137 Figura A.1 Ciclo de funcionamento de microturbinas ................................................. 158 Figura A.2 Cogerao com turbina a gs ..................................................................... 162 Figura A.3 Ciclo combinado: turbina a gs e a vapor................................................. 164 Figura A.4 Cogerao utilizando motor de combusto interna ................................. 168 Figura A.5 Clula a combustvel tipo cido fosfrico .................................................. 169 Figura B.1 Processo de produo de ao .................................................................... 176 Figura B.2 Fluxograma da produo de cimento ........................................................ 178

LISTA DE ABREVIAES ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas; ABL rea Bruta Locvel; ACL Ambiente de Contratao Livre; ACR Ambiente de Contratao Regulada; ANEEL Agncia Nacional de Energia Eltrica; ANP Agncia Nacional de Petrleo; AT Alta Tenso; BT Baixa Tenso; CA Corrente Alternada; CC Corrente Contnua; CCEE Cmara de Comercializao de Energia Eltrica; COFINS Contribuio para Financiamento da Seguridade Social; COGEN Associao da Indstria de Cogerao de Energia; CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente; DEC - Durao Equivalente de Interrupo por Unidade Consumidora; DIT Demais Instalaes de Transmisso EUA Estados Unidos da Amrica; END Energia No Distribuda; ETE Estao de Tratamento de Efluentes; FEC Frequncia Equivalente de Interrupo por Unidade Consumidora; FRC Fator de Recuperao do Capital; GD Gerao Distribuda; GDd Gerao Dispersa; ICMS Imposto sobre Circulao de Mercadorias e Prestao de Servios; II Imposto de Importao; IPI Imposto sobre Produtos Industrializados; MACI Motor Alternativo de Combusto Interna; MT Mdia Tenso; MTBF Mean Time Between Failures; O & M Operao e Manuteno; ONS Operador Nacional do Sistema;

PAC Ponto de Acoplamento Comum; PCH Pequena Central Hidroeltrica; PCI Poder Calorfico Inferior; PCS Poder Calorfico Superior; P & D Pesquisa e Desenvolvimento; PF Painel Fotovoltaico; PIS Programa de Integrao Social; PRODIST Procedimentos de Distribuio de Energia Eltrica no Sistema Nacional; PROINFA Programa de Incentivo s Fontes Alternativas de Energia Eltrica; SE Subestao; SFCR Sistema Fotovoltaico Conectado Rede; SIN Sistema Interligado Nacional; tab Tonelada de Ao Bruto; T.G. Turbina a Gs; TIR Taxa Interna de Retorno; TMA Taxa Mnima de Atratividade; TR Toneladas de Refrigerao; T.V. Turbina a Vapor; VP Valor Presente; VR Valor dos Reforos.

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1. INTRODUO E OBJETIVO 1.1 Introduo

Em todo o mundo h fatores comuns que atuam como motivadores na utilizao de gerao distribuda (GD), utilizando ou no cogerao, tais como a necessidade de reduzir emisses de gases causadores do efeito estufa, melhor controle do retorno e risco financeiro dos investimentos, melhoria na confiabilidade, otimizao do aproveitamento dos recursos energticos disponveis, entre outros. No entanto, cada pas apresenta particularidades climticas, regulatrias ou mesmo na estrutura do setor eltrico que facilitam ou dificultam a implantao de unidades de gerao distribuda. Nos EUA, segundo [1], a dependncia do petrleo importado e a vulnerabilidade a atentados terroristas propiciada por grandes centrais eltricas e longas linhas de gs atuam como elementos adicionais de incentivo descentralizao da gerao de energia eltrica. A situao dos EUA pode ainda ser resumida em alguns nmeros como, por exemplo: a) de um total de 1300 novas unidades de gerao previstas nos prximos 20 anos (maioria termoeltrica), 975 podero ser substitudas por unidades que utilizem energia renovvel, ou evitadas a partir de aes de eficincia energtica e cogerao. Tambm permitiria o fechamento de 14 usinas nucleares e 180 trmicas a carvo; b) as redues de emisses equivaleriam a 720.000 tCO2/ano; c) as plantas dispersas podero reduzir os custos de interrupo (END Energia No Distribuda) em consumidores muito sensveis (estima-se que no Vale do Silcio a END da ordem de 16 US$/kWh, sendo que a Sun Microsystems tem potencial de perdas de 1 MUS$/min).

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No Reino Unido [2] os incentivos governamentais para fontes renovveis de energia e cogerao at 2011, se alcanados, implicariam em um acrscimo de capacidade nas redes de distribuio de 20 a 25 GW. As aes italianas [3] neste campo esto em linha com o objetivo da Unio Europia de atingir um total de 18 % de cogerao, como forma de cumprir a meta do protocolo de Quioto. Em toda a Europa a utilizao de gerao distribuda uma realidade crescente, motivando o desenvolvimento de uma legislao cada vez mais detalhada para o setor. Na Alemanha o governo instituiu tarifas incentivadoras para os edifcios com gerao solar fotovoltaica. As concessionrias so obrigadas a comprar toda a energia gerada a uma tarifa mais elevada, denominada tarifa prmio. O custo deste incentivo diludo na tarifa para todos os consumidores, representando uma alterao menor que 1% nas contas de energia [87]. A Dinamarca busca ser o pas com a matriz energtica mais verde do mundo e aposta nas centrais de gerao elica para atingir esta meta. J a Espanha aposta no potencial de gerao a partir da energia solar, tanto com painis fotovoltaicos como com concentradores solares. Portugal, pas com carncia de fontes de energia, incentiva a instalao de pequenos geradores residenciais a partir de fonte elica e solar. A energia produzida pode ser exportada rede de distribuio a um valor trs vezes maior do que o praticado na compra. No Brasil, embora os benefcios ambientais de unidades de gerao distribuda tambm sejam reconhecidos, ainda h grande interesse por centrais de grande porte, que possam explorar o alto potencial hidro-energtico do pas. Entretanto, os recursos disponveis encontram-se cada vez mais distantes dos grandes centros consumidores, exigindo maiores investimentos em linhas de transmisso, alm de apresentarem crescentes dificuldades na obteno de licenas ambientais pelo impacto que produzem. Neste cenrio, a gerao distribuda se desponta como alternativa competitiva por ser simples, de menor prazo de execuo e requerer pouco investimento.

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Dividida em seis captulos, esta tese descreve uma metodologia para identificar possveis unidades de GD e classific-las visando viabilizar a priorizao de investimentos em empreendimentos com maior atratividade, principalmente, para a concessionria. Tambm foi adaptada a teoria de planejamento agregado de investimentos em sistemas de distribuio, possibilitando considerar unidades de gerao dispersa. O captulo 2 dedicado apresentao do estado da arte em gerao distribuda, dispersa e cogerao. Tambm so apresentados os aspectos legais e regulatrios envolvendo tais modalidades de gerao, bem como consideraes sobre planejamento agregado e identificao de custos e benefcios associados conexo de uma GD rede. O captulo 3 apresenta a metodologia proposta, apresentada em 3 mdulos, sendo o ncleo deste trabalho. O mdulo I dedica-se identificao das potenciais unidades de gerao distribuda, sendo apresentada uma metodologia de clculo das possveis capacidades instaladas e respectivos custos de produo para cada setor identificado como potencial produtor a partir de GD. No mdulo II exposta a forma de representao da rede adequada metodologia, incluindo o modelo de evoluo da gerao dispersa na rede. O mdulo III apresenta o modelo de avaliao e determinao dos resultados. Trata-se do ncleo da metodologia, onde so quantificados os principais benefcios decorrentes da instalao de GD ou gerao distribuda dispersa (GDd). Com base nestes benefcios a concessionria tem subsdios para propor as bases de um contrato bilateral de comercializao de energia de interesse a ambas as partes, guardadas as restries regulatrias atuais e sugestes de aperfeioamento. No final deste captulo so introduzidos alguns aspectos complementares onde so discutidas algumas particularidades do modelo e propostos mecanismos de incentivo GD e GDd, tais como sugestes de alterao na legislao atual. O captulo 4 apresenta uma modelagem de cogeradores ou autoprodutores, utilizada no clculo da mxima potncia de cada unidade de GD identificada, considerando as caractersticas de processo do consumidor que a instalar.

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Tambm so calculados os correspondentes custos de produo de energia eltrica para cada tipo de GD identificada. O captulo 5 apresenta uma aplicao do modelo proposto em um exemplo que visa ilustr-lo. O captulo 6 apresenta a concluso, onde tambm so apontadas as contribuies introduzidas por este trabalho e possveis prosseguimentos para a linha de pesquisa desenvolvida. Esclarecimentos complementares de algumas informaes utilizadas durante o trabalho so apresentados em anexos.

1.2 Objetivo O presente trabalho tem por objetivo propor e desenvolver um modelo de identificao e avaliao de oportunidades de gerao distribuda (GD) e dispersa (GDd) para beneficiar a concessionria, contribuindo para otimizar seu planejamento da rede de distribuio buscando, sempre que possvel, beneficiar tambm o consumidor. O modelo deve permitir identificar, dentro de uma rea geogrfica especfica, as potenciais unidades de gerao distribuda baseando-se em seus processos industriais e estimando-se os custos e os benefcios correspondentes. Tcnicas fundamentadas ao modelo de Planejamento Agregado de Investimentos em Redes de Distribuio devem ser desenvolvidas para representar o impacto da gerao distribuda na rede, tendo ao fundo cenrios com diferentes intensidades da presena de gerao dispersa.

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2. ESTADO DA ARTE

2.1 Histrico At o final da dcada de 90, o Brasil apresentou uma estrutura energtica cuja gesto estava centralizada no Estado, sendo este o principal responsvel por todo o planejamento e investimentos no setor eltrico por meio de empresas estatais que monopolizavam o setor. Dentro deste quadro, a maioria dos investimentos em gerao era empregada na construo de grandes centrais hidroeltricas, no raro, em detrimento de impactos sociais e ambientais indesejados. No final da dcada de 90, aps anos de carncia de investimentos no setor eltrico, houve uma razovel abertura do mercado no setor dos servios de energia eltrica com a conseqente concesso da explorao desses servios ao setor privado. Esse fato alterou o perfil dos investimentos, bem como a forma de planejar a expanso do sistema. Cresceram os agentes envolvidos no planejamento, havendo maior espao para as demandas da sociedade, fabricantes, consumidores e tambm novas a relevncia de dos impactos bem ambientais. como novas Conseqentemente tcnicas planejamento

alternativas vm sendo consideradas. Neste novo contexto a gerao distribuda ganhou importncia, uma vez que suas caractersticas vem ao encontro s demandas do novo ambiente, contribuindo para a soluo de diversos impasses [2]. Dentre essas caractersticas est a pequena escala, o baixo nvel de investimento, o curto perodo de retorno, a capacidade adaptao s necessidades locais, o elevado ndice de industrializao, bem como a possibilidade de melhoria das condies sociais e ambientais. Por outro lado, ainda existe escassez de investimento motivado pela ausncia de incentivos suficientemente efetivos para o setor, bem como riscos regulatrios.

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Vale lembrar que o interesse em usinas de grande potncia persiste no Brasil, justificado pela existncia de fontes primrias ainda no exploradas, alm da necessidade de grandes incrementos de energia para suprir o crescimento da demanda. No obstante, investimentos em gerao distribuda surgem quando h interesse econmico de um agente, usualmente motivado por recurso energtico disponvel. A viabilidade da implementao de novas unidades de gerao distribuda tem sido facilitada pelos crescentes avanos tecnolgicos e pelo gradual avano da legislao Em 2002, por meio da lei federal n 10.438, foi institudo o Programa de Incentivo s Fontes Alternativas de Energia Eltrica (PROINFA). Este programa incentivou projetos de gerao por meio de pequenas centrais hidreltricas (PCHs), trmicas a biomassa e usinas elicas, garantindo a compra e o valor da produo. Esse Programa sinalizou uma diversificao da matriz energtica brasileira, especialmente para tecnologias que utilizem recursos renovveis.

2.2 Gerao Distribuda Gerao Distribuda (GD) uma fonte de produo de energia eltrica, em geral de porte limitado e prxima ao consumidor final, que pode utilizar fontes primrias diversas e ser integrada a sistema de cogerao, no qual se desenvolve, simultaneamente, gerao de energia eltrica, mecnica ou trmica (calor de processo ou frio) a partir da queima de um combustvel tal como os derivados de petrleo, o gs natural, o carvo ou a biomassa. A Agncia Nacional de Energia Eltrica, por meio do PRODIST [4], define GD como sendo: Gerao de energia eltrica, de qualquer potncia, conectada diretamente no sistema eltrico de distribuio ou atravs de instalaes de consumidores, podendo operar em paralelo ou de forma isolada. O decreto no 5.163 de 30 de julho de 2004 define gerao distribuda no artigo 14 como sendo a produo de energia eltrica proveniente de empreendimentos de agentes concessionrios, permissionrios ou autorizados, incluindo aqueles

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tratados no art. 8 da Lei no 9.074, de 1995, conectados diretamente no sistema eltrico de distribuio do comprador, exceto aquela provenientes de empreendimento: Hidreltrico com capacidade instalada no superior a 30 MW e; Termeltrico, inclusive de cogerao, com eficincia energtica inferior a setenta e cinco por cento, conforme regulao da ANEEL. Os empreendimentos termeltricos que utilizem biomassa ou resduos de processo como combustveis so dispensados das exigncias de rendimento. A Gerao Distribuda no despachada centralizadamente pelo Operador Nacional do Sistema Eltrico (ONS).

2.3 Principais Tecnologias de Gerao Distribuda As principais tecnologias disponveis para gerao distribuda so listadas abaixo [3] [5] [15] e detalhadas no anexo A: Microturbinas a gs; Turbinas a vapor; Turbinas a gs; Ciclo combinado (turbina a gs + vapor); Motor de combusto interna; Motor Stirling; Clulas a combustvel; Sistemas hbridos; Turbina elica; Sistemas fotovolticos. As tecnologias empregadas em gerao distribuda, incluindo para medio, controle e comando tm evoludo, oferecendo formas limpas de gerao, em unidades de diversos portes a custos decrescentes, aplicadas em vrias

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modalidades operativas como: gerao na base, gerao de emergncia, complementao no horrio de ponta e cogerao.

2.4 Gerao Dispersa A gerao dispersa (GDd) entendida neste texto como sendo pequenas centrais de gerao conectadas nas redes de baixa tenso, onde a potncia nominal limitada a um determinado valor e embutida em consumidores individuais, alterando os seus requisitos de energia da rede pblica. Espera-se que, futuramente, sejam eliminadas as atuais barreiras regulatrias que impossibilitam a exportao de energia para a rede de baixa tenso durante perodos de carga leve. A prtica de net metering (contabilizao da energia consumida menos exportada diretamente nos medidores de baixa tenso) j comum em alguns pases, com maior nfase aos EUA e Alemanha [87], viabilizando e incentivando o uso de fontes renovveis de energia de forma dispersa na rede. Essa forma de tarifao utiliza medidores bidirecionais, permitindo um balano entre o que foi consumido e o gerado, dentro de um perodo pr-definido. Pases que adotaram [47] esta prtica definem classes de consumidores e de tecnologias de gerao que se classificam para o uso de net metering, limitando sua aplicao a tecnologias de gerao renovvel em pequenos consumidores. Na Europa o uso de GDd como alternativa fontes centralizadas e ambientalmente questionveis vem apresentando cada vez mais espao, especialmente com o crescente incentivo governamental. No Brasil a disseminao da gerao dispersa enfrenta dificuldades pelo ainda elevado custo de instalao que a torna pouco competitiva, pela ausncia de regulamentao incentivadora e tambm pelo desinteresse das concessionrias por evidente perda de mercado no cenrio regulatrio vigente.

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Devido a no regulamentao da conexo de unidades de gerao dispersa em paralelo rede de baixa tenso, sua aplicao restrita operao em ilha em pontos isolados ou quando a concessionria local assim a permite. Dentre as diversas tecnologias possveis para a gerao dispersa, aquelas que no utilizam combustveis fsseis, tal como a solar e elica, apresentam maior vantagem ambiental, alm de requisitarem pouca manuteno e nenhuma interveno durante a operao favorecendo a utilizao residencial ou comercial de pequeno porte. A vantagem ambiental poderia ser revertida em incentivos governamentais que facilitassem sua viabilidade (selos verdes). Alm destas tecnologias, a gerao por microturbinas que apresenta, atualmente maior viabilidade econmica, alm de maior potncia disponvel. Entretanto, tal tecnologia necessita de disponibilidade de gs natural, estando o custo de gerao fortemente associado ao custo desse combustvel. As microturbinas apresentam maior possibilidade de aplicao em

consumidores de maior porte ou para consumidores agrupados tais como edifcios residenciais ou comerciais, respeitadas as condicionantes regulatrias.

2.4.1 Gerao Dispersa a partir da Energia Solar A gerao fotovoltaica apresenta constante reduo de custo, com possibilidade de ser vivel em mdio prazo para o atendimento a pequenos consumidores individuais. Tal sistema conhecido por SFCR (Sistema Fotovoltaico Conectado Rede) e opera com inversores comutados pela rede, permitindo o sincronismo. O usual desencontro entre produo e consumo nessa modalidade pode resultar em excedente de gerao [84] sugerindo o uso de baterias para o despacho local de energia, ou seja, exportao em perodos de maior interesse. Para a tecnologia solar devero ser considerados mdulos individuais ou em associao, cujas potncias variam, individualmente, entre 10 e 250 W pico. Estes valores devero ser ajustados para radiao solar do local de instalao, conforme curvas informadas pelo fornecedor dos painis fotovoltaicos. A figura

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2.1 apresenta como exemplo, a curva VxI de um mdulo fotovoltaico, modelo KC130 da Kyocera de 130Wp e dimenso de 0,929 m2. A partir de uma avaliao dos equipamentos disponveis no mercado verifica-se que, na mdia, os mdulos fotovoltaicos apresentam capacidade de 135 Wp/m2. A potncia disponibilizada pelo painel fotovoltaico funo da radiao solar, que varia de forma horo-sazonal, conforme ilustrado na figura 2.1. A radiao mxima do local de instalao, bem como a mdia anual de insolao diria, poder ser obtida no Atlas Solarimtrico do Brasil [106].

Figura 2.1 Curva VxI de um mdulo fotovoltaico em funo da radiao solar incidente Como exemplo, a cidade de So Paulo apresenta uma radiao mdia anual de 4,52 kWh/m2.dia, o que equivale a 370 W/m2. Desta forma, o painel apresentado na figura 2.1 (potncia de pico de 130 Wp) disponibiliza, aproximadamente, 37 Wp. Se este mesmo mdulo fosse instalado em Olinda PE, cuja radiao mdia de 450 W/m2, o painel disponibilizaria aproximadamente 46 Wp.

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2.4.2 Gerao Dispersa a partir de energia elica As tecnologias de gerao elica possuem uma faixa maior de

disponibilidades de potncia sendo que as aplicaes consideradas de pequeno porte, com instalao simplificada, situam-se entre 160 W e 5 kW por turbina. Os fabricantes de turbinas elicas fornecem a curva de potncia gerada em funo do vento local. A ttulo de ilustrao, a figura 2.2 apresenta a curva de potncia da turbina Whisper 500 (PN = 3000 W) em funo da velocidade do vento.

Figura 2.2 Curva de potncia de uma turbina elica Apesar de ser necessrio realizar diversas medies de velocidade do vento antes da instalao da turbina, possvel obter um valor aproximado para um clculo preliminar a partir do Atlas Elico Brasileiro. As velocidades de ventos registradas neste documento esto referenciadas para uma altura de 50 m, valor correspondente a um edifcio de, aproximadamente, 15 andares. A instalao de turbinas elicas em reas urbanas apresenta maior dificuldade devido variao na velocidade do vento decorrente de turbulncia gerada pela rugosidade do relevo. Um clculo mais conservador considera a potncia gerada na velocidade mnima do gerador, tipicamente, entre 4 e 5 m/s, conforme verificado junto a diversos fabricantes. Edifcios apresentam maior facilidade em instalar clulas fotovoltaicas ou mesmo turbinas elicas em suas coberturas, dada a reduo de obstculos para

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o vento ou sombras para as clulas fotovoltaicas. O fato de tratar-se de um agrupamento de consumidores contribui para a instalao de unidades maiores.

2.8 Conexo da Gerao Distribuda no Sistema Eltrico Diversos trabalhos, tais como [81] e [82], foram desenvolvidos visando determinar os impactos da conexo da gerao distribuda no sistema eltrico, especialmente ao sistema de distribuio. Por outro lado as concessionrias de energia eltrica buscam adotar regras conservadoras, muitas vezes limitando os possveis benefcios introduzidos pela conexo de unidades maiores. A conexo de GD s redes pblicas no Brasil ainda carece de regulamentao especfica por parte da ANEEL, de forma que a anlise em cada caso fica a cargo da concessionria distribuidora, a partir de estudo a ser realizado pelo requerente acessante [66] [67] [68]. Esta por sua vez, estabelece regras de conexo, envolvendo o sistema de proteo, o limite de curto circuito e definindo as responsabilidades. Usualmente tais regras so conservativas, limitando os possveis benefcios introduzidos pela conexo. Assim como h restries de valores de demanda para conexo de consumidores em cada nvel de tenso [69], h tambm para a capacidade de GD. A seo 5.1 do mdulo 3 do PRODIST [4], [103] sugere os seguintes limites de potncia para conexo a cada nvel de tenso: Tabela 2.1 Nveis de tenso para conexo de gerao distribuda Potncia< 10 kW 10 a 75 kW 76 a 150 kW 151 a 500 kW 501 kW a 10 MW 11 a 30 MW > 30 MW

TensoBT (monofsico) BT (trifsico) BT (trifsico) ou MT BT (trifsico) ou MT MT ou AT MT ou AT AT

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Sendo MT as tenses padronizadas de 13,8 kV e 34,5 kV e AT as tenses padronizadas de 69 kV e 138 kV, podendo haver variantes conforme a concessionria. Diversas concessionrias, tais como Eletropaulo, CPFL, COELBA, CEEE [66] [67] [68], bem como o prprio PRODIST determinam que consumidores com demanda entre 75 kW e 2.500 kW devem ser conectados ao sistema de distribuio de mdia tenso. Acima de 2.500 kW a concessionria pode solicitar a conexo ao sistema de sub-transmisso [69].

2.9 Custos e Benefcios Relacionados Gerao Distribuda A avaliao dos custos e benefcios envolvidos com a conexo de unidades de gerao distribuda rede tem sido objeto de diversas discusses e estudos, concomitantes com sua crescente aplicao [23] [24] [25] [26]. A instalao de uma gerao distribuda em um determinado ponto do sistema eltrico envolve diversos setores tais como produtor, concessionria, consumidores adjacentes e a sociedade. Porm, importante reconhecer dentre os agentes, quais so os beneficirios e os onerados, especialmente num cenrio onde a concessionria no detm o negcio de gerao, obtendo apenas a receita pelos servios de distribuio (fio), alm de ser regida por uma regulao pouco abrangente no que diz respeito GD. Poucos so os benefcios reconhecidos pela concessionria que, atualmente, enaltece os impactos negativos e os riscos para o sistema atuando de forma reativa. De modo geral, a iniciativa da instalao de uma GD do produtor, que a v sob a ptica de investidor realizando estudos de viabilidade tcnica-econmica e cenrios de risco que incluem, atualmente, a possibilidade de venda de excedentes, ao contrrio do que ocorria at a abertura de mercado do setor, quando visavam, sobretudo a auto-suficincia. A sociedade, cujos interesses so representados pelo rgo regulador, pode obter benefcios ambientais, de melhoria na qualidade e confiabilidade no fornecimento de energia eltrica pela descentralizao da gerao, entre outros.

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Para todos os agentes envolvidos os custos e benefcios podem ser tratados qualitativamente, como na maioria das referncias bibliogrficas [23] [24] [25] [26], apenas identificando as variveis envolvidas ou quantitativamente com modelos para avali-los, permitindo a decises sobre investimentos e outros subsdios para o setor. A seguir destacam-se os principais benefcios e beneficirios identificados entre parntesis: reduo na emisso de poluentes quando a tecnologia de GD utiliza fontes renovveis ou substitui gerao com maior impacto (sociedade e investidor, por meio de crditos de carbono); aumento da confiabilidade do sistema de distribuio (consumidores e concessionria); aumento da elasticidade entre preos e demanda da energia eltrica (consumidores); postergao de investimentos em transmisso e distribuio (concessionria e consumidores); possveis redues das perdas no sistema em funo de sua localizao na rede (concessionria e consumidores); melhoria na regulao de tenso (concessionria e consumidores); reduo dos terrenos necessrios para implementao de centrais de gerao e linhas de transmisso e distribuio (concessionria e sociedade); aumento da eficincia de plantas com gerao de calor ou frio, no caso de aplicao de cogerao (concessionria e consumidores); reduo da dependncia em relao concessionria (consumidores e produtor); proviso de servios ancilares tais como reserva girante, regulao, reativos, entre outros (produtor); ganhos com a comercializao de excedentes e reduo de custos, principalmente em cogerao (produtor). Em contrapartida, os principais nus associados so:

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reduo do faturamento da concessionria no caso de cogerao; incentivos ou descontos para tecnologias de fontes renovveis; custo de implementao (produtor); custos de combustvel (produtor); custos de manuteno peridica (produtor) seguro (produtor); custo de conexo (produtor); aumento do nvel de curto circuito e possveis efeitos associados (concessionria); manuteno da confiabilidade e controle do sistema para GD de grande porte (concessionria); aumento na emisso de rudos (sociedade). Estudos realizados em [81] e [82] apresentam uma metodologia de dimensionamento e localizao de unidades de gerao distribuda visando a otimizao das perdas no sistema, utilizando equaes de fluxo de carga distribudo, sem preocupao com os limites operacionais de tenso. Entretanto esta metodologia no aplicvel em cogerao, que a forma mais freqentes de GD, porque a localizao determinada por fatores independentes da rede eltrica, vinculados ao stio de produo e do processo que permite a cogerao. A potncia da instalao e a energia a ser gerada raramente aquela que apresenta maior vantagem concessionria estando limitada s caractersticas de processo industrial associado, no obstante vantagens de venda de excedentes possam ensejar instalaes de maior capacidade que sejam compatveis com a disponibilidade de insumos energticos primrios.

2.10 Planejamento da Distribuio de Energia Eltrica A abertura do mercado do setor de energia eltrica, sobretudo no segmento de distribuio de energia motivou evolues no planejamento de sua expanso, ensejando o desenvolvimento de modelos para atender as novas demandas. O

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avano da informtica possibilitou a considerao de cenrios no planejamento com grande nmero de variveis externas e tambm viabilizou o enfoque probabilstico, originalmente determinstico, oferecendo resultados sobre risco. O processo de planejamento de um sistema de distribuio consiste basicamente em propor e analisar quais alternativas de evoluo do sistema que atendam o mercado, bem como selecionar, a de menor custo, que respeite critrios tcnicos e regulatrios, os quais incluem a qualidade de fornecimento. O planejamento convencional apresenta, fundamentalmente, trs etapas principais: planejamento estratgico, de mdio prazo e operacional [70] [71]. O planejamento estratgico, ou de longo prazo, define as linhas estruturais do sistema, que devem persistir por um longo prazo e esto de acordo com o planejamento urbanstico regional. Assim, so estabelecidos os nveis de tenso, os terminais de suprimento, os principais troncos de distribuio, os padres bsicos de subestaes e de rede area e subterrneos, dentre outros. O planejamento de mdio prazo, usualmente de 3 a 5 anos, ou planejamento ttico, elabora o Plano de Obras para atendimento do mercado, o qual identifica e especifica as caractersticas tcnicas gerais das novas instalaes e ampliaes ou reforos das existentes, abrangendo as linhas de subtransmisso, as subestaes, a rede primria e a rede secundria. Por fim, o planejamento operacional ou de curto prazo, identifica e caracteriza obras que ajustam o rumo definido pelo plano de obras de mdio prazo e trata das outras emergenciais ou provisrias. A par dessas modalidades de planejamento, havia carncia no setor de uma ferramenta que pudesse planejar de forma expedita, os investimentos necessrios para se garantir um determinado nvel de qualidade e, com a recente regulao tarifria, tambm a necessidade de clculo de custos marginais de expanso de mdio e de longo prazo. O planejamento agregado de investimentos veio atender essas lacunas. Trata-se de um modelo de planejamento em que a rede representada de forma estatstica por meio de seus atributos, onde so aplicadas obras

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constantes de um portflio pr-estabelecido, gerando desta forma um conjunto de alternativas de expanso. A seleo da melhor alternativa realizada por clculos estatsticos que atribuem um grau de mrito correspondente ao custo/benefcio de cada alternativa, possibilitando identificar a melhor trajetria. Tambm so considerados cenrios que contemplam aspectos scio-econicos, tecnolgicos e financeiros. Do planejamento agregado de investimento resulta um plano de desembolsos correspondente s obras visando atingir determinado nvel de qualidade durante um determinado perodo identificando a natureza e a quantidade das instalaes, negligenciando, no entanto, a localizao geogrfica. A evoluo da presena de gerao distribuda ou dispersa no sistema de distribuio pode alterar significativamente os resultados previstos no planejamento convencional, no obstante, nota-se que a representao desses agentes nos atuais modelos de planejamento de expanso ainda no suficientemente satisfatria, recomendando o desenvolvimento de modelo adequado, o que motivou uma das vertentes da presente pesquisa.

2.11 Aspectos Legais e Regulatrios A legislao do setor eltrico brasileiro apresentou profunda alterao nos ltimos anos, visando criar um ambiente de concorrncia com modicidade tarifria e qualidade adequada, no obstante, a regulao que trata de gerao distribuda ainda no contempla todos os aspectos de sua problemtica, destacando-se a: Inexistncia de ampla diferenciao de valor de compra, por tecnologia nas chamadas pblicas; Impossibilidade de participao da concessionria de distribuio de energia eltrica como investidor em gerao distribuda e dispersa, incluindo manuteno e operao de cada unidade;

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Carncia de regras que a conexo de gerao distribuda rede de distribuio de baixa ou mdia tenso; Impossibilidade de conexo de unidades geradoras de pequeno porte (gerao dispersa) em paralelo com a rede de baixa tenso; Inexistncia de tarifas horo-sazonais para consumidores de baixa tenso, que poderiam representar benefcios para a gerao dispersa; Inexistncia de subsdios fiscais para tecnologias de fontes limpas e renovveis utilizadas em gerao dispersa. A seguir apresentada uma viso geral dos principais dispositivos legais que tratam do assunto com o objetivo de situar a gerao distribuda no contexto do arcabouo legal e regulatrio atual. 2.11.1 Outorga da Central Geradora Segundo o artigo 21 da Constituio Federal de 1988, de competncia da Unio, diretamente ou mediante autorizao, concesso ou permisso, a explorao dos servios e instalaes de energia eltrica e o aproveitamento energtico dos cursos de gua em articulao com os Estados onde se situam os potenciais hidroenergticos. Desta forma, cabe ao Estado, sempre que no tiver interesse ou recursos, terceirizar a explorao energtica, seja ela a gerao, transmisso ou distribuio de energia eltrica. A lei no 8.987/95 define as regras para a concesso ou permisso de qualquer servio pblico, onde a gerao de energia eltrica est inclusa. Em seu artigo 2, a referida lei define: II - concesso de servio pblico: a delegao de sua prestao, feita pelo poder concedente, mediante licitao, na modalidade de concorrncia, pessoa jurdica ou consrcio de empresas que demonstre capacidade para seu desempenho, por sua conta e risco e por prazo determinado;

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IV - permisso de servio pblico: a delegao, a ttulo precrio, mediante licitao, da prestao de servios pblicos, feita pelo poder concedente pessoa fsica ou jurdica que demonstre capacidade para seu desempenho, por sua conta e risco. Na lei no 9.074 de 7 de julho de 1995 so estabelecidas as normas para outorga e prorrogaes das concesses e permisses de servios pblicos. O Captulo II desta lei refere-se apenas aos servios de energia eltrica, onde se destacam os seguintes tpicos: Art. 5 So objeto de concesso, mediante licitao: I - o aproveitamento de potenciais hidrulicos de potncia superior a 1.000 kW e a implantao de usinas termeltricas de potncia superior a 5.000 kW, destinados a execuo de servio pblico; II - o aproveitamento de potenciais hidrulicos de potncia superior a 1.000 kW, destinados produo independente de energia eltrica; III - de uso de bem pblico, o aproveitamento de potenciais hidrulicos de potncia superior a 10.000 kW, destinados ao uso exclusivo de autoprodutor, resguardado direito adquirido relativo s concesses existentes. Art. 6 As usinas termeltricas destinadas produo independente podero ser objeto de concesso mediante licitao ou autorizao. Art. 7o So objeto de autorizao: I - a implantao de usinas termeltricas, de potncia superior a 5.000 kW, destinada a uso exclusivo do autoprodutor; II - o aproveitamento de potenciais hidrulicos, de potncia superior a 1.000 kW e igual ou inferior a 10.000 kW, destinados a uso exclusivo do autoprodutor. Pargrafo nico. As usinas termeltricas referidas neste e nos arts. 5 e 6 no compreendem aquelas cuja fonte primria de energia a nuclear.

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Art. 8o O aproveitamento de potenciais hidrulicos, iguais ou inferiores a 1.000 kW, e a implantao de usinas termeltricas de potncia igual ou inferior a 5.000 kW, esto dispensadas de concesso, permisso ou autorizao, devendo apenas ser comunicados ao poder concedente. A lei 10.848, atravs do artigo 8, pargrafo 5 determina que empresas de distribuio de energia eltrica no podem desenvolver atividades de gerao, com exceo para o atendimento de sistemas isolados ou mercado prprio, quando o mesmo for menor que 500 GWh/ano. 2.11.2 Conexo Rede A conexo de uma unidade de gerao distribuda ao sistema eltrico poder ocorrer no sistema de transmisso ou ao sistema de distribuio, dependendo do ponto de conexo e tamanho da unidade. Conforme estabelecido na lei 9.047, art. 15, 6 assegurado aos fornecedores e respectivos consumidores livre acesso ao sistema de distribuio e transmisso de concessionrio e permissionrio de servio pblico, mediante ressarcimento do custo de transporte envolvido, calculado com base em critrios fixados pelo poder concedente. Os custos de transporte referenciados nesta lei so representados pela TUST na transmisso e TUSD na distribuio. Ambas possuem estrutura e regramento definido pela ANEEL. O clculo da tarifa leva em conta a localizao do barramento de conexo do acessante, bem como o carregamento da rede at o ponto de conexo. Desta forma, a localizao da gerao distribuda pode influenciar no clculo da tarifa-fio na medida em que altera o carregamento da rede. O PRODIST [4] prev que a TUSD deve ser arrecadada pela concessionria mensalmente, com base de clculo na demanda ou potncia instalada, cabendo 50 % do nus ao gerador e 50 % aos consumidores. A resoluo ANEEL n 166 de 10 de outubro de 2005 complementa que a TUSDg (paga pelas unidades geradoras), dever ser a menor TUSD da concessionria, enquanto que a resoluo ANEEL n 77 de 18 de agosto de 2004

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estabelece um desconto de 50 % na TUSD para gerao hdrica, solar, elica e biomassa conectada rede de distribuio. Em muitos casos, a contratao da energia gerada pela unidade de GD feita por terceiros, sendo que a contratante repassa concessionria o valor referente TUSD ou TUST. Cabe ao ONS, pela Lei n 9648/98, Decreto 2655/98 e res. ANEEL no 281/99, a definio das condies de acesso Rede Bsica e a contratao do seu uso. O acesso deve ser solicitado ao ONS ou concessionria de transmisso fisicamente acessada, caso a conexo pretendida seja Rede Bsica ou distribuidora para conexo rede de distribuio ou nas DITs Demais Instalaes de Transmisso. A resoluo n 067 de 8 de junho de 2004, em seu artigo 4 define DITs como instalaes de transmisso que no constituem a rede bsica e que atendam aos seguintes critrios: I linhas de transmisso, barramentos, transformadores de potncia e equipamentos de subestao, em qualquer tenso, quando de uso de centrais geradoras, em carter exclusivo ou compartilhado, ou de consumidores livres, em carter exclusivo; II interligaes internacionais e equipamentos associados, em qualquer tenso, quando de uso exclusivo para importao e/ou exportao de energia eltrica; e, III linhas de transmisso, barramentos, transformadores de potncia e equipamentos de subestao, em tenso inferior a 230 kV, localizados ou no em subestaes integrantes da Rede Bsica. J a resoluo ANEEL 281 de 1 de outubro de 1999 diz respeito a condies gerais de contratao do acesso, compreendendo o uso e a conexo aos sistemas de transmisso e distribuio, incluindo: 2. Artigo 10 Para acesso aos sistemas de distribuio, os usurios devero firmar os contratos de uso dos sistemas de distribuio e conexo com a concessionria ou permissionria local.

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1. Artigo 18 Os encargos de conexo sero objeto de negociao entre as partes e devero cobrir os custos incorridos com o projeto, a construo, os equipamentos, a medio, a operao e a manuteno do ponto de conexo. O mdulo 3, seo 3.2, item 5 do PRODIST [4] determina os critrios tcnicos para a Conexo de Unidades da Categoria de Produo aos Sistemas de Distribuio. Nesta seo so determinadas as caractersticas tcnicas a serem seguidas, bem como os estudos que a acessante dever apresentar. Uma vez definidos os aspectos tcnicos da conexo, a concessionria ou o ONS, dependendo do caso, emite o Parecer de Acesso, que a base para a elaborao do contrato de uso e conexo do sistema eltrico. O contrato ser diferente para acesso ao sistema de distribuio e transmisso, bem como para centrais que se qualifiquem para o despacho centralizado do ONS. O contrato de uso deve especificar a potncia mxima a ser exportada ou importada no ponto de conexo, estabelecendo penalidades para a ultrapassagem deste valor. A tarifa de uso aplicada a essa potencia especificada. 2.11.3 Gerao Distribuda Desde 2003 tramita no congresso nacional o projeto de lei n 630/2003 [107] que visa, fundamentalmente, incentivar a produo de energia eltrica a partir de fontes renovveis, criando um fundo nacional para este fim. Esta lei alterar as leis n 9.427, de 26/12/1996, n 9.478, de 06/08/1997, n 9.249 e n 9.250, de 26/12/1995 e n 10.848, de 15/03/2004. A sua aprovao representar um dos maiores avanos a fim de facilitar o crescimento de unidades de gerao distribuda uma vez que facilita sua viabilidade e comercializao da energia excedente. Neste proposto que as distribuidoras cujos mercados so atendidos pelo Sistema Interligado Nacional contratem anualmente, a partir de 2011, atravs de leiles e por um perodo de 10 anos, 200 MW mdios de energia eltrica provenientes de fontes elicas, de biomassa e de pequenas centrais hidreltricas, individualmente, desde que o empreendimento tenha capacidade

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instalada superior a 1.000 kW. Da mesma forma, prope que ocorram chamadas pblicas, pelas mesmas distribuidoras, para a aquisio de energia eltrica produzida a partir de fontes alternativas renovveis de plantas com capacidade de gerao superior a 50 kW e igual ou inferior a 1.000 kW (gerao distribuda) por um perodo de 20 anos, de modo que atendam, no mnimo, a 5% do incremento anual da energia eltrica a ser fornecida ao respectivo mercado consumidor; adicionalmente, prope que tais chamadas pblicas priorizem empreendimentos de pequenos produtores, que tero iseno do pagamento de tarifas de uso dos sistemas de transmisso e de distribuio por um perodo de 10 anos, devendo ser conectados aos sistemas eltricos em um prazo de at 18 meses com base no critrio de conexo rasa, no qual o acessante responsvel pela implantao das instalaes de conexo e a acessada pelos reforos e ampliaes necessrios em seu sistema. Adicionalmente, prope que as distribuidoras adquiram, a partir de 2011, toda a energia eltrica produzida por centrais de microgerao distribuda (at 50 kW de capacidade instalada, a partir de fontes alternativas renovveis), que estaro isentas do pagamento das tarifas de uso da distribuio e devero ser conectadas em at 90 dias, utilizando-se o mesmo ponto de entrega de energia ao consumidor, sendo que a acessada dever assumir os reforos e ampliaes em seu sistema eltrico, bem como o custo da medio; prope, tambm, que a partir de 2011, anualmente (na base de 100 MW mdios) e durante o perodo de dez anos, devero ser celebrados contratos de fornecimento de energia eltrica proveniente de fontes alternativas renovveis entre as empresas de gerao controladas direta ou indiretamente pela Unio e as distribuidoras. Tambm proposta a instituio de Certificados Comercializveis de Energia Alternativa Renovvel, a ser registrado junto Cmara de Comercializao de Energia eltrica CCEE e o incentivo ao aproveitamento da energia solar para o aquecimento de gua em residncias e comrcio, com uma reduo de, pelo menos, 20% em suas tarifas de energia eltrica.

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2.11.4 Gerao Dispersa No Brasil no existe uma legislao especfica para a gerao dispersa conectada em paralelo rede. A resoluo normativa n 83 da ANEEL, de 20 de setembro de 2004, estabelece os procedimentos e as condies de fornecimento por intermdio de Sistemas Individuais de Gerao de Energia Eltrica com Fontes Intermitentes (SIGFI). Entretanto no prevista a conexo de tais fontes alternativas em paralelo com a rede. Nesse contexto, as concessionrias de distribuio de energia eltrica publicaram normas prprias que impedem a conexo de geradores operando em paralelismo permanente com a rede de baixa tenso. Entretanto atravs da portaria n 36, de 28 de novembro de 2008, foi criado o Grupo de Trabalho de Gerao Distribuda com Sistemas Fotovolticos (GTGDSF) com finalidade de elaborar estudos, propor condies e sugerir critrios destinados contribuir na proposio de uma poltica de utilizao de gerao fotovoltaica conectada rede. A ANEEL, por meio da nota tcnica n 043, de 8 de setembro de 2010, instalou uma Consulta Pblica para o recebimento de contribuies visando reduzir as barreiras para a instalao de gerao distribuda de pequeno porte (GDd), a partir de fontes renovveis, conectada em tenso de distribuio. 2.11.5 Licenciamento Ambiental Todos os empreendimentos de gerao de energia eltrica necessitam de licenciamento ambiental. Os empreendimentos de cogerao em particular so considerados potencialmente poluidores, pois na maioria dos casos, esto associados queima de um combustvel primrio. Tambm levado em considerao o consumo de gua para resfriamento e gerao de vapor j que h desvio de curso natural de gua que poder ser poludo se no houver utilizao e tratamento adequados.

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De uma forma geral, os empreendimentos de gerao de energia eltrica devero seguir resoluo CONAMA no 006 de 1987 [30], que exige trs fases de licenciamento (licena prvia, licena de instalao e licena de operao). Entretanto, empreendimentos com pequeno potencial de impacto ambiental podero seguir o que ficou estabelecido como licenciamento ambiental simplificado, estabelecido pela resoluo CONAMA no 279 de 2001 [31]. As centrais termeltricas e suas respectivas linhas de transmisso ou distribuio esto enquadradas nesta legislao simplificada desde a crise energtica de 2001, que motivou a elaborao desta resoluo. As unidades de gerao distribuda do Brasil podem, desde 2007, participar de leiles de crdito de carbono, conforme estabelecido pelo protocolo de Kyoto. O Brasil no um dos pases desenvolvidos do Anexo I deste Protocolo, que so obrigados reduzir a emisso de gases de efeito estufa, podendo oferecer crditos de carbono aos pases includos nesse anexo. 2.11.6 Comercializao de Excedentes A comercializao da energia produzida por uma gerao distribuda poder se realizar de cinco formas: atravs de chamada pblica da concessionria de distribuio, venda no Ambiente de Contratao Regulado (ACR), contratos bilaterais no Ambiente de Contratao Livre (ACL), chamada pblica do PROINFA e GD existente no contrato de concesso. A legislao para tal comercializao fundamenta-se, principalmente, na lei 10.848/04, no decreto 5.163/04 e resoluo normativa ANEEL 167/05. O processo de chamada pblica possibilita concessionria comprar at 10% de seu mercado consumidor em energia proveniente de gerao distribuda, sem necessidade de recorrer aos leiles do ACR. Entretanto, conforme apresentado em [103], entre jan/06 e jul/10 apenas 8 concessionrias realizaram tais chamadas pblicas, com um total de 95,9 MW mdios. Tais valores esto aqum do que poderia ser considerado como ideal para incentivar a gerao distribuda, indicando que esse modelo precisa ser aperfeioado, j que no tem sido suficientemente atraente para os pequenos geradores e para as distribuidoras.

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O maior obstculo para a realizao de chamadas pblicas de GD o valor de referncia praticado [102], valor considerado baixo para a contrao de GD (145,41 R$/MWh em 2010). O valor de referncia obtido pela mdia ponderada dos valores obtidos nos leiles A-5 e A-3 (leiles realizados 5 e 3 anos antes do incio de suprimento de energia eltrica, respectivamente) e representa o limite de repasse tarifa da energia adquirida por GD e leiles de ajuste. A comercializao de GD existente no contrato de concesso da distribuidora somente possvel para empreendimentos existentes at 2004, ficando vetado para novos empreendimentos. As trs formas mais viveis de comercializao de energia proveniente de empreendimentos de gerao distribuda so a venda no ACR, PROINFA e ACL. No caso de venda no ACR, o produtor estar sujeito s regras dos leiles de energia elaborados pela CCEE. A grande vantagem est no prazo dos contratos (30 anos) que garantem baixo risco de variaes de mercado. Podero participar do ACR unidades cogeradora qualificadas conforme requisitos estabelecidos na resoluo normativa n 228/06. No caso de chamada pblica do PROINFA, alm da vantagem de contratos de longo prazo (20 anos), a compra da energia assegurada pela Eletrobrs, a preos vantajosos. Entretanto, as chamadas pblicas no ocorrem com regularidade, o que introduz incertezas no planejamento do empreendimento. Para comercializao por meio do PROINFA, o produtor dever estar classificado como produtor independente autnomo (PIA). Por fim, a comercializao de energia proveniente de gerao distribuda por livre negociao (ACL) possvel para fontes incentivadas, definidas como PCH (potncia entre 1 a 30 MW), energia elica, solar ou biomassa com potncia instalada inferior a 30 MW. Tais produtores podero comercializar diretamente com consumidores que possuam carga igual ou superior a 500 kW. Neste caso, o valor da tarifa e perodo de durao do contrato so negociados entre ambas as partes, sem limites regulatrios, devendo apenas registrar o contrato na CCEE. A figura abaixo, desenvolvida por Polizel [92], ilustra as alternativas de comercializao de energia eltrica proveniente de gerao distribuda.

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Figura 2.3 - Sntese de opes de comercializao de energia proveniente de GD

2.11.7 Legislao em Outros Pases Tambm no mbito internacional a regulao referente GD

freqentemente apontada como insuficiente ou em fase de elaborao, sendo uma das principais barreiras para o seu desenvolvimento. Na Itlia [19], citam-se aspectos como a proibio do ilhamento no intencional, por questo de segurana, alm da falta de definio precisa de GD. No Reino Unido [21] h a preocupao de facilitar as conexes de GD rede. Atualmente, os microgeradores (gerao dispersa) no precisam de uma autorizao para conectar-se rede de distribuio, podendo simplesmente ser ligados e informar o operador da rede (Distribution Network Operator, DNO). Esta abordagem aplicvel at uma capacidade de gerao de 4 kW. A estrutura das tarifas aplicadas por todos os DNO para geradores distribudos tem agora dois elementos. O primeiro a ligao inicial, encargos

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relacionados com novos ativos necessrios para fazer a conexo. O segundo elemento a cobrana pelo uso contnuo do sistema. A metodologia utilizada pelo DNO para definir estes encargos tem de ser aprovada pela OFGEM (agente regulador). Esta tarifao foi introduzida pela primeira vez em abril de 2005. Ainda no Reino Unido, existem alguns questionamentos sobre a prtica de net metering. Esta defendida em alguns estados norte-americanos, tratando-se de um medidor de energia que desconta o valor exportado para a rede do comprado. Em ltima instncia tal prtica implica em considerar o preo de venda igual ao de compra, sem considerar os custos de cada caso. Quanto conexo, vrios pases europeus apresentam restries bem claras, como na Blgica, onde o ponto de conexo da GD dever ser determinado pela dimenso do gerador que deve ser menor que a potncia nominal do transformador MT/BT ou AT/MT da concessionria. Na Itlia a potncia da GD limitada 65% da potncia do transformador. J no caso da Espanha a GD dever ter potncia de at 50% da capacidade da subestao de baixa ou mdia tenso ou de 50% da linha de alta tenso.

2.12 Cogerao Dentre as opes de gerao distribuda, aquelas provenientes de cogerao apresentam maior viabilidade econmica, alm das vantagens tcnicas. A definio usual de cogerao a produo combinada de energia eltrica (ou mecnica) e calor a partir da mesma fonte de energia primria [6]. A qualificao de centrais cogeradoras de energia definida atravs da resoluo n 235 da ANEEL, de 14 de novembro de 2006. A energia mecnica gerada pode ser utilizada para acionar bombas ou compressores, apesar de normalmente, ser inteiramente aplicada no acionamento de um gerador eltrico. A energia trmica produzida pode ser utilizada para gerar calor, frio ou ambos, no que conhecido como trigerao (gerao de energia eltrica, calor e frio).

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Conforme [7], em um processo convencional, onde a energia eltrica inteiramente adquirida da concessionria e o calor obtido a partir de uma caldeira, a eficincia global no superior a 60%. No caso do uso de cogerao esta eficincia torna-se superior a 80%, com possibilidade de reduo de mais de 15% no consumo de combustvel. Uma cogerao economicamente vivel promove substancial reduo nos custos operacionais da empresa que a implementa, no obstante se torne parte de seu processo produtivo, causando conseqncias negativas em caso de indisponibilidade de energia eltrica, dado que na maioria das vezes, h formas alternativas de gerao de vapor ou de calor, mas no h outras formas de produzir energia eltrica. Essas conseqncias so agravadas pelo fato do custo da energia eltrica fornecida pela concessionria ser maior do que o obtido de cogerao, havendo portanto, um incremento nos custos operacionais durante o perodo de indisponibilidade da cogerao. Para que os custos decorrentes da indisponibilidade da GD viabilizem o empreendimento, esta deve operar durante o maior tempo possvel, usualmente de 6.000 a 8.000 horas por ano [14]. A figura abaixo ilustra o rendimento da uma unidade com cogerao com produo separada de calor e eletricidade [8]. Tal como possvel verificar, no caso de produo separada dos dois insumos as perdas podem alcanar 63% do poder energtico do combustvel primrio. Esse valor pode ser reduzido 15% com o uso de cogerao.n term . = 50% n el. = 35%15% Perdas 35%

Com bustvel 100%

E

n term . = 50% n el. = 35%63% Perdas

35%

Q

Com bustvel 100%

Figura 2.4 Rendimento na gerao de eletricidade e calor A eficincia energtica obtida pela cogerao verificada pela tabela 2.2 abaixo [8]:

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Tabela 2.2 Eficincia na gerao termeltrica e cogeraoCicloTermeltrico Cogerao

Otto Rankine ou diesel40 a 46% 62% 30 a 45% 50%

Brayton35 a 45% 70 a 75%

Combinado57% 70 a 75%

Conforme [7] o rendimento de uma central de cogerao dado por:

Sendo: We: energia eltrica disponibilizada para a rede; Q: potncia trmica til gerada; Hf: poder calorfero do combustvel; e: rendimento eltrico; t: rendimento trmico.

2.12.1 Formas de Cogerao A cogerao pode ocorrer, basicamente, de duas formas: gerao de energia eltrica antes (topping) ou depois (bottoming) da energia trmica. A figura 2.5 ilustra estas duas tecnologias [3], onde:

Figura 2.5 Faixa tpica de temperatura para cogerao tipo topping e bottoming.

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a) Topping: a partir da energia disponibilizada pelo combustvel, extrai-se primeiramente a energia eltrica (altas temperaturas) para posteriormente obter-se a energia mecnica atravs de calor e; b) Bottoming: a partir da energia disponibilizada pelo combustvel, extrai-se primeiramente a energia mecnica (calor) para posteriormente obter-se a energia eltrica. Na maioria dos processos industriais, a utilizao do calor para processo acontece entre 120 e 200oC, tal como em processos de secagem, cozimento, evaporao, entre outros. Por outro lado, a gerao de energia eltrica necessita de nveis mais elevados de temperatura (400 a 950oC). Desta forma, torna-se mais vivel a utilizao de cogerao por sistema topping. Em contrapartida, sistemas bottoming so menos frequentes, uma vez que necessita que o calor derivado do processo industrial apresente temperatura mais elevada que a necessria para gerar energia eltrica. Tal caracterstica encontrada em alguns processos industriais de alta temperatura tal como siderrgicas, fornos cermicos, cimenteiras e refinarias de petrleo, onde a temperatura de sada do vapor oscila entre 1.000 e 1.200oC. Segundo o COGEN Europe [6], a demanda por calor pode ser classificada em quatro grupos, conforme critrio abaixo: Processos de baixa temperatura (abaixo de 100 oC) exemplo: uso domstico e secagem agrcola; Processos de mdia temperatura (100 a 300 oC) exemplo: indstrias sucro-alcooleiras, de papel e celulose, txtil e qumica, onde calor fornecido na forma de vapor; Processos de alta temperatura (300 700 oC) exemplo: alguns tipos de indstrias qumicas; Processos de altssima temperatura (acima de 700 oC) exemplo: indstrias siderrgicas, cermicas, vidro e cimento. Dentre as configuraes de cogerao, a produo de energia trmica de baixa temperatura, simplesmente denominada de frio, por mquinas de

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refrigerao por absoro de calor, merecem destaque como integrantes da planta de cogerao pela importncia do papel que usualmente tem em alavancar a viabilidade da cogerao de pequeno porte. Sob esse ponto de vista, h duas formas de se enxergar a participao da produo de frio numa central de cogerao. A primeira enfoca o fato de que o sistema de refrigerao um processo apenas consumidor do calor gerado na cogerao, no fazendo parte deste. A segunda forma considera a produo de frio como uma das utilidades da central de cogerao, ou seja, o sistema de refrigerao por absoro fazendo parte da central de cogerao. Esta viso poder ser alterada medida que o proprietrio da central cogeradora seja o prprio consumidor do frio ou o fornea a terceiros, ou se o frio produzido por um usurio externo consumidor de vapor. Tomando a segunda viso como referncia, observa-se na figura 2.6 a seguir [3] o suprimento de trs utilidades a um consumidor comercial (shopping center, por exemplo): eletricidade, frio (gua gelada) e calor (gua quente). Neste caso h dois cenrios distintos: o primeiro antes da cogerao e o segundo pscogerao.

Figura 2.6 Utilidades da cogerao

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2.12.2 Estimativa do Potencial de Cogerao por rea de Processo O dimensionamento de uma central de cogerao envolve o conhecimento detalhado das demandas trmicas e eltricas da unidade onde a cogerao ser implantada, alm do conhecimento dos principais equipamentos disponveis para o ciclo trmico selecionado. Na ausncia de tais informaes possvel identificar o potencial aproximado de gerao a partir de poucos dados, conforme ser apresentado a seguir [12]. Inicialmente sero definidos os fatores adimensionais e conforme abaixo:

O valor de depende exclusivamente das caractersticas do processo do consumidor, seja industrial ou do setor tercirio. Quanto maior for o valor de maior ser a dependncia do consumidor pela energia eltrica. O valor de est associado ao calor recupervel para utilizao, no representando, necessariamente, o total de calor rejeitado por um ciclo trmico de potncia. As faixas de valores tpicos de por setor so apresentadas nas tabelas 2.3 e 2.4 [12] [10] [74].

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Tabela 2.3 Valores tpicos de no setor industrialSetorAcar e lcool Papel e celulose Txtil Petroqumica Alimentos e bebidas Cimento Ferro gusa Ferro liga Outros metais Minerao Cermica Qumica

0,09 0,11 0,18 0,23 0,40 0,44 0,21 0,25 0,05 0,10 0,08 0,14 0,05 0,10 0,65 1,63 2,75 5,00 0,17 0,82 0,05 0,27 0,23 0,50

Tabela 2.4 Valores mdios tpicos de no setor tercirioSetorHospitais Hotis Restaurantes Universidades Lojas de varejo

0,50 0,60 0,60 0,60 4,30

possvel obter-se o valor de a partir de curvas encontradas em referncias bibliogrficas [12] ou por equaes [73], funo da tecnologia utilizada e condies de operao. A seguir so apresentadas tais equaes, sendo t a temperatura do vapor ou dos gases de escape em oC: Rankine 105 bar tlim =287 oC:

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Rankine 82 bar tlim =271 oC:

Rankine 60 bar tlim =287 oC:

Rankine 42 bar tlim =287 oC:

Turbina a gs:

Temperatura limite de escape: 500 oC. Motor Alternativo a Gs:

Temperatura limite de escape: 450 oC. Conforme apresentado em [73], para utilizar o valor de diretamente no clculo do potencial de gerao em turbinas ou motores alternativos a gs, sem considerar a queima suplementar deve ser aplicada uma correo, onde o processo dividido em duas etapas: Aquecimento do fluido trmico da temperatura ambiente (tamb) at a temperatura de escape limite (tlim); Aquecimento a partir da temperatura de escape limite (tlim) at a temperatura de uso no processo (tproc). A correo dever ser feita seguindo a formulao abaixo:

As faixas de valores tpicos de por tecnologia so apresentadas na tabela 2.5 [12] sendo TP a temperatura de processo.

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Tabela 2.5 Valores tpicos de por tecnologia de cogeraoTecnologiaTurbina a vapor em contrapresso Turbina a gs Motor alternativo (ciclo diesel), Tp = 540 C Motor alternativo (ciclo diesel), Tp = 285 oC Ciclo combinadoo

0,10 0,45 0,25 0,80 0,50 1,60 2,20 4,50 0,75 2,00

O clculo da energia excedente anual realizado a partir da demanda anual de calor Q em [kW], conforme abaixo. [kWh] Sendo a potncia em [kW] calculada conforme abaixo, considerando operao por 8.760 horas por ano:

Onde:

Conhecendo a curva da demanda eltrica possvel determinar o valor exato do fator de capacidade (FC). Valores de Eexc negativos ( > ) indicaro que no existe possibilidade de auto-suficincia em energia eltrica por meio da cogerao. A tabela 2.6 foi desenvolvida em [73] e possibilita o clculo da energia excedente a partir de dados tpicos de cada setor. Essa metodologia no aplicvel nos setores sucroalcooleiro e de celulose devido ao uso de biomassa para a produo de energia eltrica.

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Tabela 2.6 Caractersticas da cogerao por setorSetorCermica Vidro Bebidas Calados Cimento Fumo Madeira Papel Alimentos Farmacutica Vesturios Editorial Metalrgica Qumica Txtil Minerao Refino petrleo Siderurgia Supermercados Comrcio Servios sadeTG Turbina a gs; M. C. I. Motor de combusto interna (alternativo); T. V. (x) Turbina a vapor com presso x na entrada.

Temp. Proc. [oC]979 1022 148 140 674 100 100 235 148 350 100 100 1390 354 107 1390 350 800 140 100 140

FC0,40 0,55 0,45 0,55 0,55 0,45 0,55 0,56 0,45 0,40 0,40 0,40 0,55 0,38 0,55 0,45 0,45 0,52 0,45 0,40 0,45

Efic. Proc.0,77 0,95 0,99 0,60 0,81 0,60 0,50 0,74 0,99 0,75 0,50 0,60 0,60 0,76 0,65 0,61 0,75 0,99 0,60 0,60 0,60

TecnologiaT. G. T. G. M. C. I. T. V. (42) T. G. T. V. (82) T. V. (82) T. G. T. G. T. G. T. V. (42) M. C. I. T. G. T. G. M. C. I. M. C. I. T. G. T. G. T. G. M. C. I. M. C. I.

0,06 0,01 0,01 0,20 0,10 0,35 0,42 0,20 0,01 0,38 0,47 0,30 0,13 0,16 0,28 0,32 0,16 0,08 8,00 8,00 8,00

0,45 0,45 2,29 0,16 0,45 0,32 0,32 1,48 1,81 1,03 0,23 2,50 0,45 1,02 2,47 1,00 1,03 0,45 1,85 2,50 2,33

0,22 0,21 2,29 0,16 0,33 0,32 0,32 1,48 1,81 1,03 0,23 2,50 0,16 1,02 2,47 0,31 1,03 0,28 1,85 2,50 2,33

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2.13 Custo da Energia Gerada O custo de gerao de energia eltrica, imprescindvel para o clculo de viabilidade de uma gerao distribuda, composto por trs parcelas: custo do capital, custo do combustvel e custo de operao e manuteno [83].

C e = C i + C comb + C O & MSendo: Ce Custo da energia eltrica gerada [R$/MWh]; Ci Custo do investimento [R$/MWh]; Ccomb Custo do combustvel [R$/MWh]; CO&M Custo de operao e manuteno [R$/MWh]. A seguir so apresentadas as equaes para clculo de cada parcela, considerando operao da GD por 8.760 h por ano:Ci = I FRC PN 8760 FC

CCOMB =

PEC PCI 835

CO&M =

f I PN 8760 FC

Onde: I investimento para o sistema de gerao de energia eltrica [R$]; PN potncia nominal da GD [kW]; FRC fator de recuperao do capital; FC fator de carga (tipicamente 80%); PEC preo especfico do combustvel [R$/kg]; (*) PCI poder calorfico inferior do combustvel [kcal/kg]; (*) 835 converso de kcal para kWh; rendimento global ( = caldeira x turbina x gerador); f porcentagem do investimento (tipicamente 1%). (*) cada tipo de combustvel apresenta, usualmente, unidades de medida especficas como R$/kg, R$/l ou R$/m3.

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O valor do FRC deve ser calculado conforme abaixo:FRC = 1 (1 + i ) in

Onde i a taxa de atualizao anual do capital, em geral considerada como sendo a taxa mnima de atratividade (TMA) estabelecida pelo investidor, e n o tempo (em anos) da vida til do equipamento. Em sistemas de cogerao o custo do sistema de recuperao de calor deve ser descontado do investimento total, sendo que este inclui os custos de equipamentos, seguro, projeto, gerenciamento, construo e montagem. Quando indisponvel, o custo de equipamento pode ser calculado, aproximadamente, a partir de outro similar de capacidade nominal diferente, utilizando a expresso [12]:

Sendo: P custo do equipamento a ser instalado na cogerao; P0 custo FOB do equipamento de referncia, sem impostos e frete; C - capacidade do equipamento a ser instalado na cogerao; C0 capacidade do equipamento de referncia; a fator de converso. A tabela 2.7 [12] apresenta valores tpicos de referncia que permitem determinar o custo dos equipamentos, excludos impostos, frete e montagem.

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Tabela 2.7 Custo dos equipamentos de cogeraoEquipamentoT. V. T. G. c/ gerador Flamotubular Caldeiras Aquotubular 32 82 de recuperao resfr. a gua condensadores resfr. a ar Superaq. Desaeradores Desmineraliz. Compressor de G.N. Torre de Resfriamento Geradores Eltricos 2 250 18 MW 1.253 0,95 60 700 0,1 2 100 1,6 0 70 bar 5 10 20 140 5 2.000 0,02 8 2 2.000 4 60 10 110 100 0,1 1000 10 MW Mcal/h ton/h m3/s kW m3/min m3/min MW 2.000 120 67 2.200 450 70 560 340 0,80 0,75 0,78 1,00 0,90 1,00 0,64 0,66 1,5 2,0 0,5 100 60 3 10 ton/h ton/h MW 1.600 160 2.000 0,59 0,75 0,55 10 40 0,2 10 14 32 39 1 20 MW ton/h ton/h 58.000 20 470 1,00 0,64 0,57

Caracterstica-

Faixa de validade0,1 - 2 2 60 0,5 1

Ref. C01,6 1,8 1,1

Un.MW MW MW

P0 (103 US$)567 2.650 910

Fator a0,50 0,68 0,54

2.13.1 Gerao Distribuda A tabela 2.8 [12] apresenta o investimento e custo de O&M total necessrio para uma unidade de gerao distribuda por tecnologia empregada. O custo indicado considera um empre