RTC PIRnaUSP 111

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RTC PIRnaUSP 111

Projeto de Pesquisa
Dentro do Programa de Pesquisa em Políticas Públicas da FAPESP
“NOVOS INSTRUMENTOS DE PLANEJAMENTO ENERGÉTICO REGIONAL VISANDO O
DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL” Processo 03/06441-7
RTC/PIRnaUSP- Nº111
Relatório Técnico Científico
Relatório de Caracterização e Levantamento dos Potenciais
Energéticos de Oferta da Região
Coordenação Geral: Prof.Dr. Miguel Edgar Morales Udaeta
São Paulo, setembro de 2006
Equipe:
Alexandre Ruiz Picchi
Bernardette Mendonça
Bruno Keiti Kuada Shimanoe
Bruno Madeira Cruz
Bruno Pirilo Conicelli
Daniel Nunes
Danielly Ordanini Marcelino de Melo
Décio Cicone Junior
Eduardo dos Santos Fiedler
Fatuma Catherine Atieno Odongo
Geraldo Francisco Burani
Giselle Teles
João Paulo de Campos Maia Thomé
João Victor
Jonathas Luiz de Oliveira Bernal
José Aquiles Baesso Grimoni
Júlia Marques Bellacosa
Luiz Cláudio Ribeiro Galvão
Mário Fernandes Biague
Maurício Guimarães Sabbag
Paulo Hélio Kanayama
Ricardo Junqueira Fujii
Ricardo Lacerda Baitelo
Thiago Hiroshi de Oliveira
Vanessa Meloni Massara
3
Índice de Tabelas
Tabela 1: Resumo dos Resultados do Cálculo do Potencial solar ................................. 36
Tabela 2: Tecnologias Solares ....................................................................................... 37
Tabela 3: Classificação das PCH´s quanto a potência e quanto à queda de Projeto...... 45
Tabela 4: Sub-bacias do Baixo Tietê ............................................................................. 53
Tabela 5: Parâmetros Fisiográficos e Hidrológicos do Baixo Tiete .............................. 57
Tabela 6: Vazões Médias de longo Período e Q7,10 ....................................................... 58
Tabela 7: Vazões Médias e Mínimas no curso principal ............................................... 59
Tabela 8: Síntese das Características Hidrogeológicas dos Aqüíferos .......................... 60
Tabela 9: Resumo do Balanço Hídrico da Bacia do Baixo Tietê .................................. 61
Tabela 10: Disponibilidade das Águas Subterrâneas na Bacia do Baixo Tietê ............. 61
Tabela 11: Índices de Comprometimento da Disponibilidade das Águas Subterrâneas na Bacia do
Baixo Tietê.............................................................................................................. 62
Tabela 12: Tabela resumo dos recursos hídricos ........................................................... 63
Tabela 13: Para auxiliar na escolha do equipamento hidráulico.................................... 64
Tabela 14: Pico-geradores hidráulicos........................................................................... 64
Tabela 15: Alguns Preços dos Óleos Vegetais .............................................................. 80
Tabela 16: Culturas Perenes na Região Administrativa de Araçatuba .......................... 83
Tabela 17: Culturas Semiperenes................................................................................... 83
Tabela 18: Culturas Anuais e Olerícolas ....................................................................... 84
Tabela 19: Pastagens...................................................................................................... 84
Tabela 20: Capineiras/Silagens...................................................................................... 85
Tabela 21: Ocupação do Solo ........................................................................................ 85
Tabela 22: Atividades Agropecuárias da Região Administrativa de Araçatuba............ 86
Tabela 23: Resumo do potencial teórico agrícola.......................................................... 87
Tabela 24: Resumo do potencial teórico de resíduos animais ....................................... 89
Tabela 25: Custos das Atividades Florestais ................................................................. 92
Tabela 26: Preços de gaseificadores com as potências indicadas.................................. 95
Tabela 27: Sistemas de gaseificação com 20 kW de potência ....................................... 97
Tabela 28: Especificações e custos dos geradores Diesel/Biodiesel.............................. 97
Tabela 29: Dados das células combustíveis................................................................. 114
Tabela 30: Turbinas eólicas ......................................................................................... 132
Tabela 31: Preços de pequenos grupos de geradores a gás.......................................... 138
Tabela 32: Comparação das Usinas Térmicas e Geotérmicas na Geração de Empregos150
4
Tabela 33: Resultados da Estimativa de Potenciais Teóricos dos Recursos Energéticos da Região
de Araçatuba ......................................................................................................... 152
5
Índice de Figuras
Figura 1: Região Administrativa de Araçatuba, Oeste Paulista. ................................... 15
Figura 2: Fluxograma do Resumo dos Procedimentos do Levantamento das Tecnologias Existentes
e Novas na Região Administrativa de Araçatuba. .................................................. 18
Figura 3: Fluxograma para Caracterização dos Recursos de Oferta, [Elaboração: Fujii, R.J.]
19
Figura 4: Coletor Solar .................................................................................................. 22
Figura 5: Esquema de aquecimento de água utilizando coletores solares. .................... 23
Figura 6: Exemplo comercial de aproveitamento térmico da energia solar na cidade de Belo
Horizonte – MG. O sistema possui área total de 804 m2 de coletores solares e capacidade de
armazenamento de água de 60.000 litros. ............................................................... 24
Figura 7: Princípio de Funcionamento do Concentrador Solar. .................................... 25
Figura 8: Foto do sistema concentrador solar localizado na Califórnia – EEUU.......... 25
Figura 9: Esquema do sistema fotovoltaico................................................................... 26
Figura 10: Sistema de bombeamento fotovoltaico - Santa Cruz I (Mirante do Paranapanema - SP).
................................................................................................................................. 26
Figura 11: Sistema fotovoltaico de bombeamento de água para irrigação (Capim Grosso - BA). 27
Figura 12: Sistema de eletrificação fotovoltaica do Núcleo Perequê (Vale do Ribeira - SP)
27
Figura 13: Sistema fotovoltaico para atendimento domiciliar - Projeto Ribeirinhas .... 28
Figura 14: Consumo energético residencial brasileiro discretizado. ............................. 29
Figura 15: Relação entre a Latitude terrestre e a Energia efetivamente aproveitada pela localidade.
................................................................................................................................. 31
Figura 16: O efeito da inclinação terrestre na duração do dia e suas conseqüências nas estações do
ano e na radiação solar incidente numa região. ...................................................... 32
Figura 17: Média anual de insolação diária no Brasil (horas). ...................................... 33
Figura 18: Radiação solar global diária - média anual típica (MJ/m2.dia) ................... 34
Figura 19: Radiação solar global diária - média anual típica (Wh/m2.dia)................... 35
Figura 20: Mapa Hidrológico da Região Administrativa de Araçatuba ........................ 42
Figura 21: Esquema de Aproveitamento do Potencial Hidráulico. ............................... 44
Figura 22: Turbina Kaplan de simples (à direita) e dupla regulagem (à esquerda)....... 46
Figura 23: Turbina Francis ............................................................................................ 47
Figura 24: Rotores da Turbina Francis lento, normal e rápido (de esquerda à direita). 47
Figura 25: Esquema de Turbina do Tipo Bulbo. ........................................................... 48
Figura 26: Representação de Turbina Straflo de pás fixas. ........................................... 49
Figura 27: Turbina Tubular tipo “S” ............................................................................. 50
Figura 28: Turbina Pelton.............................................................................................. 51
Figura 29: Conjunto Turbina-Bomba para Coogeração. ............................................... 52
Figura 30: Precipitação média mensal histórica folha 01/05......................................... 54
6
Figura 35: Descargas médias, mínimas e máximas mensais do Rio Baguaçu em Araçatuba
58
Figura 36: Vazões ao longo do Rio Tiete- UGRHI-19.................................................. 60
Figura 37: Esquema do aproveitamento da biomassa.................................................... 71
Figura 38: Representação Esquemática do Ciclo Rankine ............................................ 73
Figura 39: Esquema de uma Usina a Ciclo Combinado ................................................ 74
Figura 40: Configuração Típica de um Gaseificador .................................................... 75
Figura 41: Esquema simplificado de instalação IGCC.................................................. 75
Figura 42: Dendê ........................................................................................................... 77
Figura 43: Palmeira........................................................................................................ 78
Figura 44: Representação Esquemática do Processo Anaeróbico ................................. 81
Figura 45: Ilustração do esquema de um biodigestor .................................................... 82
Figura 46: Amostra da madeira Cortada em pequenos pedaços.................................... 96
Figura 47: Esquema de Produção de Energia Elétrica na Célula a Combustível ........ 102
Figura 48: Esquema do Sistema HEXIS da Empresa Sulzer....................................... 104
Figura 49: Representação Esquemática da Célula do Tipo PEMFC ........................... 105
Figura 50: Representação Esquemática da Célula do Tipo AFC ................................ 106
Figura 51: Representação da Célula Tipo PAFC......................................................... 107
Figura 52: Representação Esquemática da Célula Tipo MCFC .................................. 108
Figura 53: Representação Esquemática da Célula Tipo SOFC ................................... 110
Figura 54: Comparação dos Energéticos Convencionais com Urânio ........................ 118
Figura 55: Varetas de Combustível ............................................................................. 119
Figura 56: Varetas de Controle dentro do Vaso de Pressão ........................................ 119
Figura 57: A Contenção da Angra I e Angra II ........................................................... 120
Figura 58: Esquema de Usina Térmica Nuclear .......................................................... 121
Figura 59: Estrutura do Núcleo.................................................................................... 122
Figura 60: Impacto do nêutron no núcleo “pesado” .................................................... 122
Figura 61: Reação em Cadeia ...................................................................................... 123
Figura 62: Turbina eixo vertical .................................................................................. 128
Figura 63: Turbina eixo horizontal .............................................................................. 129
Figura 64: Potencial Eólico do Sudeste (CRESESB) .................................................. 130
Figura 65: Mapa de ventos do Brasil - CBEE ............................................................. 132
Figura 66: Ilustração Esquemática de uma Usina Geotérmica .................................... 142
7
Figura 67: Permutador de Calor nas Usinas Geotérmicas ........................................... 142
Figura 68: Produção de Rosas com a Utilização de Energia Geotérmica ................... 149
Figura 69: Criação dos crocodilos usando a água das fontes geotérmicas .................. 149
Figura 70: Coletor de calor numa escola primária....................................................... 150
Figura 71: Armazenamento do calor e Refrigeração ................................................... 150
8
Índice
1
Introdução __________________________________________________________ 10
2
Justificativa _________________________________________________________ 11
3
Objetivos Principais __________________________________________________ 12
4
Metodologia _________________________________________________________ 12
5
Caracterização das Tecnologias de Oferta_________________________________ 15
5.1
Tecnologias Solares ____________________________________________________ 20
5.2
Introdução____________________________________________________________ 20
5.3
Principais Características Construtivas das Tecnologias de Aproveitamento Solar 21
5.3.1
5.3.2
5.4
5.4.1
5.4.2
5.4.3
5.4.4
5.5
5.5.1
5.5.2
5.5.3
5.6
5.6.1
5.6.2
5.6.3
5.6.4
6
Aproveitamentos térmicos ____________________________________________________ 22
Escolha do Tipo de Tecnologia a ser Analisado Neste Trabalho _______________________ 28
Caracterização dos Recursos Solares na Região Administrativa de Araçatuba ___ 31
Radiação Solar _____________________________________________________________
O Efeito da Latitude _________________________________________________________
O Efeito da Inclinação do Eixo Terrestre _________________________________________
O efeito das condições atmosféricas locais________________________________________
31
31
32
32
Estimativa do Potencial Teórico __________________________________________ 36
Fototérmico________________________________________________________________ 36
Fotovoltáico _______________________________________________________________ 36
Tabela Resumo do Potencial Solar ______________________________________________ 36
Caracterização das Dimensões e Atributos das Tecnologias Solares ____________ 36
Aspectos Técnico-Econômicos das Tecnologias Solares _____________________________
Aspectos Sociais das Tecnologias Solares ________________________________________
Aspectos Ambientais das Tecnologias Solares_____________________________________
Aspectos Políticos das Tecnologias solares _______________________________________
37
39
40
41
Tecnologias Hidráulicas _______________________________________________ 41
6.1
Introdução____________________________________________________________ 42
6.2
Principais Características Construtivas das Tecnologias Hidráulicas ___________ 43
6.2.1
6.2.2
6.3
6.3.1
6.3.2
6.3.3
Classificação das centrais _____________________________________________________ 44
Turbinas Hidráulicas_________________________________________________________ 45
Caracterização dos Recursos Hidricos da Região Administrativa de Araçatuba __ 52
Disponibilidade Hídrica da Região______________________________________________ 52
Dados Pluviométricos da região ________________________________________________ 53
Dados Fluviométricos________________________________________________________ 56
6.4
Araçatuba
Estimativa do Potencial Teórico dos Recursos Hídricos da Região Administrativa de
62
1.1.
Tabela resumo dos cálculos ______________________________________________ 63
6.5
Caracterização das Dimensões das Tecnologias Hidráulicas___________________ 63
6.5.1
6.5.2
6.5.3
6.5.4
7
Aspectos Técnico-Econômicos das Tecnologias Hidráulicas__________________________
Aspectos Sociais das Tecnologias Hidráulicas _____________________________________
Aspectos Ambientais das Tecnologias Hidráulicas _________________________________
Aspectos Políticos das Tecnologias Hidráulicas e Recursos Hídricos ___________________
63
65
66
67
Tecnologias à Biomassa _______________________________________________ 70
7.1
Introdução____________________________________________________________ 71
7.2
Principais Características Construtivas____________________________________ 72
7.2.1
7.2.2
Queima Direta _____________________________________________________________ 72
Gaseificação _______________________________________________________________ 74
9
7.2.3
7.2.4
7.3
7.4
Araçatuba
Transesterificação ___________________________________________________________ 76
Digestão Anaeróbia _________________________________________________________ 80
Caracterização dos Recursos de Bimassa na Região Administrativa de Araçatuba. 82
Estimativa do Potencial Teórico da Biomassa da Região Administrativa de
87
7.4.1
7.4.2
7.5
Cálculo do Potencial Teórico dos Resíduos Agrícolas. ______________________________ 87
Cálculo do Potencial dos Resíduos Animais. ______________________________________ 89
Caracterização das Dimensões das Tecnologias e dos Recursos da Biomassa _____ 91
7.5.1
7.5.2
7.5.3
7.5.4
8
Aspectos Técnico-Econômicos das Tecnologias e dos Recursos de Biomassa ____________ 91
Aspectos Sociais das Tecnologias e Recursos de Biomassa___________________________ 98
Aspectos Ambientais das Tecnologias e Recursos da Biomassa _______________________ 99
Aspectos Políticos das Tecnologias e Recursos de Biomassa ________________________ 100
Tecnologias Células-Combustíveis______________________________________ 101
8.1
Introdução___________________________________________________________ 102
8.2
Principais Características Construtivas___________________________________ 102
8.2.1
8.2.2
8.2.3
8.2.4
8.2.5
8.3
Célula Combustível com Membrana Polimérica (PEMFC) __________________________
Célula Combustível Alcalina (AFC)____________________________________________
Célula Combustível de Acido Fosfórico (PAFC) __________________________________
Célula Combustível de Carbonato Fundido (MCFC) _______________________________
Célula Combustível de Óxido Sódio (SOFC)_____________________________________
104
105
106
107
108
Caracterização dos Recursos Utilizados pelas Tecnologias de Células Combustíveis
110
8.4
Estimativa do Potencial Teórico dos Recursos Utilizados pelas Tecnologias das
Células Combustíveis _______________________________________________________________ 111
8.5
Caracterização das Dimensões das Tecnologias e dos Recursos de Células
Combustíveis 114
8.5.1
8.5.2
8.5.3
8.5.4
9
Aspectos Técnico-Econômicos das Células Combustíveis. __________________________
Aspectos Sociais das Tecnologias e dos Recursos de Células Combustíveis _____________
Aspectos Ambientais das Tecnologias e dos Recursos das Células Combustíveis_________
Aspectos Políticos das Tecnologias e dos Recursos das Células Combustíveis ___________
Tecnologias Nucleares _______________________________________________ 116
9.1
Introdução___________________________________________________________ 117
9.2
9.3
Caracterização dos Recursos de Energia Nuclear __________________________ 122
9.3.1
9.3.2
9.3.3
9.3.4
9.3.5
9.3.6
10
114
115
115
115
Estimava do Potencial dos Recursos Nucleares ___________________________________
Caracterização das Dimensões das Tecnologias e Recursos Nucleares._________________
Aspectos Técnico-Econômicos das Tecnologias e Recursos Nucleares_________________
Aspectos Sociais das Tecnologias e Recursos Nucleares ____________________________
Aspectos Ambientais das Tecnologias e Recursos Nucleares ________________________
Aspectos Políticos das Tecnologias e Recursos Nucleares___________________________
124
125
125
125
125
126
Tecnologias e Recursos Eólicos ________________________________________ 127
10.1
Introdução___________________________________________________________ 127
10.2
10.3
Caracterização dos Recursos Eólicos da Região Administrativa de Araçatuba __ 129
10.4
Araçatuba
10.5
Estimativa do Potencial Teórico dos Recursos Eólicos da Região Administrativa de
130
Caracterização das Dimensões dos Recursos Eólicos ________________________ 131
10.5.1
10.5.2
Caracterização da Dimensão Técnico-Econômica _________________________________ 131
Aspectos Políticos das Tecnologias Eólicas ______________________________________ 134
10
11
Tecnologias de Gás Natural ___________________________________________ 135
11.1
Introdução___________________________________________________________ 135
11.2
11.3
Caracterização do Gás Natural para Região Administrativa de Araçatuba _____ 137
11.4
Araçatuba
11.5
Estimativa do Potencial Teórico do Gás Natural para Região Administrativa de
137
Caracterização das Dimensões do Gás Natural_____________________________ 138
11.5.1
11.5.2
11.5.3
11.5.4
12
Aspectos Técnico-Econômicos do Gás Natural ___________________________________
Aspectos Sociais do Gás Natural ______________________________________________
Aspectos Ambientais do Gás Natural ___________________________________________
Aspectos Políticos do Gás Natural _____________________________________________
138
139
139
140
Tecnologias de Energia Geotérmica ____________________________________ 140
12.1
Introdução___________________________________________________________ 140
12.2
Principais Características Construtivas das Tecnologias Geotérmicas _________ 141
12.2.1
12.2.2
12.3
Estrutura dos Sistemas Geotérmicos ___________________________________________ 142
Tipos de Sistemas Geotérmicos _______________________________________________ 143
Caracterização dos Recursos Geotérmicos na Região Administrativa de Araçatuba
144
12.4
Estimativa do Potencial Teórico dos Recursos Geotérmicos na Região
Administrativa de Araçatuba ________________________________________________________ 145
12.5
Caracterização das Dimensões dos Recursos e Tecnologias Geotérmicas _______ 145
12.5.1
12.5.2
12.5.3
12.5.4
Aspectos Técnico-Econômicos dos Recursos e das Tecnologias Geotérmicas ___________
Aspectos Ambientais dos Recursos e das Tecnologias Geotérmicas ___________________
Aspectos Sociais dos Recursos e Tecnologias Geotérmicas__________________________
Aspectos Políticos dos Recursos e das Tecnologias Geotérmicas _____________________
145
146
148
151
13
Análise dos Resultados _______________________________________________ 151
14
Conclusões_________________________________________________________ 153
15
Referências Bibliográficas ____________________________________________ 156
11
PARTE I – LEVANTAMENTO DAS TECNOLOGIAS E RECURSOS DE OFERTA
12
Resumo
No âmbito do Projeto “Novos Instrumentos de Planejamento Energético Regional Visando o
Desenvolvimento Sustentável” das políticas públicas da FAPESP, neste relatório serão relatados os
aspectos relacionados à caracterização dos recursos energéticos de oferta e levantados aspectos
tecnológicos para a sua utilização na produção de energia elétrica na Região Administrativa de
Araçatuba. A demanda crescente por novas formas de geração elétrica para atender as necessidades
especificas de um maior número de consumidores tem acarretado grandes mudanças no mercado de
equipamentos de geração. O grande desenvolvimento tecnológico que vem apresentando este setor
tem resultado no aparecimento de diversos tipos de soluções, principalmente no que se refere à
geração em média e pequena escala, que neste projeto não podem ser ignoradas. Para isso, fez-se
um levantamento detalhado das características técnicas, ambientais, sociais e políticas das
tecnologias de possível utilização na Região Administrativa de Araçatuba. Por outro lado, fez-se
caracterização dos recursos disponíveis na Região. Finalmente, foram feitas as estimativas dos
potenciais teóricos para cada recurso existente na Região, analisando os seus atributos sociais,
políticos, técnico-econômicos e ambientais, assim respeitando às exigências do PIR (Planejamento
Integrado dos Recursos Energéticos).
Posteriormente, serão avaliados os potenciais realizáveis e do mercado na base dos
potenciais teóricos estimados, associando-os aos atributos levantados na região em estudo.
1 Introdução
A energia elétrica tem importância fundamental para o desenvolvimento, inclusive o
sustentável, possibilitando a elaboração e acompanhamento de projetos biotecnológicos que
dependem de sua existência para a realização. O desenvolvimento econômico dos países está
estreitamente associado à satisfação da demanda energética, sendo que a transformação e
disponibilização de energia atende a uma necessidade crescente de consumo, alcançando números
cada vez maiores. Além disso, empreendimentos energéticos de qualquer natureza, em maior ou
menor grau, causam interferências ao meio ambiente.
Devemos considerar que as fontes tradicionais de energia (como petróleo e carvão), além de
potencialmente poluidoras, não são renováveis. Por isso, principalmente após a segunda guerra
mundial, onde houve um grande aumento na demanda, os países desenvolvidos têm procurado
diversificar suas fontes de energia de forma a minimizar alguns problemas potenciais ao seu
crescimento: a dependência de fornecedores de petróleo, o esgotamento destas fontes e sua
capacidade poluidora. Os estudos de outras fontes energéticas se voltaram para a hidroeletricidade,
13
os combustíveis biológicos (álcool, metano) e a energia nuclear. Em seguida, passaram a estudar
também fontes relativamente mais novas, como eólica, geotérmica, solar e a hidrogênio.
No Brasil, a regulamentação da exploração de madeira pelo extinto Instituto Brasileiro de
Desenvolvimento Florestal – IBDF (obrigando os grandes consumidores a executar programas de
reflorestamento), a implementação do Proálcool (programa de apoio ao desenvolvimento do álcool
combustível), o choque dos preços do petróleo, em 1979 (impactando o consumo deste produto), e o
pesado investimento em grandes usinas hidrelétricas, determinaram uma mudança estrutural na
matriz energética nacional no início da década de 80. O país passou então a não mais pensar
somente em importar recursos, mas também em produzir o seu próprio combustível, considerando
os impactos sociais e ambientais que estes trariam.
Estudar e levantar as tecnologias existentes atualmente é de extrema importância para
qualquer projeto, uma vez que sem elas fica impossível efetuar um planejamento de forma a se
obter as melhores opções de geração e investimento. Considerar as quatro dimensões de forma
equivalente é uma das características do PIR, e com um “leque” de informações em todas elas,
podemos analisar os impactos relacionados à implantação de determinada ferramenta, conseguindo
prever cenários futuros, e evitar falta de abastecimento, ou o desperdício por falta de consumidores.
Além disso, na medida em que a utilização da energia (lado da demanda) se dá de forma
racional e eficiente, diminuem-se as pressões sobre a necessidade de expansão da oferta de energia
(lado da oferta) e, portanto, são esperadas menores interferências sobre o meio ambiente oriundas
da construção das usinas, seja ela hidrelétrica térmica ou nuclear. Por outro lado, as prospecções dos
recursos para operação destas usinas são adiadas, que também causam danos ao meio ambiente.
Hoje é reconhecido que os custos incrementais da energia do lado da oferta são várias vezes
superiores aos mesmos custos em ações de eficiência energética do lado da demanda. Daí ser
válido todo esforço na identificação e na adoção de medidas que visem à eficiência. Vale lembrar,
no entanto, que medidas de eficiência só são estimuladas se precedidas de estudos adequados e se
justificadas do ponto de vista econômico.
Neste trabalho, será feito o levantamento do potencial de oferta de energia, para diversas
formas de produção. Serão analisados os aspectos econômicos, sociais, ambientais e políticos de
cada uma delas, descrevendo seu funcionamento e limitando suas aplicações para, posteriormente,
verificar qual se adequaria melhor às condições da Região Administrativa de Araçatuba localizada
no Oeste Paulista [Figura 1].
14
Figura 1: Região Administrativa de Araçatuba, Oeste Paulista.
Neste trabalho, não se pretende apenas caracterizar as tecnologias existentes no mercado
nacional, mas também todas as tecnologias produzidas mundialmente para geração de energia.
Portanto, o trabalho visa ainda analisar as tecnologias aplicadas de produção de energia utilizando
os recursos energéticos locais da Região Administrativa de Araçatuba, tais como: recursos hídricos,
solar, biomassa, eólicos, etc.
2 Justificativa
Assegurar acesso a fontes de energia amplas, acessíveis, limpas e sustentáveis é, sem
duvida, um dos grandes desafios enfrentados pelo mundo moderno. E a Região Administrativa de
Araçatuba não está fora do contexto desta problemática, a saber, é uma das regiões do estado de São
Paulo com uma grande contribuição em termo agropecuária, [1]. Portanto, a proposta deste projeto
é tentar identificar as lacunas deixadas ao longo deste caminho do seu desenvolvimento e propor
soluções mais eficientes a médio e longo prazo, com a implementação do PIR na Região, usando de
forma adequada os seus recursos naturais, principalmente energéticos, não esquecendo as questões
ambientais, sociais e políticas, que são primordiais hoje um dia para qualquer projeto de engenharia
ou para qualquer indústria.
Este relatório busca realçar os aspectos tecnológicos para indústria de energia que possam
apontar para o uso adequado destas, permitir a atingir as metas integradas da segurança energética e
ao mesmo possibilitar a criação das medidas de redução da poluição de forma geral e resolver o
15
problema da mudança climática. Por esta razão, inicialmente procurou-se fazer a caracterização
completa das tecnologias existentes na região, no mercado nacional e internacional, levantar as suas
características técnicas e com isso fazer uma avaliação sucinta das quatro dimensões contempladas
pelo PIR (técnico-econômica, social, ambiental e política). Estando os atributos relacionados a essas
dimensões bem definidos e avaliados, pode-se afirmar que os problemas ligados aos danos
ambientais, sociais e conflitos políticos entre os interessados e envolvidos durante a elaboração dos
projetos para o desenvolvimento da região serão minimizados. Essa visão de análise também pode
apoiar na seleção dos projetos mais eficazes na região. Essa é a motivação principal para o
desenvolvimento deste trabalho.
3 Objetivos Principais
O objetivo principal deste trabalho é apresentar todas as opções dos recursos de oferta da
energia existentes na região e não existentes, que no futuro podem vir compor a carteira dentro do
processo do PIR. Também apresentar as características das possíveis tecnologias para sua
exploração na Região Administrativa de Araçatuba, sem esquecer os aspectos técnicos, econômicos,
sociais, ambientais e políticos. Sendo definidos os recursos de oferta e selecionadas as tecnologias
para sua utilização, será feita a integração dos recursos e, finalmente, será definida a carteira dos
Recursos e Plano Preferencial para Região, seguindo a metodologia apresentada do PIR
(Planejamento Integrado dos Recursos), [2].
4 Metodologia
A metodologia aplicada para o trabalho foi dividida em duas partes:
A primeira parte mostra os passos seguidos para a caracterização e a escolha das
tecnologias, que serão utilizadas para exploração do potencial estimado. Para isso, foram levantadas
todas as tecnologias existentes na região, novas tecnologias no mercado nacional e no mercado
internacional, que possam vir ser aplicadas. Os procedimentos adotados para a realização destas
tarefas estão resumidos no fluxograma abaixo [Figura 2].
O diagrama mostra no primeiro bloco o local de estudo, que é a Região Administrativa de
Araçatuba. Para esta região, foram feitos os seguintes trabalhos, seguindo o diagrama:
•
Levantamento das tecnologias existentes ou já em operação, levantadas as novas
tecnologias com maior eficiência no aproveitamento dos recursos de oferta que possam ser
16
utilizadas para produção de energia elétrica e ou que possam servir como de substituição das
tecnologias existentes, mas menos eficientes;
•
O levantamento foi feito detalhadamente tanto no mercado nacional como no mercado
internacional, como mostra o terceiro nível dos blocos do fluxograma;
•
Para cada determinada tecnologia, foi feita análise sucinta das dimensões técnico-
econômico, ambiental, social e política, tanto para tecnologias levantadas no mercado nacional
como no mercado internacional;
•
Uma vez levantadas as tecnologias e analisadas as dimensões, fez-se uma avaliação
mais profunda dos atributos relacionados a cada dimensão em questão;
•
Só após esta avaliação que será proposta a seleção das tecnologias apropriadas para o
aproveitamento dos recursos caracterizados na Região Administrativa de Araçatuba, como mostra o
ultimo bloco do fluxograma.
Para que sejam cumpridos os passos apresentados no fluxograma apresentado na Figura 2,
foi necessário o deslocamento da equipe dos pesquisadores para o local do estudo, com objetivo de
levantar junto às empresas atuantes na região todas informações relacionadas as tecnologias
utilizadas para produção de energia elétrica, efetuando visitas às usinas hidrelétricas de Jupia,
Avanhandava, Promissão, Ilha Solteira e outras. Também foram feitas visitas às indústrias já com
equipamentos da cogeração. Além destas visitas, foram realizados encontros com as
concessionárias atuantes na Região Administrativa de Araçatuba, principalmente a CESP. Com o
apoio da Cooperhidro, foram realizados dois treinamentos, uma série de encontros de trabalhos e
palestras com objetivos de esclarecer as comunidades e os interessados sobre a importância do
Projeto para Região. Os resultados destes trabalhos estão nos relatórios específicos ao relatório
executivo.
A segunda parte desta metodologia se relacionada à caracterização dos recursos de oferta,
como mostra o fluxograma apresentado na Figura 3, [3].
No primeiro bloco do fluxograma, foi definido o universo do estudo, ou seja, o local de
interesse, que é a Região Administrativa de Araçatuba.
Em seguida, foi feita a seleção dos recursos: hídricos, eólicos, solares, biomassa,
geotérmicos, nucleares, energia de oceânica, etc.
Após a seleção dos recursos, foram avaliadas as dimensões técnico-econômica, social,
ambiental e política através dos atributos selecionados para cada dimensão do determinado recurso
em análise.
17
Em seguida, fez-se uma análise global dos recursos envolvidos no estudo na região. Uma
vez feita esta análise, efetuou-se os cálculos dos potenciais teóricos, cujos resultados serão
apresentados nos próximos itens do relatório.
Figura 2: Fluxograma do Resumo dos Procedimentos do Levantamento das Tecnologias Existentes e Novas na Região
Administrativa de Araçatuba.
18
Figura 3: Fluxograma para Caracterização dos Recursos de Oferta, [Elaboração: Fujii, R.J.]
19
5 Caracterização das Tecnologias de Oferta
A caracterização das tecnologias de oferta envolve todas as possíveis tecnologias para
produção de energia elétrica ou para o aproveitamento dos recursos existentes na região em estudo.
Tais tecnologias podem ser utilizadas para o aproveitamento dos recursos hídricos, solares, de
biomassa, nucleares, geotérmicos, de energia oceânica, etc. Portanto, serão analisadas todas as
opções das tecnologias existentes na região, no mercado nacional e internacional, as suas
características construtivas e os atributos relacionados (eficiência, custos por kW, custos de
manutenção, se são tecnologias limpas, visando os problemas ambientais, custos de importação se
não for nacional, os benefícios sociais no uso destas tecnologias, etc.). Portanto, o levantamento
envolve as tecnologias convencionais e alternativas.
5.1 Tecnologias Solares
A Região Administrativa de Araçatuba, pelas suas características geográficas, apresenta um
grande potencial solar. Por esta razão, além das exigências do PIR de que todas as opções da oferta
devem ser avaliadas, no estudo presente faz-se o levantamento detalhado das tecnologias para a
utilização deste recurso na Região como um dos componentes importante para ser inserido na
matriz energética regional.
Já nos tempos mais antigos, a energia solar veio tendo a sua aplicação, e com o recente
desenvolvimento tecnológico se tornou uma das formas de energia mais visadas, devido a sua
ausência de impactos no meio ambiente quando produzida. Portanto, será dada neste trabalho uma
merecida atenção, pelo fato de a Região em estudo apresentar condições climáticas favoráveis para
a utilização desta forma de energia.
5.2 Introdução
A energia proveniente do sol serve de base para muitas das outras formas aproveitadas pelo
homem atualmente. Ela sustenta o ciclo da água (hidráulica), possibilita a fotossíntese (biomassa),
aquece as massas de ar, ocasionando ventos (eólica), aquece parte do oceano, influenciando nas
marés (maremotriz), além de também ser aproveitada diretamente, aquecendo água ou sendo
transformada em energia elétrica.
Os geradores solares fotovoltaicos encontrados estão na faixa de 5 a 160 Watts (picogeradores), com preços variando de R$312,00 a R$2920,00, [4]. Geradores como esses não podem
20
ser utilizados para suprir a total necessidade de uma residência, ou edifícios residenciais/comerciais.
São úteis apenas para abastecer pequenas máquinas isoladas dos grandes fornecedores, que
necessitam de baixa tensão e corrente para bom funcionamento (como instrumentos de coleta de
dados, bombas d’água, etc), ou sistemas de iluminação rural, que é a característica predominante na
Região Administrativa de Araçatuba. Para este último, seria necessário um sistema de
armazenamento de energia, que já existe atualmente, mas ainda está sendo aprimorado.
Existe também o sistema fototérmico, muito utilizado em residências como forma
alternativa (e mais barata) de aquecer a água do chuveiro. É uma forma de reduzir os gastos de
energia, uma vez que a energia usada no aquecimento de água corresponde a aproximadamente 1820% da energia total gasta em uma residência, [5] e [6].
Na região de Araçatuba, existem muitas famílias que não tem acesso à energia elétrica, pois
não são abastecidas pelas grandes fornecedoras. A energia solar é uma solução que deve ser
considerada para resolver este problema, apesar do seu alto custo, mas vale a pena uma vez
comparada com a construção de uma linha de transmissão até estes consumidores e a melhoria nas
suas condições sociais devidas ao uso de energia. No item seguinte, faz-se um levantamento das
tecnologias para utilização deste recurso, sejam elas nacionais ou importadas.
5.3 Principais
Características
Construtivas
das
Tecnologias
de
Aproveitamento Solar
A Energia Solar Fotovoltaica é a energia obtida através da conversão direta da luz em
eletricidade (Efeito Fotovoltaico). O efeito fotovoltaico, relatado por Edmond Becquerel, em 1839,
é o aparecimento de uma diferença de potencial nos extremos de uma estrutura de material
semicondutor, produzida pela absorção da luz, [7]. A célula fotovoltaica é a unidade fundamental
do processo de conversão.
Para o sistema fototérmico, são utilizados os coletores solares. Estes são aquecedores de
fluidos (líquidos ou gasosos), e são classificados em coletores concentradores e coletores planos,
em função da existência ou não de dispositivos de concentração da radiação solar. O fluido
aquecido é mantido em reservatórios termicamente isolados até o seu uso final (água aquecida para
banho, ar quente para secagem de grãos, gases para acionamento de turbinas, etc.) [Figura 4], [8].
21
Figura 4: Coletor Solar
5.3.1 Aproveitamentos térmicos
5.3.1.1 Coletor solar
Esse sistema de aproveitamento, também denominado aquecimento solar ativo, envolve o
uso de um coletor solar discreto. A radiação é absorvida para aquecimento de água a temperaturas
inferiores a 100 °C. O coletor é instalado normalmente no teto das residências e edificações. Devido
à baixa densidade da energia solar que incide sobre a superfície terrestre, o atendimento de uma
única residência pode requerer a instalação de vários metros quadrados de coletores (para uma
residência típica de três ou quatro moradores, são necessários cerca de 4 m² de coletor).
Um sistema básico de aquecimento de água por energia solar é composto de coletores
solares (placas) e reservatório térmico (Boiler) [Figura 5], [8].
As placas coletoras são responsáveis pela absorção da radiação solar. O calor do sol, captado
pelas placas do aquecedor solar, é transferido para a água que circula no interior de suas tubulações
de cobre.
O reservatório térmico, também conhecido por Boiler, é um recipiente para armazenamento
da água aquecida com revestimento para conservar o calor para consumo posterior. A caixa de água
fria alimenta o reservatório térmico do aquecedor solar, mantendo-o sempre cheio.
Em sistemas convencionais, a água circula entre os coletores e o reservatório térmico através
de um sistema natural chamado termossifão. Nesse sistema, a água dos coletores fica mais quente e,
portanto, menos densa que a água no reservatório. Assim a água fria “empurra” a água quente
gerando a circulação. Esses sistemas são chamados da circulação natural, ou termossifão.
22
A circulação da água também pode ser feita através de motobombas em um processo
chamado de circulação forçada ou bombeado, e são normalmente utilizados em piscinas e sistemas
de grandes volumes (hotéis e hospitais, principalmente).
Para garantir que nunca haverá falta de água quente, todo aquecedor solar traz um sistema
auxiliar de aquecimento, para quando o tempo ficar muito nublado ou chuvoso por vários dias, ou
quando a casa recebe visitas e o número de banhos fica acima do dimensionamento inicial. O
sistema auxiliar pode ser elétrico ou a gás, ou mesmo um chuveiro elétrico normal. Mas a verdade é
que, no caso do Brasil, devido ao alto nível de insolação, o sistema auxiliar de aquecimento é
acionado apenas poucos dias por ano.
Figura 5: Esquema de aquecimento de água utilizando coletores solares.
Alguns fatores que têm contribuído para o crescimento do mercado são: a divulgação dos
benefícios do uso da energia solar; a isenção de impostos que o setor obteve; financiamentos, como
o da Caixa Econômica Federal, aos interessados em implantar o sistema; e a necessidade de reduzir
os gastos com energia elétrica durante o racionamento em 2001, [10]. Também são crescentes as
aplicações em conjuntos habitacionais e casas populares, como nos projetos Ilha do Mel, Projeto
Cingapura, Projeto Sapucaias em Contagem, Conjuntos Habitacionais SIR e Maria Eugênia
(COHAB) em Governador Valadares, [10]. Outro elemento propulsor dessa tecnologia é a Lei n°
10.295, de 17 de outubro de 2001, que dispõe sobre a Política Nacional de Conservação e Uso
Racional de Energia e a promoção da eficiência nas edificações construídas no País, [9].
23
Um dos principais entraves à difusão da tecnologia de aquecimento solar de água é o custo
de aquisição dos equipamentos, particularmente para residências de baixa renda. Mas a tendência ao
longo dos anos é a redução dos custos, em função da escala de produção, dos avanços tecnológicos,
do aumento da concorrência e dos incentivos governamentais.
Não se pode esquecer-se de citar também a concorrência com outros sistemas de
aquecimento de água mais difundidos, como o chuveiro elétrico e o aquecedor a gás natural. No
ítem 5.3.2, tem-se um comparativo entre os três métodos.
Figura 6: Exemplo comercial de aproveitamento térmico da energia solar na cidade de Belo Horizonte – MG. O
sistema possui área total de 804 m2 de coletores solares e capacidade de armazenamento de água de 60.000 litros, [10].
5.3.1.2 Concentrador solar
Utilizado em sistemas que necessitem temperaturas mais elevadas. O princípio de
funcionamento é similar ao de um espelho côncavo: capta-se a energia solar incidente numa área
relativamente grande de forma esférica ou parabólica e a direciona para um ponto determinado (o
ponto focal), de modo que a temperatura deste último aumente substancialmente.
Os sistemas parabólicos de alta concentração atingem temperaturas bastante elevadas
(chegando a 3800 °C no espelho parabólico de Odeillo, na França) e seus índices de eficiência
variam de 14 a 22 %. Toda essa energia pode ser utilizada para a geração de vapor e,
conseqüentemente, energia elétrica, [10].
Este sistema, todavia, deve operar em conjunto com outras possibilidades de geração de
energia (como o gás natural) de modo a atender a demanda em horários de baixa incidência solar.
24
Além disso, há a necessidade de um dispositivo de orientação dos painéis refletores, para maximizar
a eficiência da focalização dos raios solares.
Figura 7: Princípio de Funcionamento do Concentrador Solar.
Figura 8: Foto do sistema concentrador solar localizado na Califórnia – EEUU.
5.3.1.3 Sistemas fotovoltaicos
É um método de conversão direta da radiação solar em energia elétrica. Na presença da luz,
ocorre a excitação dos elétrons das placas fotovoltaicas semicondutoras, as quais são feitas de
silício. A eficiência de conversão das células solares é medida pela proporção da radiação solar
incidente sobre a superfície da célula que é convertida em energia elétrica. Atualmente, as melhores
células apresentam um índice de eficiência de 25 %, [11].
Na Figura 9, pode ser observado um esquema do sistema fotovoltaico.
25
Figura 9: Esquema do sistema fotovoltaico.
A energia coletada pelos painéis pode ser empregada de diversas formas, sendo as mais
usuais:
1- Bombeamento de água para o abastecimento doméstico, irrigação, e piscicultura;
Figura 10: Sistema de bombeamento fotovoltaico - Santa Cruz I (Mirante do Paranapanema - SP).
Fonte: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - USP. Instituto de Eletrotécnica e Energia - IEE. Formação técnica. São Paulo:
2000.
26
Figura 11: Sistema fotovoltaico de bombeamento de água para irrigação (Capim Grosso - BA).
Fonte: CENTRO DE REFERÊNCIA PARA A ENERGIA SOLAR E EÓLICA SÉRGIO DE SALVO BRITO - CRESESB.
2000. Disponível em: www.cresesb.cepel.br/cresesb.htm.
2- Iluminação pública;
3- Sistemas de uso coletivo (eletrificação de escolas, postos de saúde e centros
comunitários), e
Figura 12: Sistema de eletrificação fotovoltaica do Núcleo Perequê (Vale do Ribeira - SP)
Fonte: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO - USP. Instituto de Eletrotécnica e Energia - IEE. Formação técnica. São Paulo:
2000
4- Atendimento domiciliar.
27
Figura 13: Sistema fotovoltaico para atendimento domiciliar - Projeto Ribeirinhas, [12] e [13].
Fonte: CENTRO DE REFERÊNCIA PARA A ENERGIA SOLAR E EÓLICA SÉRGIO DE SALVO BRITO - CRESESB.
2000. Informe Técnico, Rio de Janeiro, v. 7, n. 7, maio 2002. Disponível em:
www.cresesb.cepel.br/Publicacoes/download/Info7_pag1-20.PDF.
O principal entrave ao aproveitamento desse recurso energético é o alto custo da tecnologia
utilizada. Porém, essa desvantagem será superada com o tempo, pois a indústria ainda precisa se
desenvolver. (Observação: a energia a carvão também era muito cara nos primeiros cinqüenta anos
de uso e depois de décadas se tornou barata). Com relação a evoluções recentes na indústria de
painéis fotovoltaicos, é interessante destacar o desenvolvimento de um processo mais barato de
geração de eletricidade: o material conhecido por filme fino, que se baseia no uso de películas
muito finas de materiais, como silício amorfo, cujos painéis são mais leves e ocupam menos espaço
que os painéis atuais. Além disso, seu processo fabril é infinitamente mais simples que os das
tradicionais tecnologias de silício cristalino (mono e policristalino).
O setor de energia solar tem conseguido reduções de custos anuais da ordem de 10%, mas há
escassez de silício. A energia solar é uma fonte confiável e está em expansão no mundo, graças às
demandas de países como Japão, Itália e Alemanha.
5.3.2 Escolha do Tipo de Tecnologia a ser Analisado Neste Trabalho
O concentrador solar é uma tecnologia ainda em pesquisa, portanto, sua viabilidade e seu
uso são muito restritos.
•
Painel fotovoltaico X coletor solar
28
Segundo os dados do setor elétrico nacional, o setor residencial é responsável por 25,2 % do
consumo total de energia do Brasil e, conforme dados da Agência de Aplicação de Energia (1996) e
do Procel, o consumo de energia residencial brasileiro se distribui da seguinte forma:
Figura 14: Consumo energético residencial brasileiro discretizado.
Fonte: Agencia de Aplicação de Energia – 1996.
Além do gráfico da Figura 14, é importante ressaltar como as três principais cargas são
distribuídas ao longo do dia:
A energia consumida com refrigeração apresenta um consumo constante, enquanto que a
iluminação e o aquecimento são cargas que agem apenas num breve intervalo de tempo (entre as 17
e 21 horas).
A questão do alto consumo da iluminação residencial pode ser encarada da seguinte forma:
devido ao risco de apagão em 2001, grande parte dos consumidores substituiu as lâmpadas
incandescentes por lâmpadas fluorescentes compactas (cerca de 4 vezes mais econômicas). No
horizonte de estudo de trinta anos, há grande possibilidade (devido à rapidez do avanço
tecnológico) de haver uma nova substituição de fontes luminosas residenciais nos próximos dez
anos (uso de leds em substituição às lâmpadas atuais, os quais são muito mais econômicos e menos
agressivos ao meio ambiente). Comparando-se o preço do sistema fotovoltaico, com todos os seus
componentes, com o preço da substituição do tipo de iluminação, conclui-se que este último será
muito mais viável.
Com relação ao aquecimento, entre as 17 e 21 horas, que é justamente o horário de ponta do
sistema, este representa metade do consumo residencial.
O sistema interligado nacional registrou em 7 de abril de 2005 um recorde de demanda
máxima instantânea de energia elétrica no valor de 60.918 MW, sendo o chuveiro elétrico
responsável por 10.382 MW (12 % do total), [14].
29
A instalação de sistemas de aquecimento solar permite a intensa redução da demanda
máxima instantânea de energia elétrica, reduzindo as pressões de investimentos do setor elétrico em
capacidade de geração adicional somente para o atendimento ao hábito de banho atrelado ao uso do
chuveiro elétrico.
É importante ressaltar que os aquecedores solares emitem menos de 60 % do CO2 e do CH4
emitidos pelos chuveiros, assim sendo, recursos adicionais obtidos por meio de pagamento de
serviços ambientais da tecnologia seriam uma importante ferramenta na promoção de aquecedores
solares no país e na Região.
Com relação à geração de empregos, a tecnologia termossolar segue a mesma lógica da
geração de empregos da indústria solar fotovoltaica, e segundo estudo realizado pela ABRAVA
(Associação Brasileira de Refrigeração, Ar Condicionado, Ventilação e Aquecimento), o setor gera
aproximadamente 55 empregos por MW térmico implantado. Na Região Administrativa de
Araçatuba encontram-se dois fabricantes de coletores solar: a Soletrol – Aquecedores Solares de
Água, e a Transen Indústria e Comércio Ltda., ou seja, com a aplicação em larga escala deste
recurso e o aumento registrado das exportações destes sistemas (com média de crescimento anual de
157%, entre os anos de 2001 e 2005), a região passa a ter uma maior oferta de emprego direto para
seus habitantes, [15].
Diante de tais fatos, o objeto de estudo mais viável é a tecnologia de coletores solares.
Nota importante:
A partir das características das tecnologias de aproveitamento da energia solar e do consumo
residencial da Região Administrativa de Araçatuba (extrapolado do consumo residencial nacional),
considerou-se o uso do coletor solar como o meio mais viável (econômica e tecnicamente) para a
população local. Todavia, é importante ressaltar que não estamos desprezando os outros meios
(fotovoltaico e concentrador solar), os quais possuem boas possibilidades de aproveitamento para
aquela localidade em médio prazo, visto a grande quantidade de insolação anual (em ambos os
casos) e a possibilidade de utilização em sistemas híbridos com o gás natural (no caso do
concentrador).
30
5.4 Caracterização dos Recursos Solares na Região Administrativa de
Araçatuba
A Região Administrativa de Araçatuba apresenta uma grande quantidade de horas de
insolação, portanto, isso faz com o interesse por este recurso seja iminente. Pois, neste estudo será
caracterizado e avaliado o seu potencial teórico.
5.4.1 Radiação Solar
Para o melhor aproveitamento da energia solar que incide numa região, é necessário numa
primeira análise, recordar algumas informações geográficas básicas: latitude, a inclinação do eixo
terrestre (estas duas informações estão diretamente relacionadas com as estações do ano) e o
número de horas de radiação solar. A seguir, as condições atmosféricas da área sob análise devem
ser avaliadas (nebulosidade, umidade relativa do ar, etc.), pois influem significativamente nos
valores sob estudo.
5.4.2 O Efeito da Latitude
Como se sabe, quanto maior a latitude, menor será a quantidade de radiação direta recebida
pela localidade, pois os raios solares atingem o solo de modo oblíquo (fazendo um ângulo com
relação a uma reta perpendicular ao chão). A Figura 15 ilustra tal fato: As setas negras indicam a
energia total proveniente do sol, enquanto que os riscos vermelhos, mais grossos, indicam qual a
parcela de energia pode ser aproveitada diretamente na região.
Figura 15: Relação entre a Latitude terrestre e a Energia efetivamente aproveitada pela localidade.
Numa aproximação matemática bem simples, podemos dizer que:
Energia Efetiva = Energia solar total ⋅ cos φ,
Onde φ, é o ângulo formado entre os raios solares (setas negras) e a reta perpendicular ao
solo terrestre na latitude da região sob estudo (retas que partem do centro da Terra).
31
5.4.3 O Efeito da Inclinação do Eixo Terrestre
A inclinação do eixo terrestre é a responsável pelas quatro estações do ano (primavera,
verão, outono e inverno) [Figura 16], e estas estão relacionadas com a variação do ângulo φ,
descrito anteriormente. Além da variação na incidência de radiação solar, há também a variação da
duração do dia: na região da Linha do Equador, um dia possui 12 horas (com variações mínimas).
Todavia, quanto mais nos afastamos em direção aos pólos, a variação da duração do dia tende a
aumentar: nas regiões polares, o ano é dividido em seis meses com iluminação solar e seis meses na
mais completa escuridão.
Figura 16: O efeito da inclinação terrestre na duração do dia e suas conseqüências nas estações do ano e na radiação solar
incidente numa região.
Fonte: MAGNOLI, D.; SCALZARETTO. R. – Geografia, espaço, cultura e cidadania. São Paulo: Moderna, 1998. v. 1.
(Adaptado)
Em Porto Alegre, capital brasileira mais ao sul, a duração do dia varia de 13 horas e 47
minutos no solstício de verão (dia 21 de dezembro) para 10 horas e 13 minutos, [16].
5.4.4 O efeito das condições atmosféricas locais
Não é só a localização da região do planeta com relação à Linha do Equador que influencia a
radiação solar que efetivamente atinge a superfície terrestre. Não se deve esquecer que antes de
chegar ao solo a energia proveniente do astro rei tem que atravessar a atmosfera. Dependendo das
características climáticas locais (muitos dias chuvosos ou com céu encoberto), o número de horas
de insolação diária chega a variar em até quatro horas para localidades posicionadas numa mesma
latitude [Figura 17]. Conseqüentemente, a energia que atinge a superfície terrestre nesses pontos
32
pode variar em até 1000 Wh/m² dia, o que pode ser determinante para a escolha do recurso
energético solar.
As Figura 17e Figura 18, que indicam essa variação da radiação solar global diária, são
estudos realizados por duas instituições distintas:
Figura 17 - Atlas Solarimétrico do Brasil, iniciativa da Universidade Federal de
Pernambuco - UFPE e da Companhia Hidroelétrica do São Francisco - CHESF, em parceria com o
Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito – CRESESB;
Figura 18 - Atlas de Irradiação Solar no Brasil, elaborado pelo Instituto Nacional de
Meteorologia - INMET e pelo Laboratório de Energia Solar - LABSOLAR, da Universidade
Federal de Santa Catarina - UFSC.
Figura 17: Média anual de insolação diária no Brasil (horas), [17].
Fonte: ATLAS Solarímétrico do Brasil. Recife: Editora Universitária da UFPE, 2000. (Adaptado)
Como lembrado por pesquisadores do Centro de Pesquisas de Eletricidade - CEPEL, ambos
os modelos apresentam falhas e limites e não devem ser vistos como concorrentes. Ao contrário,
33
devem ser complementares, na medida em que reúnem o máximo possível de dados e podem, dessa
forma, melhorar as estimativas e avaliações da disponibilidade de radiação solar no Brasil
(CRESESB, 1999).
Figura 18: Radiação solar global diária - média anual típica (MJ/m2.dia)
Fonte: ATLAS Solarímétrico do Brasil. Recife : Editora Universitária da UFPE, 2000. (Adaptado)
34
Figura 19: Radiação solar global diária - média anual típica (Wh/m2.dia), [18]
Fonte: ATLAS de Irradiação Solar no Brasil. 1998. (Adaptado)
Como o intuito deste trabalho é avaliar a Região Administrativa de Araçatuba, pelas figuras anteriores obtemos que:
Figura 17 – a insolação diária média da referida área é de 7 horas.
Figura 18 – a radiação solar diária é de 18 MJ/ m² dia.
Sabendo que: 1W = 1 J/s, e que 1 hora = 3.600 s, então a energia fornecida pela radiação solar será:(18.000.000 / 3600) =
5.000 Wh/m² dia
Figura 19 - a radiação solar diária está entre 5500 e 5700 Wh/m² dia.
Ao comparar os dois resultados de radiação solar, verificamos que para a referida localidade,
podemos considerar uma radiação média de 5300 Wh/m² dia, ou, ao fazer uma analogia com um
equipamento popular, podemos dizer que a radiação incidente em um metro quadrado por dia
naquela localidade é equivalente à energia necessária para alimentar um chuveiro elétrico de
5400 W por uma hora.
35
5.5 Estimativa do Potencial Teórico
A Região Administrativa de Araçatuba apresenta condições climáticas favoráveis para
exploração deste recurso. A insolação na região, na maioria dos municípios, é boa e tem duração de
quase 18 horas por dia.
5.5.1 Fototérmico
Com relação à energia solar, pudemos perceber a importância que tem a utilização dessa
tecnologia para o aquecimento de água. De acordo com informações fornecidas pela Transen,
fabricante de coletores solares na região, um sistema residencial, se bem dimensionado, pode suprir
cerca de 80% das necessidades da mesma para aquecimento de água. Sabendo-se que o consumo
elétrico residencial de Araçatuba é da ordem de 362 GWh (Seade, 2002), e estimando-se que 20%
dessa energia seja usada para aquecimento de água, teremos um potencial de 72 GWh/ano =
6.190,59 tEP/ano apenas em aquecimento de água residencial, [19].
5.5.2 Fotovoltáico
Existe também o potencial de geração fotovoltaica. Como este depende da área disponível
para implantação, o cálculo foi feito em função da disponibilidade de locais viáveis para sua
utilização. A radiação média incidente no oeste paulista é de aproximadamente 5,5kWh/m²dia =
2MWh/m2ano. Com base nos produtos levantados neste relatório, temos um aproveitamento de
12,3% dessa energia. Assim, teremos um equivalente de 246kWh/m2ano = 0,02 tEP/m2ano, [19].
5.5.3 Tabela Resumo do Potencial Solar
Tabela 1: Resumo dos Resultados do Cálculo do Potencial solar
Potencial
Potencial Solar
Insolação
(tEP/ano)
Fotovoltaico
5500Wh/m2dia
0,02/m2
Fototérmico
5500Wh/m2dia
6.190,59
5.6 Caracterização das Dimensões e Atributos das Tecnologias Solares
Dada caracterização das dimensões e seleção dos atributos relacionados a cada uma delas
permite uma visão mais clara na escolha da tecnologia a ser utilizada para o aproveitamento do
recurso em estudo.
36
5.6.1 Aspectos Técnico-Econômicos das Tecnologias Solares
Foram encontrados diversos painéis solares fotovoltaicos, de pico-geração. O custo desse
tipo de tecnologia ainda está relativamente alto, se comparado ao custo de formas mais
convencionais de geração elétrica. Sua eficiência é de aproximadamente 12,3%, sendo esta a razão
entre a energia absorvida pelos painéis e da energia produzida pelo mesmo, [20]. As células solares
continuam a operar com o mesmo rendimento sob céu nublado, como sob a luz direta do sol. Na
Tabela 2 são apresentados os seus atributos técnico-econômicos tais como:
Potência de Pico: Mostra a Potência máxima gerada pelo componente mostrado.
Custo por Watt: Dividindo-se o custo unitário pela potência nominal, temos o custo por
watt. Este é importante porque possibilita uma rápida comparação entre os custos de diferentes
formas de geração de energia. Vale lembrar que os custos de instalação e manutenção desta
tecnologia não estão inclusos no custo por Watt.
Vida Útil (anos): Indica o período médio em que o sistema funciona normalmente, em
condições nominais de uso.
5.6.1.1 Tabela Resumo Dos Atributos Técnico-Econômicos
Nesta tabela a seguir, são apresentadas algumas informações adicionais, tais como os dados
do fabricante e os modelos atualmente produzidos nos mercados nacionais e internacionais.
Tabela 2: Tecnologias Solares
Potência
de Pico (W)
5
10
Custo
Modelos
Fabricante
Preço (R$)
KS-5A
Kyocera
325
65,00
ST 5
Shell Solar
320
64,00
I-05
Isofoton
312
62,40
KS-10A
Kyocera
430
43,00
ST10
Shell Solar
458
45,80
S10
Shell Solar
443
44,30
SX 10U
BP Solar
476
47,60
I-10
Isofoton
480
48,00
S25
Shell Solar
625
31,25
por
Watt
37
20
30
40
50
60
70
80
ST20
Shell Solar
895
44,75
KS-20A
Kyocera
725
36,25
SX 20M
BP Solar
700
35,00
I-22
Isofoton
754
37,70
SX 30U
BP Solar
698
23,27
KC35
Kyocera
780
26,00
S36
Shell Solar
850
28,33
SM 46
Shell Solar
979
24,48
SX 40 U
BP Solar
930
23,25
KC 45
Kyocera
1060
26,50
I-47
Isofoton
1073
26,83
KC 50
Kyocera
1110
22,20
SM50H
Shell Solar
1011
20,22
SX 50U
BP Solar
1160
23,20
SX 55U
BP Solar
1278
25,56
I-50
Isofoton
1050
21,00
I-55
Isofoton
1359
27,18
SX 60U
BP Solar
1290
21,50
SP 65
Shell Solar
1349
22,48
SQ 70
Shell Solar
1416
20,23
SP70
Shell Solar
1100
15,71
SQ 75
Shell Solar
1484
21,20
SQ 80
Shell Solar
1550
19,38
KC 80
Kyocera
1580
19,75
PW750/80
Photowatt
1270
15,88
38
90
I-94
Isofoton
1963
21,81
100
SM 100
Shell Solar
2293
22,93
110
SM 110
Shell Solar
2293
20,85
120
SX 120U
BP Solar
2845
23,71
160
SQ
Shell Solar
2920
18,25
(24V)
160
Fonte: www.energia-alternativa.com.br
5.6.2 Aspectos Sociais das Tecnologias Solares
Os projetos modernos do setor energético passaram a exigir uma visão não só do
aproveitamento dos recursos energéticos, ou seja, uma visão puramente econômica, mas também
considerando os fatores sociais. Por esta razão, para cada recurso tornou-se indispensável uma
análise da dimensão social como um dos pilares do PIR (Planejamento Integrado dos Recursos).
Pode-se dizer que a utilização de geradores solares está relacionada ao desenvolvimento da
agricultura local, pois passa a abastecer regiões onde antes não havia energia elétrica. Também pode
reduzir gastos significativos com aquecimento de água em regiões rurais ou urbanas. Além disso, a
tecnologia termossolar apresenta aspectos positivos no âmbito social advindos da modularidade de
suas aplicações, da descentralização da sua produção, com a possibilidade de ser desenvolvida por
pequenas e médias empresas, e de geração de mais empregos por unidade de energia transformada.
Por outro lado, possibilita a criação de empregos no processo de fabricação de seus equipamentos,
bem como no de instalação e manutenção dos mesmos. Desta forma, a utilização de energia solar no
Brasil cria 29.580-107.000 empregos por Terawatt-hora, [5].
Um possível revés está relacionado ao fato da energia solar não ser economicamente
acessível à maior parte da população, pois possui um alto custo de instalação. Este fator também
afastaria boa parte da população rural sem acesso as grandes concessionárias, que são os que mais
se beneficiariam com sua utilização.
É interessante realçar algumas vantagens e benefícios das tecnologias para sociedade,
principalmente para aquelas comunidades com restritas possibilidades de acesso a energia e das
condições financeiras limitadas, que são:
•
Economia na conta de energia com a redução do consumo: cerca de 35% menos para
quem paga a conta de luz. É a certeza de redução do consumo de energia elétrica quando utilizadas
39
as tecnologias solares para suprir algumas necessidades em energia como aquecimento de água,
iluminação residencial, etc;
•
Energia limpa, gratuita e inesgotável: com uso das tecnologias solares para o
suprimento das necessidades energéticas, os imóveis ficam muito mais adequados ecologicamente e
contribuem para a preservação do meio ambiente;
•
A satisfação garantida: garantia do prazer de um banho sempre quente, por exemplo, e
muita economia de energia;
•
Retorno do investimento garantido;
•
A instalação destas tecnologias em residências prontas não depende de reformas e
outras.
5.6.3 Aspectos Ambientais das Tecnologias Solares
Atualmente, em todos os projetos energéticos é necessária análise dos impactos ambientais
como uma das condições do PIR. Por isso, neste trabalho estão sendo analisados todos os possíveis
impactos que uma determinada tecnologia pode causar durante a sua utilização na produção de
energia, usando um recurso especifico. Esses impactos são variáveis, dependendo do recurso e
tecnologia a ser escolhida para o seu aproveitamento.
Segundo Tolmasquim (2004), de uma forma geral o sistema fotovoltaico apresenta os
seguintes impactos ambientais negativos:
•
Emissões e outros impactos associados à produção de energia necessária para os
processos de fabricação, transporte, instalação, operação, manutenção e descomissionamento dos
sistemas;
•
Emissões de produtos tóxicos durante o processo da matéria-prima para a produção
dos módulos e componentes periféricos, tais como ácidos e produtos cancerígenos, além de CO2,
SO2, NOx, e particulados;
•
Ocupação de área para implementação do projeto e possível perda de habitat (crítico
apenas em áreas especiais) – no entanto, sistemas fotovoltaicos podem utilizar-se de áreas e
estruturas já existentes como telhados, fachadas, etc;
•
Impactos visuais, que podem ser minimizados em função da escolha de áreas não-
sensíveis;
•
Riscos associados aos materiais tóxicos utilizados nos módulos fotovoltaicos
(arsênico, gálio e cádmio) e outros componentes, ácido sulfúrico das baterias (incêndio,
derramamento de ácido, contato com partes sensíveis do corpo);
40
•
Necessidade de se dispor e reciclar corretamente as baterias (geralmente do tipo
chumbo ácido, e com vida media de quatro a cinco anos) e outros materiais tóxicos contidos nos
módulos fotovoltaicos e demais componentes elétricos e eletrônicos, sendo a vida útil média dos
componentes estimada entre 20 e 30 anos.
5.6.4 Aspectos Políticos das Tecnologias solares
A análise da dimensão política é importante no estudo do PIR por se relacionar com a
tomada de decisões e os possíveis meios de promoção de um determinado recurso e da penetração
das novas tecnologias.
Um objetivo fundamental da política energética de qualquer estado, região ou comunidade é
garantir que o suprimento de energia seja suficiente, confiável e a preços acessíveis, em termos e
condições que assegurem crescimento econômico e prosperidade deste ou de um determinado local.
Portanto, para região de Araçatuba, que apresenta uma abundância em energia solar, não é de
ignorar os aspectos políticos que podem propiciar a utilização destas tecnologias em maior escala, e
com isso proporcionar o desenvolvimento e melhoria da condição de vida das comunidades menos
beneficiados em energia da região. Para isso, é necessário que a política de penetração destas
tecnologias seja apoiada nos aspectos que permitam o uso mais amplo deste recurso, que são:
•
As políticas regionais ou municipais devem ser direcionadas de forma a eliminar as
barreiras tais como: barreira de investimento- buscar uma alternativa financeiramente mais viável
para aquisição e uso das tecnologias solares;
•
Criação de artifícios políticos que incentivem o uso das tecnologias solares;
•
Os órgãos municipais ou regionais deveriam criar parcerias com os fabricantes destas
tecnologias;
•
Incorporar algumas exigências aos arquitetos, os técnicos do gênio civil que sejam
consideradas as possibilidades das instalações dos aquecedores solares em edificações desde a fase
de implementação dos projetos;
•
Difundir as informações e sensibilizar por parte dos técnicos e tomadores de decisões
municipais e do setor de construção civil sobre os benefícios do uso das tecnologias solares;
•
Torna os códigos de obras municipais mais amigáveis aos sistemas termossolares.
6 Tecnologias Hidráulicas
O levantamento das tecnologias para os pequenos aproveitamentos na Região
Administrativa de Araçatuba é extremamente importante, tendo em vista a densidade da rede fluvial
da região, que sem duvida, através de um estudo minucioso podem ser mapeados locais de interesse
41
para implantação de PCH´s. Desta forma, fez-se caracterização destas tecnologias e dos recursos
para incorporá-los no contexto do PIR da Região.
6.1 Introdução
A Região Administrativa de Araçatuba apresenta uma rede fluvial densa, que sem duvida
mostra o quanto a região é rica em recursos hídricos [Figura 20]. Pela região passam dois
principais rios: Paraná e Tietê. Além destes, na região existem uma grande quantidade de
mananciais, que podem ser aproveitados para os fins energéticos, principalmente para exploração
do potencial de PCH´s e micro-centrais hidrelétricas. Portanto, torna-se necessário levantar todas as
tecnologias que possam servir para o aproveitamento deste potencial na região, além do potencial
para as usinas de grande porte já existentes.
Figura 20: Mapa Hidrológico da Região Administrativa de Araçatuba
Fonte: Apresentação Felipe H. N. Soares PEA 5730 – PIR
Na região de Araçatuba encontram-se as hidrelétricas de Jupiá, Ilha Solteira, Três Irmãos
(CESP) e Promissão (AES Tietê), totalizando cerca de 5831 MW de potência. Apesar disso, ainda
existem regiões que não são abastecidas pelas grandes concessionárias, pois a maior parte da
42
energia gerada é transmitida para os grandes centros urbanos. Essas linhas de transmissão estão na
ordem de kiloVolts, o que tornaria inviável a transformação em tensão utilizável pela população,
pois estes transformadores possuem um preço extremamente alto, [21].
Existem também diversas pequenas quedas-d’água, que podem ser utilizadas para geração
de energia através de pico-geradores. Tais formas de aplicação seriam de grande importância, pois
ajudariam a suprir a necessidade da população rural sem depender dos grandes fornecedores.
6.2 Principais
Características
Construtivas
das
Tecnologias
Hidráulicas
Apesar do processo de geração ser bastante simples, é necessário conhecer algumas
características geológicas dos cursos de água para melhor escolha da tecnologia. Para todos os
cursos o principio é o mesmo. A diferença se verifica em configuração, dependendo da vazão, da
queda e das características naturais do curso de água (se é um rio numa planície, se é um rio
montanhoso, etc). O principio se baseia no seguinte aspecto: a água move as pás das turbinas, que
são acopladas mecanicamente ao gerador. Este último se move junto com o eixo das pás, e
transforma a energia cinética da água em energia elétrica [Figura 21]. Para cada determinada
característica natural, após estudos geológicos e hidrológicos, faz-se a escolha da tecnologia que se
adapta melhor as condições do rio levantadas. As principais tecnologias mais utilizadas hoje para
exploração do potencial dos recursos hídricos são: turbinas Kaplan, Pelton, Francis e Bulbo (para
médias e grandes quedas). Existem outras tecnologias tipo turbina Banki e outras, que são mais
utilizadas para pequenas quedas e penas vazões. Essas tecnologias serão descritas mais adiante.
Foram encontrados diversos pico-geradores, com potências que variam de 72 a 16.000
Watts, podendo ser utilizados em correnteza ou em pequenas quedas-d’água (altura da queda varia
entre 1,5 m e 34 m). Geradores como esses são úteis para abastecer alguns postes para iluminação
de áreas rurais, ou mesmo fornecer energia elétrica para uma pequena casa rural.
Grandes geradores hidráulicos, como os encontrados em usinas de grande porte, não foram
levantados neste trabalho, uma vez que seria inviável obter um estudo completo de uma possível
implantação de grandes hidrelétricas na região.
43
Figura 21: Esquema de Aproveitamento do Potencial Hidráulico.
Como mostra a Figura 21, os principais componentes de aproveitamento hidráulico ou de
usina hidrelétrica são: reservatório, barragem, canal de fuga, dutos, turbinas, casa de força, gerador,
transformador e linhas de transmissão.
6.2.1 Classificação das centrais
Neste trabalho, foi dada mais atenção às tecnologias eletromecânicas, nomeadamente às
turbinas hidráulicas de pequeno porte para instalações de PCH´s e micro-centrais hidrelétricas. Mas
antes do levantamento das tecnologias apropriadas para um determinado aproveitamento hidráulico,
é importante conhecer as características locais e os tipos de usinas consoantes a classificação feita
pela Eletrobrás.
6.2.1.1 Centrais quanto à capacidade de regulação
Os tipos de PCH´s, quanto a capacidade de regulação do reservatório, podem ser: a fio de
água (dispensa estudos de regularização de vazões, dispensa estudos de sazonalidade da carga
elétrica do consumidor e facilita os estudos e a concepção da tomada de água); de acumulação com
regularização diária do reservatório (são empregadas quando as vazões de estiagem do rio são
inferiores à necessária para fornecer a potencia para suprir a demanda máxima do mercado
44
consumidor e ocorrem com risco superior ao adotado no projeto); de acumulação com regularização
mensal (quando o projeto de uma PCH considera dados de vazões médias mensais no seu
dimensionamento energético, analisando as vazões de estiagem médias mensais).
6.2.1.2 Centrais quanto ao sistema de adução
- Adução em baixa pressão com escoamento livre em canal (alta pressão em conduto
forçado);
- Adução em baixa pressão por meio de tubulação (alta pressão em conduto forçado).
6.2.1.3 Centrais quanto à potência instalada e quanto à queda de projeto:
Dada classificação é mostrada na Tabela 3.
Tabela 3: Classificação das PCH´s quanto a potência e quanto à queda de Projeto, [23].
Classifi
cação
Potência - P
das
(kW)
Centrais
Que
da
Do
Projeto- H (m)
Baix
Média
a
Micro
Mini
100<
<15
P
>
1000
Pequena
s
H
P< 100
H <
1000 < P >
30000
H>
50
20 < H <
100
H <
25
a
15 < H <
50
20
Alt
H>
100
25 < H <
130
H>
130
Fonte: Diretrizes para projetos de PCH da Eletrobrás.
6.2.2 Turbinas Hidráulicas
Outras características importantes são das maquinarias a serem utilizadas para geração de
energia nas usinas hidrelétricas, que são as turbinas hidráulicas. As turbinas hidráulicas utilizadas
nas PCH´s, que é o maior interesse neste trabalho, devem ser escolhidas de modo a se obter
facilidade de operação e de manutenção, dando-se grande importância à sua robustez e
confiabilidade, tendo em vista também que a tendência é de que a usina seja operada no modo não
assistido. Portanto, este trabalho não deixou de dar algumas informações sobre estes equipamentos,
que são elementos de base para o aproveitamento hidráulico de pequenas potências.
45
6.2.2.1 Turbinas do Tipo Kaplan
São turbinas adequadas para operar entre 20 á 50 metros, pode ser com rotor axial de
simples regulagem (Figura 22, foto à direita) e de dupla regulagem (Figura 22, foto à esquerda).
Estas se assemelham a um propulsor de navio (similar a uma hélice) com duas a seis as pás moveis.
Têm um sistema de êmbolo e manivelas montado dentro do cubo do rotor, é responsável pela
variação do ângulo de inclinação das pás. O óleo é injetado por um sistema de bombeamento
localizado fora da turbina, e conduzido até o rotor por um conjunto de tubulações rotativas por
dentro do eixo. O acionamento das pás é acoplado ao das palhetas do distribuidor, de modo que
para uma determinada abertura do distribuidor, corresponde um valor de inclinação das pás do
rotor. As turbinas Kaplan também apresentam uma curva de rendimento plana garantindo com isso
bom rendimento em uma ampla faixa de operação, [22] e [24].
Figura 22: Turbina Kaplan de simples (à direita) e dupla regulagem (à esquerda).
6.2.2.2 Turbina Francis
São adequadas para operar entre quedas de 40 até 400 metros. Para PCH´s, a turbina tem a
faixa de aplicação bem mais abrangente. Ela atende as quedas de 15 até 250 metros e potencias de
500 a 15000 kW possuindo ótimas características de desempenho sob cargas parciais de até 70 %,
(Eletrobrás, Diretrizes para Projetos de PCH) da carga nominal, funcionando ainda adequadamente
entre 70 e 50 % de carga, embora com perda progressiva do rendimento. Na Figura 23 é
46
apresentada a turbina Francis com caixa espiral e na Figura 24 as suas diversas formas construtivas
do rotor, [24].
Figura 23: Turbina Francis
Figura 24: Rotores da Turbina Francis lento, normal e rápido (de esquerda à direita).
6.2.2.3
Turbinas Tipo Bulbo
Operam em quedas abaixo de 20 m. Foram inventadas inicialmente, na decada de
1960, na França, para a usina maremotriz de La Rance e depois desenvolvidas para outras
47
finalidades. Com o desenvolvimento das caracteristicas construtivas desta turbinas agora existem
variantes, tipo turbina Bulbo com multiplicador, que podem operar em quedas entre 4 a 12 m e
potencia até 1.700 kW. São usadas como alternativa à turbina tubular “S”, incluindo um
multiplicador de velocidade com engrenagens cônicas, permitindo que o gerador fique com o eixo a
90 graus do eixo da turbina, normalmente em posição vertival. É própria para operação com
grandes variações de vazão, trabalhando satisfatoriamente sob cargas de até 10% a 20 % da carga
nominal. A limitação na sua potência está mais ligada ao multiplicador de velocidade do que à
turbina. A turbina Bulbo está apresentada esquematicamente na Figura 25, [25].
Figura 25: Esquema de Turbina do Tipo Bulbo.
6.2.2.4 Turbinas Straflo
As turbinas Straflo são turbinas do tipo axial, caracterizadas pelo escoamento retilíneo, que
em inglês significa “straight flow”, cuja contração dos vocábulos originou o nome Strafalo. Na
realidade, as trajetorias das partículas líquidas nestas turbinas são hélices cilíndricas, que em
projeção meridiana são retas paralelas ao eixo. Neste tipo de turbina, o indutor do alternador é
colocado na periferia do rotor da turbina formando um anel articulado nas pontas das pás da helice,
as quais podem ser de passo variável, analogas às da turbina Kaplan. As juntas hidrostáticas
montadas entre a carcaça girante, funcionam como um agente de pressão e vedação. A grande
vantagem desta turbina é de não haver a necessiadade de colocar o gerador no interior de um bulbo,
48
o que cria mais problemas de limitação das dimensões do gerador e de resfriamento. A colocação
do alternador na própria periferia do rotor da turbina possibilita uma instalação compacta e a
obtenção de fator de potência maior que o conseguido com outros tipos em igualdade de condições
de queda, descarga e custo de obras civis. As turbinas Straflo são adequadas para usinas de baixa
queda, de 3 até 40 metros e diâmetro de rotor de até cerca de 10 m. Do mesmo modo que as
turbinas de bulbo e tubulares, as turbinas Straflo podem ser instaladas com eixo horizontal ou
inclinado [Figura 26], [25].
Figura 26: Representação de Turbina Straflo de pás fixas.
6.2.2.5 Turbinas do Tipo “S”
A turbina tubular “S” atende a quedas de 4 a 25 m e potências de 500 a 5000 kW para
vazões de até 22,5 m3/s. Possui ótimas características de operação, mesmo a cargas parciais, desde
que utilizado o rotor Kaplan de pás reguláveis. Se, adicionalmente, o distribuidor também for
regulável, caracterizando uma turbina de dupla regulação, a faixa de operação irá de 100 % até 20
% da carga nominal. Caso o distribuidor seja fixo, o limite inferior de operação se limita a 40 % da
carga nominal. A utilização de rotor de pás fixas só é considerada se a variação de carga for
pequena (entre 100 % e 80 % da carga nominal). A turbina tubular “S”, assim chamada por ter o
tubo de sucção em forma de “S”, pode ser colocada na posição de eixo horizontal ou na posição
inclinada, menos frequente. Ligado ao rotor Kaplan, existe um eixo que se prolonga através da
49
blindagem metálica, permitindo que o gerador e eventual multiplicador de velocidade se situem
fora da passagem hidráulica, normalmente mais a jusante [Figura 27]. A extensão do eixo de
ligação entre rotor e gerador, colocado diretamente no fluxo de água, é uma razão para diminuição
do rendimento da unidade. A disposição do conjunto de geração leva ao arranjo de uma casa de
força com vão grande, com influência direta no peso e preço da ponte rolante, [24].
Figura 27: Turbina Tubular tipo “S”
6.2.2.6 Turbina do Tipo Pelton
Na faixa das PCH´s, a turbina Pelton atende a quedas de 100 a 500 m e potências de 500 a
12.500 kW. Em casos excepcionais, a queda pode ir até 1000 m. Possui ótimas caracteristicas de
desempenho sob cargas parciais, funcionando sem cavitação em até 20 % da carga nominal, e
mesmo abaixo desse valor, quando utilizado um maior número de jatos. Em geral, é escolhido o
arranjo com eixo horizontal, com um ou dois jatos. Para maiores vazões, para conseguir velocidades
50
de rotação maiores, o arranjo poderá ser feito com três jatos (menos utilizado) ou quatro jatos e o
eixo na disposição vertical. Na sua escolha é aconselhavel fazer uma comparação entre os custos do
conjunto turbina-gerador para as diversas opções, [22], [24].
Figura 28: Turbina Pelton.
6.2.2.7 Outros Tipos de Turbinas
Turbina Michel-Banki: de fluxo transversal, produzido por fabricante nacional de
pequeno porte em potência, no Brasil;
Turbina Dériaz: tem o nome de um engenheiro suiço que as inventou. Elas se
assemelham às turbinas Kaplan e Francis rápida. Porém, as pás do rotor são articuladas e, pela
atuação de um mecanismo apropriado, podem variar o ângulo de inclinação. Este tipo de turbina é
muito utilizado em instalações onde a água do reservatório de montante precisa ser reposta quando
a máquina não está produzindo potência. Sendo, quando for o caso, denominada de turbina-bomba.
Na Figura 29 está mostrada uma destas turbinas-bombas.
51
Figura 29: Conjunto Turbina-Bomba para Coogeração.
Conhecendo as características construtivas e características naturais dos cursos de água,
procede-se com a escolha da tecnologia adequada para local de definição do arranjo para o
aproveitamento hidráulico, [Tabela 13].
6.3 Caracterização dos Recursos Hidricos da Região Administrativa de
Araçatuba
Os recursos são de utilização mais ampla de todos os recursos: o uso para abastecimento de
água potavel aos centros urbanos, o uso na irrigação, na produção de energia eletrica através dos
aproveitamentos hidreletricos, etc. Portanto, a sua caracterização de fundamental para ter uma visão
clara e global sobre a sua reserva na região tanto das comtibuições pluviometricas, dos lençõis
freáticos e das aguas superficiais (rios).
6.3.1 Disponibilidade Hídrica da Região
Temos como dado um estudo apresentado pela UGRHI-19, cuja área é de aproximadamente
15.481 km2, sendo o seu perímetro avaliado em 580 km, [26]. Dada área é limitada pelas
coordenadas 200 30´ e 210 37´ latitude sul e 490 37´e 510 40´longitude oeste. Encontra-se inserida
no Estado de São Paulo, limitando-se ainda ao sul com a UGRHI do Rio Aguapei, ao norte com a
UGHRI do Rio São José dos Dourados, a leste com a UGHRI dos rios Tiete/Batalha e a oeste com o
rio Paraná, sendo esse o limite da divisa dos Estados de São Paulo com o Mato Grosso do Sul. Para
a caracterização dos recursos hídricos, consideraram-se os dados coletados pela UGRHI-19, que em
sua vez, fez uma divisão da sua área em 33 sub-bacias, conforme mostra a
52
Tabela 4.
Tabela 4: Sub-bacias do Baixo Tietê
Fonte: Relatório Zero da UGRHI-19
AD- Área de Drenagem
6.3.2 Dados Pluviométricos da região
Pelas informações coletadas pela equipe, foram identificados os municípios integrantes da
UGRHI-19 (Baixo Tietê) para poder computar os postos pluviométricos situados nos mesmos,
sabendo-se que nem todos os municípios estão localizados inteiramente dentro desta UGRHI. A
unidade de gerenciamento dos Recursos Hídricos 19 (UGRHI-19) é composta por 42 municípios
sendo que 8 não possuem postos do DAEE-SP. São eles: Lourdes, Macaúba, Monções, Nova
Lusitania, Poloni, Santo Antonio do Aracangua, União Paulista e Zacarias. Os dados da Região
pertencem aos 81 postos pluviométricos de observação do DAEE-SP. Atualmente destes 81 postos
53
pluviométricos 25 são extintos. A Companhia Energética de São Paulo possui 5 postos na região em
operação, com no máximo 20 anos de observações. O DNAEE, atual ANEEL tinha um único posto
pluviométrico, que também foi extinto em 1981 com 35 anos de observações. O Instituto Nacional
de Meteorologia (INMET) possui um posto com 39 anos de observações, já extinto, e outro com 22
anos aproximadamente. Os postos pluviométricos instalados na região obedeceram ao critério da
World Meteorological Organization-WMO, que estabelece o seguinte: a densidade mínima de um
posto é de um a cada 150 a 250 km2 em regiões montanhosas, e 600 a 900 km2 em regiões planas
com as mesmas condições climáticas, que é o caso da bacia gerenciada pela UGRHI-19. A UGRHI19 apresenta um posto a cada 247 km2, estando no limite mínimo recomendado. Através destes
postos, os dados coletados levaram a adotar como a chuva média na bacia da UGRHI-19 o valor de
1200 mm/ano, [26].
Os dados que levaram a adoção do valor médio da precipitação na região são desatualizados,
sendo necessárias atualizações destes dados. Os dados coletados e que a equipe teve acesso são
dados obtidos entre 1973 e 1997. As informações coletadas estão apresentadas nas figuras Figura
30,
Figura 31, Figura 32, Figura 33 e Figura 34.
Figura 30: Precipitação média mensal histórica folha 01/05
54
55
6.3.3 Dados Fluviométricos
Pelas informações coletadas na direção da UGRHI-19, ficou notificado que esta faz de
principal um trecho do Rio Tietê, desde a UHE de Promissão até a confluência com o Rio Paraná.
Sua extensão é de aproximadamente 221 km, e seus principais afluentes da margem direita são:
Ribeirão Lambari, Ribeirão Mato grosso, Ribeirão Santa Bárbara e Ribeirão das Oficinas; os da
margem esquerda são: Ribeirão Azul, Ribeirão Baguaçu, Ribeirão Lajeado e Ribeirão dos Patos.
56
Também foram levantados junto a Unidade os índices fisiográficos da UGRHI-19, que estão
apresentados no Tabela 5.
Tabela 5: Parâmetros Fisiográficos e Hidrológicos do Baixo Tiete
Fonte: Relatório Zero da UGRHI-19.
Pelos dados apresentados, nota-se que a Bacia do Baixo Tietê apresenta baixa tendência à
ocorrência de enchentes e à eficiência da drenagem, caracterizando uma rápida vazão do curso da
água e permanência do escoamento superficial durante todo o ano.
Na UGRHI-19 do Baixo Tiete, até a confluência com o Rio Paraná, tem-se 23 postos
fluviométricos nos quais foram realizadas medições de descarga. Essa quantidade totaliza um posto,
em média, para cada 801 km2, o que constituiria uma área aceitável se houvesse continuidade e
uniformidade. No entanto, pelas informações obtidas pela equipe, a distribuição desses postos,
embora cubra praticamente toda UGRHI-19, e a operação de alguns postos foi efêmera, resultando
em pouca disponibilidade de informações. Verifica-se a inexistência de medições e linimetria em
alguns postos, principalmente no curso de água principal, onde estão instaladas as usinas
hidrelétricas. Portanto, qualquer avaliação de vazões nessas localidades só pode ser feita com dados
extrapolados dos postos disponíveis, o que pode ser razoável, porém não o ideal, apesar do
comportamento linear dos escoamentos na UGRHI-19 ser todo regularizado, principalmente no
curso de água principal. O resumo dos resultados obtidos das vazões através das medições nos
postos mencionados está apresentado na Figura 35, [26].
57
Figura 35: Descargas médias, mínimas e máximas mensais do Rio Baguaçu em Araçatuba
Também foram levantadas informações sobre as vazões médias e Q7,10 nas sub-bacias do
Baixo Tiete. Os resultados deste levantamento estão resumidos na Tabela 6.
Tabela 6: Vazões Médias de longo Período e Q7,10
Nas sub-bacias, as vazões médias e Q7,10 foram calculados baseando-se na área de drenagem
e na precipitação pluviométrica, através do método proposto pelo DAEE, para a Regionalização
Hidrológica no Estado de São Paulo, que estabelece uma relação linear entre a descarga especifica e
a precipitação média em uma bacia hidrográfica, expressa pela seguinte equação:
Qesp. = a+ b.P
Onde:
Qesp. = descarga especifica média (l/s/km);
a e b = parâmetros regionais, e
P = precipitação média anual (mm/ano)
A vazão média de longo período é calculada através da seguinte relação:
QLP = Qesp.x AD
Em que:
58
QLP = descarga média de longo período (l/s);
Qesp. = Vazão especifica média plurianual (l/s/km2), e
AD = área de drenagem (km2).
Para o calculo da vazão mínima de 7 dias consecutivos para o período de retorno de 10 anos,
através da seguinte expressão:
Q7,10 = C. X10. (A+B). QLP
Onde:
Q7,10 = Vazão mínima de 7 dias consecutivos para o período de retorno de 10 anos (l/s);
A, B, C = parâmetros regionais;
X10 = valor relativo à probabilidade de sucesso para 10 anos;
QLP = vazão média de longo período (l/s).
Para o curso principal de água as vazões foram calculadas através dos dados fluviométricos
das estações disponíveis do DNAEE e DAEE, cujos resultados estão apresentados na Tabela 7.
Tabela 7: Vazões Médias e Mínimas no curso principal
Também para o mesmo curso foram calculadas as vazões mínimas de 7 dias, cujos
resultados estão apresentados na Figura 36.
59
Figura 36: Vazões ao longo do Rio Tiete- UGRHI-19
Fonte: Elaboração do CTH – Centro Tecnológico de Hidráulica da USP.
Nesta caracterização dos recursos hídricos também foram levantadas as informações sobre
as águas subterrâneas (características dos aqüíferos). Neste levantamento identificou-se o seguinte:
o estudo de águas subterrâneas das Regiões Administrativas 7 (Bauru), 8 (São José do Rio Preto) e
9 (Araçatuba), desenvolvido pelo DAEE em 1976, classifica as unidades lito-estratigráficas que
ocorrem na área da Bacia do Baixo Tietê em três grandes sistemas aqüíferos:
•
Aqüífero Bauru (Formação Adamantina e Santo Anastácio);
•
Aqüífero Serra Geral e
•
Aqüífero Botucatu.
Conforme o levantamento feito os resultados dos estudos feitos pelo DAEE mostra o
seguinte:
A Tabela 8 apresenta a síntese das características hidrogeológicas dos aqüíferos.
Tabela 8: Síntese das Características Hidrogeológicas dos Aqüíferos
60
Na Tabela 9 estão apresentados os resultados do balanço hídrico da Bacia do Baixo Tietê.
Tabela 9: Resumo do Balanço Hídrico da Bacia do Baixo Tietê
Na Tabela 10 são apresentados os resultados da disponibilidade das águas subterrâneas na
Bacia do Baixo Tietê.
Tabela 10: Disponibilidade das Águas Subterrâneas na Bacia do Baixo Tietê
Na Tabela 11 apresentam-se os resultados dos índices do comprometimento da
disponibilidade das águas subterrâneas.
61
Tabela 11: Índices de Comprometimento da Disponibilidade das Águas Subterrâneas na
Bacia do Baixo Tietê
6.4 Estimativa do Potencial Teórico dos Recursos Hídricos da Região
Administrativa de Araçatuba
Na região de estudo, existem as usinas hidrelétricas de Jupiá, Ilha Solteira, Três Irmãos
(CESP) e Promissão (AES Tietê), totalizando cerca de 5830 MW instalados. Atualmente, não
existem inventários com possíveis locais para implantação de usinas hidrelétricas de grande e médio
porte, e esta não seria uma solução interessante para auxiliar na matriz energética devido aos seus
grandes impactos ambientais.
O potencial nas pequenas quedas de água será calculado através da metodologia adotada
pelo PIR. Com o auxílio da tabela de micro/pico geradores levantados, será possível estimar o
potencial utilizando-se PCH’s e pequenas turbinas.
A metodologia utilizada para a estimativa do potencial acima se baseia em algumas
premissas. Basicamente, ela leva em conta a vazão medida nas grandes usinas presentes no oeste
paulista e proximidades, e através da diferença entre uma montante e uma jusante adjacentes, é
possível se obter a vazão destinada a outros rios e córregos da região. Não são levadas em contas
perdas como evaporação de água, ou relativas ao processo de geração de energia nas usinas.
Tomou-se uma queda-unitária padrão de 1 m, sendo esta uma estimativa para um cenário de baixa
oferta. O estudo do relevo detalhado poderá resultar numa melhor estimativa aproveitando a média
das vazões aqui obtidas.
Para o rio Tietê, tomou-se a vazão da usina de Promissão e Três Irmãos. Já para o rio
Paraná, temos as usinas de Jupiá e Ilha Solteira. Considerando estes resultados, e aplicando na
fórmula:
Pb = γ x H x Q
Onde:
Pb – Potência Bruta ou Potência Hidráulica [kW]
γ - 1000 kgf/m3 = g x ρ
62
Q – vazão [m3/s]
H – altura da queda d’água [m]
Temos um potencial estimado em 1.209 MW, para os rios que derivam do Paraná e Tietê,
[27].
1.1.
Tabela resumo dos cálculos
Tabela 12: Tabela resumo dos recursos hídricos
Recursos
Potencial
Potencial Estimado
Existente
Grandes
5.831 MW
N.d.
Reservatórios
Pequenos
N.d.
1.209 MW
Reservatórios (PCH’s)
6.5 Caracterização das Dimensões das Tecnologias Hidráulicas
Para escolha mais eficaz da tecnologia a ser utilizada, é necessária uma análise das
dimensões técnico-econômica, social, ambiental e política relacionadas às tecnologias a serem
utilizadas, assim selecionando os atributos mais relevantes de cada tecnologia para futura avaliação.
6.5.1 Aspectos Técnico-Econômicos das Tecnologias Hidráulicas
Estes pico-geradores necessitam de uma altura mínima da queda-d’água para que possam
funcionar corretamente. O fabricante não especificou qual a vazão mínima de água, mas forneceu
uma tabela contendo o gerador mais apropriado, de acordo com a altura e vazão da queda.
63
Tabela 13: Para auxiliar na escolha do equipamento hidráulico
6.5.1.1 Tabela Resumo dos Atributos técnico-economicos
Tabela 14: Pico-geradores hidráulicos.
Tecnologia
Potencia(W)
Preço
Custo
por
Altura da
Watt Queda (m)
(US$/Watt)
12,3
Aquair 100
72
£
Aquair UW
96
728,50
£
10,32
Correnteza
200
712,05
US$
0,84
1,5
US$
0,63
1,5
US$
0,58
1,5
US$
0,95
6
US$
0,63
11
Powerpal
Low Head
Powerpal
High Head
500
1.000
200
520
175
315
580
190
Correnteza
330
64
T1
Powerpal
1.000
Powerpal
2.000
T2
2.000
Powerpal
T5
3.000
4.000
4.500
4.700
5.300
Powerpal
T8
5.900
6.600
7.200
8.000
9.400
10.600
Powerpal
T16
11.800
13.100
14.400
16.000
850
1.250
1.250
1.725
2.300
2.600
2.665
2.970
3.330
3.690
4.050
4.500
5.310
5.940
6.660
7.380
8.100
US$
0,85
11
US$
0,63
17
US$
0,63
11,5
US$
0,58
15
US$
0,58
18
US$
0,58
21
US$
0,58
24
US$
0,56
26
US$
0,56
28
US$
0,56
30
US$
0,56
32
US$
0,56
34
US$
0,56
24
US$
0,56
26
US$
0,56
28
US$
0,56
30
US$
0,56
32
US$
0,56
34
Fonte: PowerPal
Distributor, [28]
9.000
6.5.2 Aspectos Sociais das Tecnologias Hidráulicas
Os efeitos sociais relacionados à energia hidráulica devem ser divididos de acordo com o
tipo de geração. PCH’s ou grandes centros geradores impactam de forma muito mais intensa do que
micro ou pico geradores.
Vamos primeiramente considerar os impactos sociais de PCH’s e grandes centros geradores.
Vale destacar que ambas possuem as mesmas características, tomadas as devidas proporções. São as
principais delas:
65
•
Comissão Mundial de Barragens (CMB): as grandes barragens são responsáveis pelo
desalojamento de 40 a 80 milhões de pessoas;
•
Muitos dos deslocados recebem nenhuma ou inadequada compensação; milhões de
pessoas perdem suas terras e modos de vida, e têm sofrido por causa dos efeitos à jusante e de
outros impactos indiretos das grandes barragens;
•
Introdução de novas doenças nas regiões, devido ao aumento da migração
populacional induzida e favorecida pela hidrovia;
•
Grandes áreas com potenciais agrícolas ocupadas pela represa;
•
Aumento na oferta de eletricidade;
•
Criação de empregos tanto na construção quanto na operação da usina;
•
Muitos trabalhadores morrem durante o processo de construção da usina;
Com relação aos micro e pico geradores, podemos destacar:
•
Possibilidade de abastecimento elétrico de regiões isoladas e afastadas dos grandes
distribuidores de energia;
•
Desenvolvimento da agricultura local;
•
Melhora na qualidade de vida de famílias que antes não possuíam energia elétrica;
•
Criação de empregos em fábricas de aparelhos de micro e pico geração hidráulica,
bem como de pessoas com função de instalação e manutenção dos equipamentos utilizados.
6.5.3 Aspectos Ambientais das Tecnologias Hidráulicas
Os impactos ambientais não são relevantes quando se instala um pico-gerador hidráulico.
Entretanto, na instalação de uma hidrelétrica de grande porte, ou mesmo uma PCH (Pequena
Central Hidrelétrica), temos uma mudança acentuada na geografia da região, mesmo que em menor
escala, bem como do ar e da ecologia existentes nas proximidades daquele local. Podemos listar,
como principais delas:
•
Impactos da alteração do fluxo, do reservatório e de locais de empréstimos e despejos
de resíduos de rochas e materiais de construção, sobre a agricultura e outras atividades do setor
primário;
•
Impactos da construção de acessos, de locais de empréstimos e despejos de resíduos
de rochas e materiais de construção, do reservatório, e da construção de linhas de transmissão, sobre
as florestas;
•
Impactos da alteração do fluxo pela sedimentação e assoreamento do reservatório
sobre os múltiplos usos do recurso hídrico (abastecimento, irrigação, controle de cheias e geração);
•
Impactos da alteração do fluxo sobre a navegação;
66
•
Impactos pela alteração do fluxo com efeitos à saúde pela criação de condições
propícias a vetores de doenças de veiculação hídrica (diarréia, mosquitos, malária);
•
Impactos das fases de construção e operação sobre os recursos minerais;
•
Impactos das emissões de gases de estufa sobre a mudança do clima;
•
Impactos das fases de construção e operação sobre as atividades recreacionais;
•
Impactos das fases de construção e operação sobre os recursos culturais (incluindo e
estética) e arqueológicos;
•
Impactos das fases de construção e operação sobre os ecossistemas terrestres e
aquáticos, e sobre a biodiversidade;
•
Impactos das fases de construção e operação sobre a saúde ocupacional (acidentes).
6.5.4 Aspectos Políticos das Tecnologias Hidráulicas e Recursos Hídricos
O termo “tecnologias hidráulicas” compreende neste relatório todas as tecnologias usadas
para o aproveitamento dos recursos hídricos em diversas atividades da economia, tais como:
geração de energia de grande, médio, pequeno porte; para abastecimento de água e o saneamento
básico nos centros urbanos, para pesca e navegação, para irrigação, etc.
Cada uma desta tecnologia tem os seus aspectos políticos na forma de fabricação, aplicação
e outras. Neste relatório, a preocupação é de analisar os aspectos políticos relacionados às
tecnologias hidráulicas utilizadas para geração de energia elétrica, tais como as turbinas hidráulicas
acima caracterizadas. Portanto, os aspectos políticos mais relevantes das tecnologias hidráulicas de
geração de energia elétrica podem ser considerados os seguintes:
•
A capacidade de um determinado país, Estado ou Região de produzir essa
tecnologia e não depender da boa vontade do fabricante, ou a não submissão das condições políticas
e comerciais do país produtores da tecnologia (esse aspecto é verificado nas encomendas das
turbinas de grandes potenciais, que são produzidas por poucos paises), caso essa deva ser
importada;
•
O aspecto anterior pode condicionar a dependência política ou comercial de um
determinado país, Estado ou Região na manutenção do seu parque de produção de energia elétrica,
usando a tecnologia hidráulica importada;
•
Os conflitos políticos ou comerciais podem prejudicar a produção de energia do
lado dependente;
•
As taxas de importação da tecnologia podem inviabilizar o custo por kw do
dependente;
67
•
As políticas de importação e implantação destas tecnologias devem ser
regulamentadas através de legislações comerciais e ambientais do lado dependente;
•
Analisado o grau de domínio da tecnologia a ser importada;
Seja ao nível nacional ou regional, os aspectos acima mencionados já foram superados. No
Brasil, essas tecnologias são totalmente dominadas em termo de implantação e exploração. Para
certos níveis de potenciais essas tecnologias são produzidas nacionalmente. Portanto, para a Região
Administrativa de Araçatuba deixou de ser o problema central no aproveitamento dos recursos
hídricos e se torna mais evidente esta afirmação com a existência de grandes usinas na Região
(usina da Ilha Solteira, Promissão, Jupiá, etc).
Analisando as políticas do desenvolvimento da região a médio e longo prazo, verificou-se
que não há mais pretensão em construir as grandes usinas na região. Mas nos relatórios da UGRHI
19, [26], que é responsável pelo gerenciamento dos recursos hídricos nas bacias que envolvem os
municípios da Região, tem-se mencionado possibilidades de desenvolvimento dos estudos sobre
PCH´s e micro usinas hidrelétricas para geração distribuída. Os aspectos políticos destas
tecnologias apresentam menores conflitos. Os conflitos são mais relevantes na geografia da
utilização do recurso. Portanto, se torna mais importante realçar os aspectos políticos dos recursos
hídricos na Região Administrativa de Araçatuba.
A área total da bacia hidrográfica onde é situada a Região Administrativa de Araçatuba é de
15.471 km2, tendo sido dividida em 33 sub-bacias para melhor monitoramento e gerenciamento dos
recursos hídricos.
A unidade de gerenciamento de recursos hídricos responsável pela região é a UGRHI-19,
que no depoimento do chefe da divisão e através do “Relatório Zero” consultado, [26], vê-se que
ainda há uma série de situações complexas ligadas às questões puramente político-administrativas
no gerenciamento deste recurso na região.
Durante as visitas realizadas pela equipe do projeto na região para levantar as questões
relacionadas aos recursos hídricos, conclui-se pelos depoimentos dos órgãos responsáveis e
entrevistados que na região ainda se enfrentam grandes dificuldades no que diz respeito a
empregabilidade das legislações vigentes no país, e há pouca participação da sociedade como um
todo nas discussões sobre os aspectos do gerenciamento deste recurso. Por outro lado, houve muitas
queixas em relação à insuficiência de postos de medição, dados desatualizados e inconsistentes, dos
cadastros incompletos, sobre a falta de estruturas jurídico-institucionais, que permitam aos
municípios participar de forma competente do processo de gestão das águas. Com isso, torna-se
importante considerar as seguintes sugestões:
68
•
Aprimoramento dos levantamentos sobre a disponibilidade e a demanda por recursos
hídricos e situações especiais de planejamento;
•
Avaliação mais profunda do atual contexto na região dos aspectos políticos, legais e
institucionais da gestão integrada dos recursos hídricos na região;
•
Fazer análise integrada dos desafios e oportunidades para a gestão dos recursos
hídricos;
•
Avaliar os aspectos que condicionam a demanda por recursos hídricos:
macroeconômicos, ambientais e sócio-culturais;
•
Criação dos instrumentos políticos para aproximação dos interessados e envolvidos
(as concessionárias de geração elétrica, os departamentos de abastecimento e tratamento de esgoto,
os departamentos de agricultura, que são usuários do recurso para irrigação, a sociedade civil,
ONG´s, etc.);
•
Elaboração das macro-diretrizes com apoio da UGRHI-19 da Região para médio e
longo prazo;
•
Articulação de arranjo regional com função técnica e política para apoiar
regionalmente o desenvolvimento dos planos municipais do gerenciamento dos recursos hídricos;
•
Criação dos instrumentos políticos para ampliação do debate para a sociedade no que
se refere o uso múltiplo dos recursos hídricos na região;
•
Aprimoramento dos instrumentos políticos, as infra-estruturas administrativas que
permitam a melhoria das disponibilidades hídricas, superficiais e subterrâneas, em qualidade e em
quantidade; a redução dos conflitos reais e potenciais de uso da água, como também, a mitigação de
efeitos hidrológicos críticos; que aumentem no meio da sociedade a percepção da conservação da
água como valor sócio-ambiental relevante;
•
Criação dos instrumentos que promovam a gestão conjunta, com outras regiões
vizinhas, das bacias e sub-bacias fronteiriças e de aqüíferos estratégicos e que permitam identificar
interesses geopolíticos da Região no que concerne à gestão dos recursos hídricos;
•
Estabelecer uma agenda de cooperação cientifica e tecnológica entre os municípios,
com as outras regiões fronteiriças e o estado;
•
Identificar tendências, incorporando uma avaliação dinâmica ao diagnóstico,
considerando a formulação de uma estratégia que aproveite oportunidades e reduza ameaças.
•
Desenvolver programas de articulação inter-setorial, inter-institucional e intra-
institucional da gestão de recursos hídricos na região;
•
Criação de um caderno com a formulação das metas que devem traduzir a
efetividade das ações propostas e ser estabelecidas de forma realísticas, considerando as cinco
69
variáveis
principais
na
gestão
dos
recursos
hídricos:
especificidade,
mensurabilidade,
exeqüibilidade, relevância e tempo;
•
Criação dos instrumentos para incentivos fiscais e flexibilização das legislações
ambientais na incorporação das tecnologias de PCH´s na região, considerando bem o potencial para
o uso destas tecnologias.
7 Tecnologias à Biomassa
A biomassa sempre foi a forma mais primitiva de utilização de energia pelo homem.
Atualmente, representa mais de 14 % da energia utilizada no mundo (em alguns países em
desenvolvimento chega até 35 % ou mais), [29]. A evolução dos processos de conversão
tradicionais para sistemas modernos altamente eficientes, levando a vetores energéticos modernos
(combustíveis líquidos, gasosos e eletricidade), trouxe uma mudança importante no perfil de
utilização e nos volumes de biomassa para energia nos últimos anos. O uso de biomassa para
geração de energia tornou-se ótima ferramenta para servir como nova base para o desenvolvimento
rural e criação de emprego.
A partir da crise do petróleo de 1973, passou-se a prestar maior atenção à biomassa como
fonte energética e no mundo todo, vários programas nacionais começaram a ser desenvolvidos,
visando o incremento da eficiência de sistemas para combustão, gasificação e pirólise da biomassa.
Naquele período, os programas nacionais considerados mais bem sucedidos foram:
•
PROALCOOL no Brasil;
•
Aproveitamento do Biogás na China Continental;
•
Coque Vegetal no Brasil;
•
Florestas Energéticas nos EUA;
•
Aproveitamento de Madeira para fins Energéticos na Suécia;
•
Aproveitamento dos Resíduos Agrícolas na Grã-Bretanha;
•
Plantação de Eucaliptos na Etiópia;
•
Aproveitamento do bagaço de cana nas Ilhas Maurício.
Esses programas fizeram necessário um grande esforço em pesquisa e incentivaram o
desenvolvimento e introdução pratica de tecnologias modernas de conversão energética.
Pelo levantamento feito na Região Administrativa de Araçatuba, tendo em vista a sua
característica peculiar das atividades econômicas, que fundamentalmente estão assentadas na
agricultura, notou-se a abundância deste recurso. Por esta razão, neste projeto, será um dos recursos
a merecer uma especial atenção, apesar de que o principio do PIR sempre é de avaliar todos os
70
recursos com o mesmo peso. Por outro lado, buscou-se neste trabalho fazer uma caracterização
sucinta das tecnologias modernas que possam ser utilizadas para exploração eficiente deste recurso
na Região.
7.1 Introdução
Existem atualmente diversas maneiras de se obter energia através da biomassa, bem como
uma ampla variedade de produtos que podem servir de matéria prima. Resíduos vegetais podem ser
utilizados in natura, através da queima direta, ou serem processados e transformados em carvão,
óleos, alcoóis, ésteres ou hidrogênio, para posterior aproveitamento. Resíduos orgânicos podem ser
utilizados em, por exemplo, biodigestores, para gerar gases utilizados nos fogões, geladeiras e
motores de ciclo Otto.
Figura 37: Esquema do aproveitamento da biomassa
A região de Araçatuba possui grande parte de sua área destinada à plantação de cana-deaçúcar. Este recurso é utilizado principalmente por usinas sucro-alcooleiras para produção de açúcar
e álcool, em processos que geram muitos resíduos ainda subaproveitados.
Para o segmento sucro-alcooleiro, os resíduos que podem ser utilizados na produção de
eletricidade são o bagaço, as pontas e folhas, e o vinhoto.
Alternativamente à co-geração dentro das próprias usinas e destilarias, o bagaço pode ter uso
energético fora das mesmas: insumo para volumoso de ração animal; fabricação de papel de bagaço;
fabricação de elementos estruturais; e hidrólise para produção de álcool. Tecnologias de produção
de etanol a partir da hidrólise do bagaço estão em desenvolvimento e poderão atingir estágio
comercial em 10-15 anos. Com viabilização da tecnologia, passa a ser muito importante o custo de
71
oportunidade de aproveitamento do bagaço, pelas múltiplas alternativas para seu aproveitamento
econômico.
Pontas e folhas da cana-de-açúcar costumam ser deixadas no campo e podem representar até
30% da biomassa total. Seu poder calorífico superior é da ordem de 15 GJ/t, com umidade de 50%.
O poder calorífico inferior é em 13 GJ/t.
Já o vinhoto é resíduo da produção de álcool, sendo gerado somente nas destilarias. O seu
aproveitamento energético é possível através da biodigestão anaeróbica, com obtenção de biogás.
Mas atualmente, o principal destino do vinhoto é a fertirrigação na lavoura de cana-de-açúcar. O
poder calorífico do biogás foi estimado em 21,32 MJ/ m3.
7.2 Principais Características Construtivas
Consideraremos aqui as formas de aproveitamento mais usualmente utilizadas em sistemas
de geração à biomassa.
7.2.1 Queima Direta
A utilização da biomassa através da queima direta pode ter diversos usos. Aquecimento,
cocção, e aproveitamento do calor produzido com a queima são os mais comuns.
Autores como Wylen e Sonntag (1976), Oddone (2001), Coelho (1999) e Walter (1994)
estudaram os aspectos termodinâmicos da obtenção de eletricidade por co-geração na cadeia
sucroalcooleira, em especial o ciclo Rankine [Figura 38] e o ciclo combinado [Figura 39]. No
ciclo Rankine, utiliza-se uma caldeira, em que uma fonte de energia (bagaço ou a palhada da cana)
é queimada, gerando vapor em alta pressão, com temperatura superior ao ponto de ebulição da água.
A liberação do vapor ocorre através de sistemas mecânicos, movimentando máquinas, transferindo
calor para processos industriais, ou movimentando turbinas para gerar energia elétrica. O ciclo se
completa com o retorno do vapor condensado à caldeira, para ser novamente aquecido. Já no ciclo
combinado, uma turbina a gás em alta temperatura movimenta um gerador, sendo transferido o
calor do gás para água, que é vaporizada e aciona um segundo gerador, em que ambos produzem
energia elétrica.
72
Figura 38: Representação Esquemática do Ciclo Rankine
Uma característica comum desses ciclos é o contato direto da combustão com o gás de
operação (ar). Isso demanda o emprego de combustíveis nobres, no estado líquido ou gasoso, como
gasolina, álcool, óleo diesel, querosene, gás natural. Para esses casos, o vapor d'água é a alternativa
padrão: o combustível é queimado numa caldeira que produz vapor que, por sua vez, produz
trabalho utilizável.
Inicialmente, o bagaço de cana, que significa 25% a 30% do peso da cana processada com
50% de umidade, foi utilizado nas usinas para geração de calor, substituindo a lenha. Apenas
recentemente o bagaço vem sendo utilizado para gerar vapor, com grande flexibilidade para ser
transformado em formas de energia como calor, eletricidade ou tração. O aumento do custo da
energia, seja elétrica ou de petróleo, tornou mais atraente a utilização do bagaço para co-geração de
energia. Como ainda estamos no alvorecer do processo, existe um grande espaço de melhoria
tecnológica para maximizar a eficiência da co-geração na cadeia da cana-de-açúcar.
73
Figura 39: Esquema de uma Usina a Ciclo Combinado
7.2.2 Gaseificação
A gaseificação da biomassa consiste na sua combustão parcial, em condições controladas.
Nos processos mais simples, o gás produzido apresenta baixo poder calorífico (por volta de 4 – 6
MJ/Nm3, comparado a 39 MJ/Nm3 para o gás natural) e uma composição volumétrica típica de 1020%CO; 15-20%H2; 2-5%CH4; 10-14%CO2; 5-8%H2O (vapor); resto: N2. A gaseificação do
carvão vegetal é mais simples do que a gaseificação da madeira porque são evitadas as dificuldades
associadas à formação de alcatrão. No entanto, a eficiência e a economia global do processo é
desfavorável devido às perdas e gastos com mão-de-obra na etapa adicional de transformação de
madeira em carvão. Gastam-se cerca de 3kg de madeira seca para se produzir 1kg de carvão
vegetal, mas na geração elétrica com gaseificação o consumo específico de carvão (em kg/kWh) é
apenas 25% menor que o consumo específico de madeira. Por isto, busca-se preferivelmente
gaseificar diretamente a madeira. Na gaseificação da madeira, produz-se uma quantidade residual
de alcatrão que prejudica o funcionamento de motores de combustão interna. Gaseificadores para a
produção de gás destinado ao acionamento de motores exigem maior sofisticação tecnológica, na
medida em que devem incorporar mecanismos e detalhes de projeto que permitam eliminar ou
reduzir ao máximo o alcatrão [Figura 40].
74
Figura 40: Configuração Típica de um Gaseificador
Na escolha do motor para funcionamento com gás de gaseificador, abrem-se duas
alternativas: usar motores do ciclo Otto, com ignição por centelhamento, ou motores a diesel
adaptados. Esta segunda opção é a mais empregada nas instalações existentes de pequenos sistemas
de geração com gaseificadores, porque os motores a diesel são mais duráveis e mais comumente
disponíveis do que os motores a gás. Por outro lado, os motores a diesel adaptados não podem
funcionar apenas com o gás do gaseificador. O gás substitui no máximo 85% do diesel. Na prática,
deve-se contar com um percentual típico de substituição por volta de 70%. O consumo de madeira
seca, nestas condições, é de aproximadamente 1,2kg/kWh, e consumo médio de diesel é estimado
em 0,1litros/kWh.
Figura 41: Esquema simplificado de instalação IGCC
75
7.2.3 Transesterificação
Transesterificação é um processo químico que consiste na reação de óleos vegetais com um
produto intermediário ativo (metóxido ou etóxido), oriundo da reação entre alcoóis (metanol ou
etanol) e uma base (hidróxido de sódio ou de potássio). Os produtos dessa reação química são a
glicerina e uma mistura de ésteres etílicos ou metílicos (biodiesel). Este combustível tem
características muito próximas às do diesel e substitui este combustível praticamente sem qualquer
modificação no motor. Pode ser necessário trocar algumas vedações e conexões de borracha que são
degradadas pelo biodiesel, embora a maioria dos motores mais modernos já esteja saindo de fábrica
com os materiais adequados instalados.
Cada litro de óleo vegetal permite obter aproximadamente um litro de biodiesel e certa
quantidade residual de glicerina. O uso do biodiesel vem sendo incentivado na Europa através de
subsídios e é disponível em vários postos de abastecimento de combustível. No Brasil, a Petrobrás
já começa a produzir biodiesel em escala comercial, e o mesmo pode ser encontrado em alguns
postos de gasolina.
7.2.3.1 Óleos Vegetais
Como se sabe, os óleos vegetais no estado bruto ou com pouco refino, em principio, podem
ser utilizados como combustível em motores diesel adaptados. Esta possibilidade costuma ser
cogitada para o suprimento de eletricidade em localidades isoladas, pressupondo-se que, em certas
circunstancias, óleo vegetal pode ser mais barato do que diesel por dois motivos: primeiro, a
possibilidade de ser produzido localmente é real; segundo, nos locais isolados sempre há
dificuldades de transporte do diesel. Nessas condições, às vezes, é mais viável a utilização do óleo
vegetal em substituição ao diesel. Pois, neste trabalho procura-se levantar esta possibilidade para a
Região Administrativa de Araçatuba, mas precisa ainda de um estudo de campo mais detalhado
sobre o uso desta forma de combustível. Após um levantamento será estimado o seu potencial
teórico.
Dentre os óleos vegetais que se pretende avaliar neste estudo estão os óleos de dendê
[Figura 42] e óleo de soja, que se apresentam como mais viáveis para esta aplicação no Brasil e são
os únicos regularmente comercializados a preços competitivos com o diesel, [31].
76
Figura 42: Dendê
A palma é um cultivo perene. Começa a produzir frutos a partir de 3 anos. Depois de
semeada, tem uma vida econômica entre 20 a 30 anos. Anualmente, cada hectare de palma pode
render até 5 toneladas de óleo, ou seja 10 a 12 cachos de frutos, cada um pesando entre 20 a 30 kg e
cada cacho produz de 1000 a 3000 frutos, o que representa de 5 a 10 vezes mais que qualquer outro
cultivo comercial de óleo vegetal.
A palma produz um rendimento em óleo de aproximadamente 3700 quilogramas/hectare,
anualmente. Em comparação com os rendimentos do óleo de soja 389 kg/hectare e do óleo de
amendoim 857 kg/hectare, estes dois últimos são muito baixos quando comparados com o óleo de
palma, [31].
Óleo de Babaçu
77
Figura 43: Palmeira
Características da planta: Palmeira elegante que pode atingir até 20 m de altura. Estipe
característico por apresentar restos das folhas velhas que já caíram em seu ápice. Folhas com até 8
m de comprimento, arqueadas. Flores creme - amareladas, aglomeradas em longos cachos. Cada
palmeira pode apresentar até seis cachos, contendo até 300 cocos por cacho, [31].
Fruto: Frutos ovais alongados, de coloração castanha, em cachos pêndulos. A polpa é dura
como cerne, envolvendo de 3 a 6 sementes oleaginosas.
Cultivo: Cresce espontaneamente nas matas da região amazônica, sem cultivo, multiplica-se
por sementes. Cada palmeira pode produzir até 2.000 frutos anualmente, preferindo clima quente.
Óleo de Tungue
Óleo - É secativo, de padrão superior ao de linhaça. Presta-se como revestimento e
acabamento de trabalhos de esmalte e vernizes, nas construções, mobílias, acessórios, decorações,
indústrias de automóvel, de eletricidade, têxteis, litografia, tintas especializadas, aplicações
domésticas, roupas, linóleos, lonas isolantes, fios elétricos, revestimento de paredes, sacos,
cartuchos para pólvora, papéis, madeiras, cabos submarinos, tubos para cosméticos, pastas
dentifrícias, vernizes de assoalhos, cascos de navios, chapéus de chuva, couros, calafetagem de
barcos, lacres, sabão. O óleo é usado desde o século XVI como preservativo da madeira.
78
O óleo de tungue é inferior ao de linhaça na fabricação de vernizes. Os ácidos graxos do
óleo de tungue servem como ácidos graxos do óleo de linhaça para substituir a goma-laca, na
manufatura de vernizes, [31].
Óleo de soja
A soja é uma leguminosa domesticada pelos chineses a cerca de cinco mil anos. Sua espécie
mais antiga, a soja selvagem, crescia principalmente nas terras baixas e úmidas, junto aos juncos
nas proximidades dos lagos e rios da China Central. Há três mil anos a soja se espalhou pela Ásia,
onde começou a ser utilizado como alimento. Foi no início do século XX que passou a ser cultivada
comercialmente nos Estados Unidos.
A partir de então, houve um rápido crescimento na produção, com o desenvolvimento dos
primeiros cultivadores comerciais.
No Brasil, o grão chegou com os primeiros imigrantes japoneses em 1908, mas foi
introduzida oficialmente no Rio Grande do Sul em 1914. Porém, a expansão da soja no Brasil
aconteceu nos anos 70, com o interesse crescente da indústria de óleo e demanda do mercado
internacional.
Sebo Animal
Genericamente o termo sebo é utilizado para denominar gordura animal. Entretanto,
podemos destacar dentro desta categoria o sebo propriamente dito e as graxas. Basicamente as
diferenças entre os dois são o ponto de fusão, ou título dos ácidos graxos derivados das triglicérides
das gorduras animais.
Quarenta graus centígrados é o ponto de equilíbrio, para gorduras com título acima de 40ºC
é usado o termo graxa.
As gorduras dos animais vivos usualmente são brancas ou sem cor e são quimicamente
formadas de triglicerídeos. Isto é, os ácidos graxos são combinações com glicerina e as quantidades
de ácidos graxos livres são extremamente baixas ou praticamente não existem. Portanto, um sebo de
qualidade. A partir do momento do abate, naturalmente tem início a decomposição. Com a morte, a
ação de enzimas e bactérias inicia mudanças nos dois tanto na cor como no teor de Ácidos Graxos
Livres. Deste modo, o controle enzimático e bacteriológico antes do abate é fator essencial para
obtenção de um sebo de qualidade. Seleção das matérias primas para o abate e o controle natural da
tendência de degradação é importante para qualidade.
O próximo passo mais importante para a preservação da qualidade do sebo seria o uso dos
melhores e mais modernos processos para abate, separando a gordura da proteína sólida e a água
79
contida no material cru. Também com grande importância, a necessidade de utilização de boas
práticas no carregamento, estocagem e manuseio para minimizar ou eliminar a degradação da
qualidade antes da utilização da gordura.
Resumindo, a seleção e controle de qualidade das matérias primas, o uso de modernos
processos de abate juntamente com uma boa estocagem e processo de manuseio são as premissas
para produzir e manter a qualidade do produto.
Neste projeto este tipo de combustível despertou o interesse devido a grande quantidade de
produção do gado de abate na Região Administrativa de Araçatuba. Também é importante salientar
que na Região já há iniciativa de alguns frigoríficos em utilizar o sebo animal para produção de
biosiesel, por exemplo, a usina Pioneira, apesar de que ainda não se sabe qual é o potencial
explorado devido à falta de informação, pelo fato de que as próprias empresas não repassem esses
dados devido à concorrência. Mas todo esforço da equipe está orientada na obtenção dos dados
concretos para estimativa de todos os potenciais dos recursos que possam incorporar a matriz
energética da região, que é o objetivo principal do PIR.
Os preços de óleos vegetais podem ser obtidos, por exemplo, na Gazeta Mercantil ou junto à
Empresa Aboissa Óleos Vegetais S.A. Esta empresa mantém um site (www.aboissa.com.br), onde
se apresentam as informações sobre cotações diárias de alguns óleos vegetais. A titulo ilustrativo
seguem alguns dados sobre os preços obtidos da Empresa Aboissa S.A. destes óleos acima
comentados, que hoje o empenho maior é de utilizá-los como possíveis substitutos do óleo diesel,
principalmente, nos locais isolados.
Tabela 15: Alguns Preços dos Óleos Vegetais
Tipo de Óleo
Preço de Venda no Mercado Nacional
(R$/t.)
Óleo de Palma Bruto
1.620,00/t.
(Integral)
Óleo
Bruto
de
2.600,00/t
Soja
1.510,00/t
Babaçu
Óleo
de
Degomado
Fonte: www.aboissa.com.br, [31]
7.2.4 Digestão Anaeróbia
A digestão anaeróbia, assim como a pirólise, ocorre na ausência de ar; mas, nesse caso, o
processo consiste na decomposição do material pela ação de bactérias (microrganismos
80
acidogênicos e metanogênicos). Trata-se de um processo simples, que ocorre naturalmente com
quase todos os compostos orgânicos [Figura 44].
Figura 44: Representação Esquemática do Processo Anaeróbico
O tratamento e o aproveitamento energético de dejetos orgânicos (esterco animal, resíduos
industriais, etc.) podem ser feitos através da digestão anaeróbia em biodigestores, onde o processo é
favorecido pela umidade e aquecimento. O aquecimento é provocado pela própria ação das
bactérias, mas, em regiões ou épocas de frio, pode ser necessário calor adicional, visto que a
temperatura deve ser de pelo menos 35ºC.
Em termos energéticos, o produto final é o biogás, composto essencialmente por metano
(50% a 75%) e dióxido de carbono. Seu conteúdo energético gira em torno de 5.500 kcal por metro
cúbico. O efluente gerado pelo processo pode ser usado como fertilizante.
O gás produzido tem suas aplicações na iluminação, uso em fogões, geladeiras e motores de
ciclo-otto. No Brasil, a primeira aplicação foi na Granja do Torto em Brasília em 1976, de um
biodigestor modelo chinês e que vem funcionando contento. Não é justificativa que um país rico em
biomassa, um dos maiores produtores de gado e aves do mundo, grande produtor de resíduos
81
vegetais (cereais), maior produtor de vinhaça do mundo, ainda encontre regiões iluminadas a custo
de querosene caro. Lembramos que a Índia tinha a capacidade energética gerada por 4,5 milhões de
biodigestores (superior a capacidade energética do Brasil em 1980), e que teria falido por poluição e
falta de fertilizante se não fosse os biodigestores.
Figura 45: Ilustração do esquema de um biodigestor
7.3 Caracterização dos Recursos de Bimassa na Região Administrativa
de Araçatuba.
Na Região Administrativa de Araçatuba, pelo levantamento feito durante as visitas, fez-se a
classificação de resíduos em seguintes elementos:
a)
Resíduos sólidos urbanos: os resíduos sólidos urbanos podem ser utilizados como
combustível por queima direita, após a separação dos compostos metálicos e trituração da matéria
orgânica.
b)
Resíduos animais: a capacidade de produção de excrementos das criações mais
importantes. A região é rica neste tipo de biomassa por ser uma região predominante agropecuária.
c)
Resíduos
vegetais:
os
resíduos
vegetais,
ou
agrícolas,
são
compostos
fundamentalmente de celulose e podem ser preparados de forma relativamente fácil para a obtenção
de energia devido a pouca umidade e à facilidade em serem pré-preparados. Os resíduos vegetais
podem ser classificados nas seguintes subcategorias: matéria prima para a obtenção de papel,
fertilizante, aglomerados para compensados, complemento para ração animais.
d)
Resíduos Industriais: os resíduos industriais, fundamentalmente da indústria de
alimentos, apresentam alto teor de umidade, o qual limita a sua utilização para a combustão direta
ou a gaseificação.
e)
Resíduos Florestais: os resíduos florestais, constituídos por todo aquele material que
é deixado para trás na coleta da madeira, tanto em florestas e bosques naturais como em
reflorestamento, e pela serragem e aparas produzidas no processamento da madeira.
82
Pelo levantamento efetuado pela equipe, e apesar de carecer dos dados estatísticos sobre
esses recursos, conclui-se que a região é promissora em oferecer um grande potencial deste tipo.
Portanto, nesta primeira versão do trabalho, os resultados obtidos são baseados em estimativas,
onde foram considerados os valores bem inferiores aos recomendados pelos estudos já consolidados
neste assunto, e mesmo assim o potencial teórico avaliado é bem atraente, como se pode observar
nas tabelas a seguir o potencial da produção agrícola, conseqüente o potencial dos recursos vegetais,
agrícolas e dos dejetos animais, [32]:
Tabela 16: Culturas Perenes na Região Administrativa de Araçatuba
ESPÉCIES
N0 DE PÉS
Abacate
68.200
Acerola
4.658
Café
11.555.056
Goiaba
121.345
Laranja
2.011.215
Limão
142.452
Macadâmia
3.790
Manga
381.044
Pinha
52.400
Poncã
20.813
Seringueira
1.696.970
Tangerina
35.232
Uva
32.838
Urucum
116.400
Tabela 17: Culturas Semi-perenes
ESPÉCIES
Abacaxi
ÁREA
HÁ
%
1.157,23
1,05
83
Banana
99,59
0,09
Cana-de Açúcar
107.830,87
97,59
Mamão
236,47
0,21
Mandioca
324,35
0,29
Maracujá
844,44
0,76
Total
110.492,95
6,37
Tabela 18: Culturas Anuais e Olerícolas
ESPECIES
ÁREA
HA
%
Algodão
31.058,81
17,66
Amendoim
3.214,79
1,83
Arroz
8.905,91
5,07
Abóbora
346,46
0,20
Batata-doce
299,50
0,17
Feijão
1.842,64
1,05
Melancia
1.433,08
0,82
Milho
122.442,93
69,64
Olerícolas diversas
333,27
0,19
Quiabo
561,53
0,32
Soja
4.430,72
2,52
Sorgo granífero
262,52
0,15
Outras
699,81
0,40
Total
175.831,97
100,00
Tabela 19: Pastagens
ESPÉCIES
ÁREA
HÁ
%
84
Braquiária
917.034,89
72,79
Colonião
294.967,82
23,38
Outros
49.496,69
3,92
Total
1.261.499,40
100,00
Tabela 20: Capineiras/Silagens
ESPÉCIES
ÁREA
HA
%
Alfafa
171,21
1,17
Cana Forrageira
3.174,75
21,66
Coast Cross
174,29
1,19
Guandu
16,94
0,21
Leucena
2,42
0,02
Mandioca
49,72
0,34
Milho (silagem)
6.035,62
41,18
Napier
3.406,59
23,24
Sorgo Forrageiro
1.625,20
11,09
Total
14.656,74
100,00
Tabela 21: Ocupação do Solo
ESPECIFICAÇÃO
ÁREA
HÁ
%
Capineira/Silagem
14.656,74
0,85
Pastagem
1.261.499,40
72,73
Culturas
175.831,97
10,14
Culturas Semiperenes
110.492,95
6,37
Culturas Perenes
31.713,38
1,83
Anuais/Olerícolas
85
Mata Natal
54.455,35
3,14
Reflorestamento
3.462,45
0,20
Reflorestamento (Pinus)
243,83
0,01
Capoeira/Cerrado
12.433,31
0,72
Várzea/Brejo
45.420,24
2,62
Inaproveitáveis
5.102,52
0,29
Complementares
19.111,76
1,10
Total
1.734.423,45
100,00
(Eucalipto)
Tabela 22: Atividades Agropecuárias da Região Administrativa de Araçatuba
ATIVIDADE
EFETIVO DE ANIMAIS
Avicultura (corte)
349.645
Avicultura (postura)
4.527.032
Apicultura
789
Bubalinocultura
1.944
Caprinocultura
2.272
Equideocultura (Eqüinos)
53.228
Equideocultura (muares)
3.919
Ovinocultura
27.709
Piscicultura
1.126.999
Suinocultura
34.487
Bovinos
1.625.522,00
Coelhos
625,00
Fonte: Divisão Agrícola de Araçatuba, Doc. Tec. 93, ISSN 0101-0344, [30]
.
As informações apresentadas nas tabelas acima permitiram efetuar os cálculos para
avaliação do potencial teórico da biomassa da Região Administrativa de Araçatuba. Pois,
conhecendo as áreas de plantio de uma determinada cultura ou conhecendo a sua produção em
toneladas, torna-se possível estimar a quantidade de resíduos produzidos. Conseqüentemente,
86
através do seu poder calorífico superior e inferior, pode-se estimar o seu potencial energético [29].
Os procedimentos utilizados para os cálculos serão apresentados nos memoriais de cálculos.
7.4 Estimativa
do
Potencial
Teórico
da
Biomassa
da
Região
Nas estimativas feitas consideraram-se os recursos de biomassa, tais como os resíduos
vegetais, resíduos agrícolas através das informações obtidas sobre a produção agrícola da Região e
dos de dejetos animais também através das informações obtidas junto a Secretaria de Agricultura.
7.4.1 Cálculo do Potencial Teórico dos Resíduos Agrícolas.
Os resíduos vegetais da Região Administrativa de Araçatuba ainda precisam ser levantados
com maior detalhe, sobretudo as características da mata existente na região. Portanto, a falta de
informações nos leva a fazer a estimativa nesta fase do potencial através da produção agrícola, cujas
informações são mais ou menos conhecidas. Os resultados apresentados foram estimados a partir
dos estudos da SCET (op. Cit) em 1978 e do trabalho do Cortez (Tecnologias de Conversão
Energética da Biomassa), [29].
As estimativas do potencial de geração a partir do bagaço para o estado são variadas,
dependendo das hipóteses admitidas. Com a produção de cana da região, é possível estimar o
potencial bruto de cogeração. Sabe-se que a cana in natura produz cerca de 40% de seu peso em
bagaço e este possui 440 kcal/kg. A produção de cana-de-açúcar na região é de 18.553.993
toneladas, de acordo com dados do IBGE para 2006. Obtém-se assim o potencial energético de
11,96.1015 J/ano, ou 285731,49 tEP/ano.
Com relação às pontas, folhas e vinhaça, não temos como estimar o potencial no momento,
pois este depende de informações próprias das usinas. Também temos que considerar que a maior
parte dos processos de coleta é feita através das queimas, eliminando a maior parte desses resíduos.
Poderia ser feita uma estimativa através da fórmula de Mendeliev, [29], desde que conhecida a área
de cultivo.
7.4.1.1 Tabela Resumo dos Cálculos dos Potenciais Teóricos de Resíduos
Agrícolas
Tabela 23: Resumo do potencial teórico agrícola
Quantidade
Produto
produzida
Cr
Cd
PCS
Potencial
(1012J/ano)
Potencial
(tEP/ano)
87
Algodão
herbáceo
(em
21.077
2,45
60,00
18,26
565,75
13.512,13
0,00
0,00
caroço)
Alho
66
Amendoim
(em casca)
9.467
1,29
95,00
17,80
206,51
4.932,22
1.402
1,43
90,00
16,14
29,12
695,55
0
1,30
100,00
0,00
0,00
360
0,90
90,00
0,00
0,00
0
0,90
90,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Arroz (em
casca)
Aveia (em
grão)
Batata
-
doce
Batata
-
inglesa
Cebola
0
Centeio
(em grão)
0
1,60
100,00
0,00
0,00
0
1,20
100,00
0,00
0,00
0
1,50
80,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0
0,00
0,00
0
0,00
0,00
0
0,00
0,00
Cevada
(em grão)
Ervilha
(em grão)
Fava
(em
0
grão)
Feijão (em
19.055
grão)
2,10
80,00
Fumo (em
folha)
Girassol
(semente
oleaginosa)
Juta
(fibra)
88
Linho
(semente)
0
0,00
0,00
0
0,00
0,00
541
0,00
0,00
0,00
0,00
Malva
(fibra)
Mamona
(baga)
Mandioca
37.363
Melancia
12.842
0,00
0,00
Melão
0
0,00
0,00
5.377,01
128.421,50
0,00
0,00
0,00
0,00
35.953
0,00
0,00
195.130
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,90
90,00
Milho (em
318.298
grão)
1,00
90,00
18,77
Rami
0
(fibra)
Soja
(em
126.964
grão)
2,12
80,00
Sorgo
granífero
(em
grão)
Tomate
Trigo (em
0
grão)
1,30
90,00
Triticale
0
(em grão)
TOTAL
147.561,40
7.4.2 Cálculo do Potencial dos Resíduos Animais.
A Região Administrativa de Araçatuba é uma das regiões desenvolvida em pecuária,
portanto, considera-se de grande importância fazer uma avaliação da produção de biogás através
dos dejetos animais, cuja parcela pode ser incorporada na matriz energética local.
7.4.2.1 Tabela Resumo dos Potenciais Teóricos dos Resíduos Animais
Tabela 24: Resumo do potencial teórico de resíduos animais
Qua
Coefi
Re
Co
Bi
Quan
Potenc
Potenc
89
ntidade
ciente
eficiente ogás (103 tidade
de síduos
produção
produzid de (m^3 x m3)
de ial
gás natural (MWh/ano)
de resíduos os em um biogás)/(k
equivalente
(kg/dia)
(103 x m3)
ano (t)
g
ial (tEP/ano)
de
resíduos)
5.522,00
nos
5,00
Aves 9.027,00
AL
00
0,0
6
32
0,18 1.209
00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
3.
715
0,0
1
2.194,
2.229
25.525 72
963
11.033
948,67
0,00
0,00
0,00
135.2
1.548.
133.16
1.
606
0,
0,18
41
6.66
5.415,00
0,00
0,
625,
Coel
TOT
00
2,25 420
0,00
0,
58.
4.88
hos
00
2,00 808
36,00
os
1,72
0,
21.
71.1
Suín
00
0
74,00
os
224
130.02
0,
0,0
29.8
Ovin
00
0
3,00
rinos
1.512.
0,
0,0
1.21
Cap
72
00
0
2.48
132.0
0,
0,0
2,00
res
0.120
10,00 7.012
344,
Mua
22
15
00
inos
4
15,00 908
17,00
Asin
0,0
11.
43.0
Eqüi
nos
10,00 33.155
2.17
Bub
alinos
5.9
1.62
Bovi
00
6.5
03.554
22
5.441
64
784
5,10
90
7.5 Caracterização das Dimensões das Tecnologias e dos Recursos da
Biomassa
As dimensões definidas no processo do PIR são os pilares centrais para avaliação de
qualquer recurso que vai fazer parte uma carteira. Portanto, no estudo do potencial teórico dos
recursos provenientes da biomassa não será diferente. Neste projeto pretende-se analisar cada
dimensão de uma forma sucinta, levantar os seus atributos que permitem concluir se dado recurso
pode fazer parte integrante da carteira a se propor no projeto ou não. Sendo viável o recurso, após
avaliação do potencial realizável e do mercado, este será incorporado na carteira. Por esta razão,
segue-se a analise de cada dimensão para os recursos de biomassa para Região Administrativa de
Araçatuba nos itens abaixo.
7.5.1 Aspectos Técnico-Econômicos das Tecnologias e dos Recursos de Biomassa
Aspectos técnico-econômicos serão analisados de forma separada para cada tecnologia de
biomassa: queima direta, gaseificação, etc.
7.5.1.1 Queima Direta
Para melhor avaliação da dimensão técnico-econômica, tanto do lado da tecnologia a ser
utilizada como do lado dos resíduos a serem usados para geração de energia, torna-se importante
analisar as atividades envolvidas no processo até a produção dos resíduos necessários para gerar a
energia. Para isso, é interessante analisar as atividades que envolvem a produção dos resíduos
agrícolas e vegetais.
Para estas atividades, os custos envolvidos estão ligados aos seguintes aspectos:
Implantação: aquisição de terra, infra-estrutura, preparo do solo, adubação, plantio,
administração e mão-de-obra. No caso das propriedades agrícolas, alguns destes elementos podem
ser eliminados e considerar somente os resíduos abandonados pelos agricultores no campo e que
podem ser aproveitados. Devem ser rigorosamente considerados no caso do aproveitamento dos
resíduos florestais provenientes do processo de reflorestamento.
Manutenção: Conservação de aceiros, roçada mista, combate às pragas, desbrota,
administração e mão-de-obra. Também considerar no caso de reflorestamento.
Exploração: mão-de-obra, hora de maquina, transporte e administração.
Segundo o estudo [CHESF,”Biomassa Florestal- Uma Alternativa para Geração de
Eletricidade na Região Nordeste do Brasil”], [33], as médias dos valores dos custos atuais de um
91
empreendimento florestal, compreendendo as atividades acima descritas, podem ser sintetizadas
como mostra a Tabela 25.
Tabela 25: Custos das Atividades Florestais
ATIVIDADE
CUSTO, US$
Aquisição de terra
100 a 300 US$/há
Produção de mudas
90,2 US$/há
Implantação florestal
367 a 811 US$/há
Manutenção
336,2 US$/há
Administração
52,6 US$/há
Pesquisa e desenvolvimento
125,8 US$/há
Colheitas/corte
3,3 US$ m3 sol
Transporte até 65 km
3,06 US$ m3 sol
Para aproveitamento deste tipo de potencial através da tecnologia de queima direta na
Região Administrativa de Araçatuba, torna-se interessante pensar na geração distribuída de pequeno
porte, por ser a região exportadora de energia proveniente da geração hidráulica, que sem duvida é
mais barata.
A combustão direta oferece as vantagens, em comparação com a gaseificação, de depender
muito menos do tipo, umidade e tamanho da biomassa. Além disso, essa tecnologia está muito bem
dominada no Brasil. Durante muito tempo, a empresa Mernak, de Cachoeira do Sul/RS, já veio
fabricando os chamados “locomóveis”, que são maquinas alternativas a vapor, muito disseminadas
no país e também exportadas para vários países em desenvolvimento. Locomoveis são
equipamentos pesados de baixa eficiência e apresentam problemas de contaminação da água pelo
óleo lubrificante, [CEPEL, 29 e 30]. O consumo dos resíduos sólidos se situa tipicamente por volta
de 4 a 6 kg/kWh. Por uma série de razões, a empresa Mernak encerou as suas atividades, e a
continuidade foi dada pela empresa Engetherm, também da Cachoeira do Sul/RS [Cepel,31]. Esta
vem tentando retomar a comercialização de locomoveis no Brasil, embora ainda não tenha
fabricado ou vendido nenhum destes equipamentos, segundo [Cepel, 31]. Recentemente (Outubro
2001), a Engetherm apresentou cotações informais para um locomóvel de 70 CV e um conjunto de
motor a vapor+caldeira de 200 CV, com capacidade de gerar 40 kW. A principal diferença
construtiva entre locomóvel e motor a vapor é que o locomóvel incorpora motor e caldeira em uma
92
única unidade. A cotação dada pela empresa é de R$ 100.000 e o conjunto motor a vapor+caldeira é
de R$ 165.000, ambos sem qualquer instalação auxiliar. Estes equipamentos pesam de 10 a 14
toneladas, o que torna as despesas com frete consideráveis até o local de instalação. As instalações
destes equipamentos incluem a construção de abrigo, eventualmente dotado de parte subterrânea,
suprimento de água e sistema de carregamento de biomassa. Por se tratar de equipamentos
relativamente pouco familiares, seria também necessário prover o treinamento dos operadores
locais. De um modo grosseiro, as estimativas feitas das despesas com instalação, com frete e
comissionamento acarretam um acréscimo de 50 % sobre os preços dos equipamentos, ficando
assim: locomóvel de 40 kW a R$ 150.000, ou seja, 1.440 US$/kW. Quanto ao motor a vapor mais
caldeira separada, de 120 kW, fica em torno de R$247.500, ou seja, 790 US$/kW. Atualmente,
alguns centros de pesquisa e empresas no Brasil se dispõem das informações sobre estes
equipamentos, por exemplo, a Empresa PTZ Fontes Alternativas de Energia (SC), engenheiros da
Escola Federal de Engenharia-EFEI, de Itajubá/MG, e a empresa Biochamm Caldeiras, em
Agrolândia/SC. Durante este levantamento notou-se que os motores Spilling, fabricados na
Alemanha, são máquinas alternativas a vapor mais modernas e eficientes que os locomoveis,
segundo técnicos da empresa Biochamm Caldeiras, que vêm estudando a possibilidade de
comercializar ou mesmo fabricar motores Spilling no Brasil, sob licença, para serem utilizados em
conjunto com as caldeiras de sua fabricação. No entanto, o preço de um motor Spilling de 100 kW
está por volta de US$ 225.000 na Alemanha. Somando-se os impostos de importação, o preço de
uma caldeira pequena mais os diversos custos envolvidos no projeto e instalação em um local
remoto, chega-se a um valor considerado inviável.
De acordo com informações da Empresa PTZ Fontes Alternativas, nas atuais condições no
Brasil, a opção mais econômica para geração elétrica com queima direta de biomassa, em escala
relativamente pequena, é pela utilização do sistema de caldeira+turbina a vapor. Diversos projetos
têm sido instalados com estes sistemas, principalmente na Região Sul, para geração a partir de
madeira ou de resíduos agrícolas, sendo que as caldeiras são fornecidas pela Biochamm e as
turbinas a vapor pela empresa TGM Turbinas, de Sertãozinho/SP. Segundo a empresa PTZ Fontes
Alternativas, a disponibilização de pequenas turbinas a vapor no mercado nacional a preços mais
acessíveis é relativamente recente, e praticamente tirou o mercado potencial dos locomoveis. A
menor turbina a vapor disponível é projetada para até 500 kW. Ela pode trabalhar gerando 50 kW,
mas o consumo de biomassa, o custo da caldeira necessária, bem como dos equipamentos auxiliares
e instalações, não decresceriam na mesma proporção. Um sistema completo, instalado em local
remoto, sairia por cerca de US$ 350.000. Segundo a PTZ, com este equipamento operando com 50
kW, o consumo de madeira seria de aproximadamente 10 kg/kWh ou maior. De acordo com a
93
mesma empresa, os sistemas de geração elétrica com biomassa baseados em caldeira e turbina a
vapor só se tornam viáveis para potencias acima de 250 kW. Este é um número para orientação. O
valor real pode variar significativamente em função do local de instalação.
Os motores Spilling têm como uma das principais vantagens o fato da combustão ser dada
em uma câmara externa ao motor, de tal forma que o processo fica bastante tolerante a variações de
propriedades da biomassa e não há problemas com umidade ou formação de alcatrão. No entanto,
um motor Spilling custa cerca de 6.000 US$/kW a 10.000 US$/kW na faixa de potencia de 10 a 25
KW [CEPEL, 32]. Se considerar o valor de 6.000 US$/kW na origem, o preço colocado no Brasil
sairia por aproximadamente 9.600 US$/kW, e a parcela de custos de geração correspondente ao
investimento seria de 374 US$/MWh. Este valor apenas supera de longe os custos totais da geração
diesel para faixa de potencia considerada, não se justificando uma analise mais completa de todos
os custos envolvidos na geração com motores Spilling, [33].
7.5.1.2 Gaseificação
O processo da gaseificação de biomassa consiste na sua combustão interna parcial, em
condições controladas. Nos processos mais simples, o gás apresenta baixo poder calorífico (por
volta de 4-6 MJ/Nm3, comparado a 39 MJ/Nm3 para o gás natural) e uma composição volumétrica
típica de 10-20 %CO, 15-20%H2, 2-5%CH4, 10-14%CO2, 5-8%H20 (vapor), resto é N2, [35]. A
gaseificação do carvão vegetal é mais simples do que a gaseificação da madeira porque são evitadas
as dificuldades associadas à formação de alcatrão. No entanto, a eficiência global do processo é
desfavorável devido às perdas e gastos com mão-de-obra na etapa adicional de transformação de
madeira em carvão. Gastam-se cerca de 3kg de madeira seca para se produzir 1 kg de carvão
vegetal, [CEPEL, 2001], mas na geração elétrica com gaseificação o consumo especifico de carvão
(em kg/kWh) é apenas 25 % menor que o consumo especifico de madeira. Por isto, busca-se
preferencialmente gaseificar diretamente a madeira. Na gaseificação da madeira, produz-se uma
quantidade residual de alcatrão que prejudica o funcionamento de motores de combustão interna.
Gaseificadores para a produção de gás destinado ao acionamento de motores exigem maior
sofisticação tecnológica na medida em que devem incorporar os mecanismos e os detalhes do
projeto que permitam eliminar ou reduzir ao máximo o alcatrão, figura....
94
Figura 40: Configuração Típica de um Gaseificador.
Na escolha do motor para funcionamento com gás de gaseificador abrem-se duas
alternativas: usar motores do ciclo Otto, com ignição por centelhamento, ou motores dieseis
adaptados. Esta segunda opção é mais empregada nas instalações de pequenos sistemas de geração
com gaseificadores porque os motores dieseis são mais duráveis e mais comumente disponíveis do
que os motores a gás. Por outro lado, os motores dieseis adaptados não podem funcionar apenas
com o gás do gaseificador. O gás substitui no máximo 85 % do diesel. Na pratica, deve-se contar
com um percentual típico de substituição por volta de 70 %. O consumo de madeira seca, nestas
condições, é de aproximadamente 1,2 kg/kWh. O consumo médio de diesel é estimado em 0,1
litros/kWh, [36].
Além da caracterização da tecnologia [7.2.2], na Tabela 26 são apresentados alguns preços
de gaseificadores para alimentação dos geradores com as potências indicadas.
Tabela 26: Preços de gaseificadores com as potências indicadas
Empresas
Potencias
(kW)
CGPL
4-5
20
40
80-100
kW
kW
kW
kW
US$1.810
US$10.920
US$10.110
US$12.340
200-250
kW
US$31.920
95
AEW
US$2.130
US$4.260
-
US$19.150
US$34.050
Fonte: CEPEL
Na Tabela 27 temos os custos de um sistema de geração à biomassa (principalmente
madeira, cortada em pequenos pedaços [Figura 46]) de um estudo realizado em dezembro de 2001,
para um sistema à gaseificação de 20kW.
Figura 46: Amostra da madeira Cortada em pequenos pedaços
Um estudo de 2002, [37], mostra que, para um processo de gaseificação e utilização de ciclo
combinado (Rankine + Brayton), nas condições BIG/GT, temos um rendimento total de 51%, com
relação à energia total da matéria.
7.5.1.3 Transesterificação
O custo da transesterificação do óleo vegetal “in natura” é estimado em US$0,13/litro a
US$0,20/litro, ou seja, R$0,34/litro a R$0,52/litro. Este custo é adicionado ao preço do óleo vegetal
para se obter o custo do biodiesel. Tomando-se o preço médio do óleo de palma virgem a
US$0,32/litro, o biodiesel produzido a partir desta matéria prima teria um custo mínimo de
~US$0,52/litro. Além disto, deve-se contar com um acréscimo de 10% no consumo específico de
biodiesel, comparado ao diesel.
Na Tabela 28 temos alguns geradores a Diesel, que também podem ser utilizados com o
biodiesel. Nela não está incluso o custo do processo de transesterificação da biomassa.
96
7.5.1.4 Digestão Anaeróbia
A utilização de biodigestor rural é viável, desde que haja demanda para utilização global de
seus produtos, biogás e biofertilizante. As considerações de aspectos locais no projeto devem ser
minuciosas. Disponibilidade de água, regime de criação em confinamento, proximidade entre o
curral e o biodigestor são fatores essenciais. O retorno do investimento vai depender muito dessas
condições que, se não forem favoráveis, inviabilizam o empreendimento, principalmente pelo custo
da mão de obra necessária. O biodigestor deve se pagar em mais de um ano, por volta de três anos
de uso. Mas, se a demanda energética for grande, esse tempo pode ser de dois anos
aproximadamente. Quanto ao custo de implantação, calcula-se que a preços de hoje deve ficar em
torno de oitenta mil reais (para uma equivalência energética de 325 Kg de GLP por semana).
7.5.1.5 Tabela Resumo dos Atributos
Tabela 27: Sistemas de gaseificação com 20 kW de potência
Firma/Instituição
Gaseificador
Grupo
Cortador de
Biomassa
gerador
Total de
Equipamento
Treinamento
instalação,
comissionamento
A (India)
22.000,00
10.000,00
1.000,00
33.000,00
51.000,00
B (India)
NA
NA
NA
16.000,00
9.000,00
C (Holanda)
NA
NA
NA
74.440,00
20.600,00
D (India)
NA
NA
NA
18.000,00
NA
E (India)
6.826,00
6.516,00
233,00
13.575,00
450,00
F (Brasil)
27.660,00
NA
1.250,00
28.910,00
NA
Tabela 28: Especificações e custos dos geradores Diesel/Biodiesel
Fornecedor
Agrale, (54)2388055
Flumiserra,
(24)3346-2074
Agrale
kVA
kW
US$
4
3,2
2.770
4
3,2
2.730
6
4,8
3.115
Custo
por
Watt(US$/kW)
865,63
853,13
973,44
97
Agrale
7,5*
6
3.230
538,33
Flumiserra
7,5
6
3.885
647,5
Flumiserra
10
8
4.115
514,38
11
8,8
4.962
11
8,8
4.308
12,5
10
4.385
Leon Heimer
18
14,4
4.810
334,03
Stemac
23
18,4
6.154
334,46
Leon Heimer
25
20
5.580
279,00
Leon Heimer
36
29
6.385
220,17
Stemac
36
29
6.846
236,07
Leon Heimer
50
40
7.190
179,75
Stemac
50
40
7.173
179,33
Leon Heimer
75
60
9.190
153,17
Stemac
75
60
8.623
143,72
Leon Heimer
103
83
10.770
129,76
Leon Heimer
135
108
12.000
111,11
Leon Heimer
165
132
12.650
95,83
Leon Heimer
180
144
15.500
107,64
Stemac,
(21)2590-6636
Agrale
Leon
Heimer,
(21)2203-0174
563,86
489,55
438,50
7.5.2 Aspectos Sociais das Tecnologias e Recursos de Biomassa
Com relação aos impactos específicos causados pela plantação da cana-de-açúcar (matériaprima utilizada em vários processos de utilização da biomassa), temos como principais:
•
Péssimas condições de trabalho para cortadores de cana, chegando a ocasionar a morte
dos mesmos;
98
•
Araraquara, 1995: o aumento de partículas de fuligem (provenientes da queima da
cana) era diretamente proporcional ao crescimento das internações realizadas no Hospital São Paulo
de Araraquara;
•
População paga pelo gasto maior de água e produtos de limpeza da fuligem nas
cidades;
•
Abastecimento de água das cidades afetado no período de safra, pois justamente na
estiagem onde os recursos hídricos são limitados, o consumo de água chega a duplicar, em função
das queimadas;
Com relação ao biodiesel:
•
Para cada 1% de substituição de óleo diesel por biodiesel produzido com a
participação da agricultura familiar, podem ser gerados cerca de 50 mil empregos no campo, com
uma renda média anual de aproximadamente R$ 4.900,00 por emprego (estudos desenvolvidos
pelos Ministério do Desenvolvimento Agrário, Ministério da Agricultura, Pecuária e
Abastecimento, Ministério da Integração Nacional e Ministério das Cidade);
•
Para 1 emprego no campo são gerados 3 empregos na cidade; seriam criados, então,
180 mil empregos;
•
Numa hipótese otimista de 6% de participação da agricultura familiar no mercado de
biodiesel, seriam gerados mais de 1 milhão de empregos.
Com relação à produção do biogás, os impactos sociais estão ligados ao fato de existir uma
diminuição no resíduo rural e urbano, uma vez que estes são utilizados quase que em sua totalidade
na produção de energia, e o que não puder ser utilizado nesse processo, pode ser reciclado. Com
isso, necessitamos de uma menor ocupação de área destinada a aterros sanitários, lixões, etc. Um
problema a ser considerado é o fato de existir certo mau cheiro nas regiões próximas às
dependências geradoras de biogás.
7.5.3 Aspectos Ambientais das Tecnologias e Recursos da Biomassa
Como qualquer outra atividade humana, a utilização de biomassa florestal na produção de
energia elétrica em larga escala certamente interferirá no meio ambiente. Contudo, a determinação
dos possíveis impactos demandará estudos mais detalhados, que deverão ser feitos quando da
analise de projetos específicos na parte florestal, agrícola e na de conversão de energia. Apesar
disso, algumas previsões já podem ser feitas levando-se em consideração as informações e a
experiência obtidas por empresas que atuam neste setor de produção de energia através da utilização
de biomassa.
99
Na área florestal, os possíveis impactos negativos durante as fases de implantação,
crescimento e exploração são:
•
Uso excessivo de produtos químicos (fertilizantes pesticidas);
•
Erosão do solo;
•
Modificações das condições do habitat natural;
•
Compactação do solo através do uso intensivo de tratores e caminhões.
Dentre os aspectos positivos ambientais, destacam-se:
•
Absorção do carbono da atmosfera, ajudando a regular a quantidade de CO2 existente
e, consequentemente, contribuindo para reduzir o efeito estufa;
•
O controle da erosão do solo e das funções hidrológicas;
•
Restauração de ecossistemas degradados;
•
Redução dos níveis de assoreamento dos rios e reservatórios.
É bastante relevante o fato de que a biomassa produzida de modo sustentável possa servir
como um atenuador da emissão de carbono, sobretudo quando se discute internacionalmente a
penalização dos combustíveis fósseis com taxas crescentes de sua emissão especifica de carbono.
Portanto, pelas visitas efetuadas pela equipe do PIR, identificaram-se áreas com devastações
florestais, necessitando de reflorestamento intensivo na região. O uso de biomassa para fins
energéticos só viria contribuir do modo significante para a recuperação destas áreas, além dos
benefícios sociais que isso poderia trazer.
7.5.4 Aspectos Políticos das Tecnologias e Recursos de Biomassa
Para avaliar o interesse da região na geração de eletricidade a partir de biomassa, deve ser
considerada a extensão de seus recursos florestais e de resíduos de biomassa (já disponíveis ou
potenciais), o desenvolvimento da silvicultura local, as necessidades de expansão do seu parque de
geração de eletricidade, as dificuldades de manutenção do atual modelo hidráulico e o atual estado
do desenvolvimento tecnológico dos sistemas térmicos de potência de base dendroenergética. Todos
estes fatores convergem para reforçar as vantagens desta forma de suprimento de eletricidade, que
traz outros benefícios importantes, tais como a geração de empregos de baixa qualificação e a
possibilidade de ocupação produtiva de terras marginais.
Embora não seja muito difícil apontar boas oportunidades para a geração de eletricidade a
partir de biomassa na região Administrativa de Araçatuba, a inexistência de uma política mais ativa
e orientada à utilização deste recurso no momento inibe as condições favoráveis para expansão da
tecnologia de biomassa, que é a pretensão principal deste estudo, tendo em vista o grande volume
100
de resíduos agrícolas na Região. Portanto, o Governo regional e dos municípios devem exercer os
seus poderes no âmbito da utilização deste recurso e da penetração da tecnologia de biomassa,
coordenando a sua expansão, definindo as metas estratégicas e orientando o processo econômico, já
que as forças de mercado somente são reconhecidamente míopes e incapazes de perceber todas as
dimensões do processo econômico, em particular seus componentes sociais e que extrapolam o
curto prazo.
Deve haver condições favoráveis para o estímulo à penetração da geração de eletricidade a
partir de biomassa na região, não excluindo a necessidade de serem desenvolvidas ações
complementares de estímulo, tais como:
•
Levantamento criterioso e difusão de dados relativos aos fluxos e potenciais naturais
de biomassa florestal nativa e plantada na região, bem como dos resíduos gerados em
agroindústrias;
•
Analise da formação de preços de lenha para região. Por se constituírem em um dos
poucos energéticos cujos preços não são controlados pelos governos, os preços da lenha e dos seus
derivados apresentam significativa variação regional e sazonal, que cabe acompanhar, compreender
e divulgar, inclusive considerando possibilidades de suavização dos ciclos e gradual formação do
mercado estável para estes produtos na região;
•
Apoio à capacitação de pessoal e ao desenvolvimento tecnológico em temas de
biomassa;
•
Apoio à geração termelétrica em unidades de pequeno e médio porte, e em sistemas de
cogeração com a utilização de biomassa como recurso;
•
Reforço e aplicação ampla da legislação florestal, em particular coibindo o uso de
lenha de desmatamento;
•
Fazer um adequado ordenamento político normativo para sua consecução na região em
relação à utilização de biomassa, que possa proporcionar uma política racional e sustentável, que
atenda às necessidades de crescimento e desenvolvimento das comunidades locais.
8 Tecnologias Células-Combustíveis
A utilização das células combustíveis cada vez mais está ganhando espaço no mercado das
inovações tecnológicas de energias renováveis. Portanto, neste trabalho não se pode desprezar a
parcela da energia que pode ser produzida pelo uso desta tecnologia. Pois, para a Região
Administrativa de Araçatuba, buscam-se todas as opções possíveis de tecnologias para que sejam
incorporadas na matriz energética da região, uma vez que apresentem características de
sustentabilidade. Portanto, este recurso é uma das tecnologias que precisa ser dada uma merecida
101
atenção. Assim, serão analisadas todas as suas características, todos os seus aspectos técnicos,
econômicos, ambientais e sociais, que possam determinar o seu uso ou não na região.
8.1 Introdução
Célula Combustível (Fuel Cells) é uma tecnologia que utiliza o hidrogênio e o oxigênio para
gerar eletricidade com alta eficiência, e também vapor d’água quente resultante do processo
químico. A importância da célula está na sua alta eficiência e na ausência de emissão de poluentes
quando se utiliza o hidrogênio puro, além de ser silenciosa. O seu principal combustível, o
hidrogênio, pode ser obtido a partir de diversas fontes renováveis e também a partir de recursos
fósseis, mas com muito menor impacto ambiental. Infelizmente a célula combustível ainda possui
preços elevados, quando comparada a formas de geração de energia convencionais.
As diferentes tecnologias de célula a combustível têm basicamente o mesmo princípio. São
compostas por dois eletrodos porosos: o ânodo (terminal negativo) e o cátodo (terminal positivo),
cada um revestido num dos lados por uma camada de catalisador de platina ou níquel, e separados
por um eletrólito (material impermeável que permite movimento aos íons positivos – prótons - entre
os eletrodos) [Figura 47].
Figura 47: Esquema de Produção de Energia Elétrica na Célula a Combustível
Na maioria das células a combustível, o ânodo é alimentado com hidrogênio - combustível -,
onde ocorre a ionização deste, por reação catalítica na platina, convertendo o hidrogênio H2 em
102
prótons H+ e elétrons H-. O cátodo é alimentado pelo oxigênio - o oxidante - retirado do ar. Os
elétrons circulam por um circuito externo gerando uma corrente elétrica no sentido do cátodo, o
terminal positivo.
Os prótons atravessam o eletrólito - que pode ser líquido ou sólido - no sentido do cátodo
também. No cátodo, o elétron e o próton reagem com o oxigênio, este retirado do ar, formando
moléculas de água e liberando calor devido à reação exotérmica. Tem-se então, vapor d’água.
O vapor quente pode ser utilizado para aquecimento, ou ser integrado a uma turbina a vapor
para gerar mais eletricidade. Pode também ser utilizado para gerar hidrogênio novamente através da
eletrólise (quebra da molécula de água em hidrogênio e oxigênio) utilizando-se um painel solar, por
exemplo, (CaCs Regenerativas).
Muitas vezes o hidrogênio utilizado pela célula a combustível não está na sua forma mais
pura, H2. Ele está misturado a outros elementos presentes num combustível, tal como o gás natural,
a gasolina e o álcool (etanol), e tem que ser retirado. Para extrair o hidrogênio é utilizado um
reformador. Pois, pode-se dizer, fisicamente, que uma planta de célula combustível é divida em três
partes:
•
Um reformador de combustível, que através de um processo termoquímico retira o
hidrogênio do hidrocarboneto, removendo as impurezas do combustível resultante (necessário
apenas quando o combustível não é o hidrogênio puro);
•
A célula combustível propriamente dita, que consiste em um conjunto de pilhas
contendo eletrodos catalíticos que geram a eletricidade;
•
Um inversor, que converte a corrente continua produzida na célula combustível em
corrente alternada.
Em algumas tecnologias de células a combustível, devido à alta temperatura de operação
(entre 600°C e 1000°C), a reforma do combustível é feita internamente. Já em outras tecnologias,
que atuam em temperaturas mais baixas, é necessário um reformador, o que implica em custos
adicionais.
103
Figura 48: Esquema do Sistema HEXIS da Empresa Sulzer
Pelo levantamento feito pela equipe, identificaram-se as seguintes modalidades de
tecnologias deste tipo:
8.2.1 Célula Combustível com Membrana Polimérica (PEMFC)
As PEMFC atuais têm uma eficiência inferior a 40% e operam próximas à temperatura de
ebulição da água à pressão atmosférica (850 C), usando uma membrana de troca de íon (por
exemplo, ácido sulfônico fluoretado) como eletrólito. Catalisadores a base de platina são usados no
catodo e anodo. Devido à sua temperatura operacional baixa, a reforma interna não é possível alem
de não serem tolerantes a presença do monóxido de carbono, um dos subprodutos da reforma do
combustível. No entanto, possuem excelente capacidade de carga e partida rápida entre 1 a 3
segundos, desde que utilizadas com hidrogênio puro. As células combustíveis PEMFC ainda não
são viáveis para aplicações de geração em larga escala devido ao elevado custo das membranas.
Porém, apresentam modularidade para pequenas potências sendo, portanto, passiveis de serem
utilizadas individualmente em residências ou localidades remotas com baixa demanda. Um dos
estudos econômicos conhecidos de avaliação de células combustíveis estacionárias empregando
tecnologia do tipo PEMFC foi realizado por Barbir e Gómez, [38]. Seus estudos basearem-se em
um protótipo com capacidade de 10 kW e eficiência de 40%, e custo específico de investimento de
US$ 3.000/kW. Estima-se que o custo de investimento poderia ser reduzido para US$ 1.150 /kW
em função de uma produção em escala comercial.
104
Figura 49: Representação Esquemática da Célula do Tipo PEMFC
8.2.2 Célula Combustível Alcalina (AFC)
As AFC usam como eletrólito alcalino de sódio (NaOH) ou hidróxido de potássio. Elas
operam à pressão atmosférica e várias temperaturas, entre 700 C e 2500 C. Atualmente, os sistemas
de AFC são usados em aplicações submarinas e espaciais.
105
Figura 50: Representação Esquemática da Célula do Tipo AFC
8.2.3 Célula Combustível de Acido Fosfórico (PAFC)
As PAFC já se encontram comercialmente disponíveis para aplicações estacionárias. Células
com capacidade de 200 kW já estão fornecidas pela UTC (United Technologies Company). Já
foram vendidos ao preço de US$3.000/kW cerca de 100 unidades. Mas ainda há incertezas quanto
ao custo de instalação como um todo. As estimavas feitas apontam para o custo total de instalação
de uma célula destas, com todos os acessórios incluídos, em torno de US$5.000/kW. Entre as
células combustíveis para aplicação em geração distribuída, são as de tecnologia mais madura.
106
Figura 51: Representação da Célula Tipo PAFC
8.2.4 Célula Combustível de Carbonato Fundido (MCFC)
Trata-se de uma tecnologia que ainda não é considerada viável para aplicação comercial,
embora em desenvolvimento há mais de 21 anos. A MCFC usa uma mistura alcalina (sódio e
potássio) de carbonato como eletrólito, contida em uma matriz cerâmica. Níquel e oxido de níquel
são usados como anodo e catodo, respectivamente. Operam a uma temperatura entre 6000 C e 7000
C, sendo que a reforma interna é possível com a adição de um catalisador. Outra vantagem da
temperatura alta é o potencial para o uso do calor para geração de vapor. Embora o CO produzido
na reforma do combustível não seja um problema, o enxofre presente na forma de H2S, também
resultante do processo, é prejudicial em níveis de ppm. Uma das desvantagens deste tipo de célula é
a corrosão no eletrólito de carbonato fundido e a necessidade de aquecimento preliminar para sua
partida.
A maior parte das avaliações econômicas feitas para sistemas MCFC foi realizada utilizando
gás natural como combustível de reforma. Nos estudos de Mugerwa e Blomen, [39], foram
avaliados os impactos de produção em escala comercial e o custo dos protótipos atuais. Para
107
produção em escala, os cálculos efetuados apontam que o custo específico dos sistemas MCFC
baseados em gás natural se situaria em US$ 1.355/kW para células com capacidade de 25 kW; US$
1.740/kW para 250 kW; US$ 1.330/kW para 3,25 MW e US$ 600/kW para 100 MW. Para as
unidades pequenas admitiu-se que a fabricação é mais barata em função da tecnologia robótica
disponível. Outros estudos realizados por Bohme, [40], avaliando três MCFC (reforma externa,
reforma interna com vapor e reforma interna com combustível reciclado), apontam aos seguintes
custos, respectivamente: US$ 2.900/kW, US$2.000/kW e US$ 1.700/kW.
Figura 52: Representação Esquemática da Célula Tipo MCFC
8.2.5 Célula Combustível de Óxido Sódio (SOFC)
A tecnologia de célula de óxido de sódio atualmente é considerada a mais adequada para
geração de eletricidade a partir de combustíveis derivados do petróleo. As SOCF usam tecnologia
de sistemas em estado sólido operando a altas temperaturas, que está em torno de 10000 C. Essas
células possuem características bem mais simples, em termos da configuração, do que outros tipos
de células combustíveis já descritos acima, pois funcionam em dois estados (sólido e gasoso), e são
tolerantes a impurezas. Além dessa vantagem, ainda apresentam um elevado rendimento e
108
produzem uma grande quantidade de energia capaz de ser aproveitada em processos de cogeração
ou associados a ciclos combinados com turbinas a gás para gerar energia. Elas apresentam ausência
de eletrocatálise do metal nobre, o que faz com que o CO produzido não seja danoso e possa ser
oxidado diretamente. Durante o processo de reforma do combustível, libera uma grande quantidade
do calor, que permite o seu aproveitamento na geração de vapor ou outras aplicações. A realização
da reforma de hidrocarbonetos ocorre no seu interior devido a sua operação em altas temperaturas,
sem necessidade do uso de um catalisador. Mas como elas só produzem energia a partir de 6500 C,
torna-se necessário a realização da combustão do combustível no processo de partida, que
normalmente leva alguns minutos. Devido a estas elevadas temperaturas, não se pode esperar o uso
residencial isolado deste tipo de célula, ficando deste modo restrito às aplicações industriais.
Apesar destas células terem a configuração mais simples e serem mais tolerantes a
impurezas, que são vantagens relevantes, ainda não se encontram disponíveis comercialmente,
embora companhias estejam avançadas nas pesquisas deste tipo de tecnologias. No momento
existem poucas informações sobre os seus custos nas literaturas. Alguns dos estudos mais
importantes neste aspecto são do Ippommatsu, [41], que indicam um custo do sistema completo
deste tipo de célula em torno de US$ 2.000 /kW. Para chegarem neste custo consideraram uma
produção em escala comercial de 1milhão de células/planta e incluíram também custos com
matérias-primas, depreciação, mão-de-obra e manutenção. Outro passo importante dado neste
sentido foi de formação de um consorcio com a participação da Empresa GRI (Gás Research
Institute) e a Empresa EPRI para comercialização de células planares do tipo SOFCs. Pela
informação levantada o consorcio usará tecnologia de SOFC desenvolvida pela Universidade de
Utah e Material and Systems Research Inc. (MSRI) e com isso espera alcançar custos menores que
US$700/kW, [42].
109
Figura 53: Representação Esquemática da Célula Tipo SOFC
8.3 Caracterização dos Recursos Utilizados pelas Tecnologias de
Células Combustíveis
Os recursos utilizados pelas células combustíveis para produção de energia elétrica são
encontrados em abundância na natureza. Os combustíveis mais utilizados pelas células
combustíveis são: hidrogênio, metanol, metano, etano, etanol e gás natural.
Com exceção da célula direta a metanol, todas as outras têm hidrogênio como combustível.
Entretanto, não se utiliza hidrogênio puro, mas sim uma mistura gasosa, que contém além de
hidrogênio, um pouco de vapor de água, CO2 e CO. Este gás é chamado de gás de reforma e provém
da transformação catalítica heterogênea (reforma) de gás natural, hidrocarbonetos ou também de
metanol, com vapor de água, de acordo com reações totais. Estas reações requerem uma grande
quantidade de energia térmica. Em seguida, apresenta-se como são feitas estas reformas através das
reações químicas.
•
Reforma do Gás Natural:
CH4 + H2O → CO + 3H2
110
•
Reforma de Hidrocarbonetos:
CnH2n + 2nH2O → nCO2 + (2n + n)H2
•
Reforma do Metanol:
CH3OH + H2O → CO2 + 3H2
Pelas características dos combustíveis utilizados pelas células a combustíveis pode-se
afirmar que na Região Administrativa de Araçatuba a aplicação destas tecnologias tem futuro. O
hidrogênio pode ser encontrado na água e outros elementos químicos. As tecnologias para obtenção
do hidrogênio já estão disseminadas, apesar do processo ainda apresentar custos altos. Portanto, no
contexto do PIR - Araçatuba esta tecnologia será avaliada com todo mérito.
8.4 Estimativa do Potencial Teórico dos Recursos Utilizados pelas
Tecnologias das Células Combustíveis
Pela caracterização feita acima das tecnologias de células combustíveis, observou-se que
todas elas têm a participação do hidrogênio como combustível. Hoje este elemento é considerado
como vetor energético viável, apesar de não se encontrar disponível na natureza, o que faz
necessário encontrar os métodos da sua produção a baixo custo. Os atuais métodos baseiam-se na
reforma do metano e de outros hidrocarbonetos, na oxidação parcial e não catalítica de
combustíveis fosseis e combinações dos dois. No entanto, estes métodos processam-se em altas
temperaturas, requerendo energia. Outros métodos incluem o uso de membranas, a oxidação
seletiva de metano e a desidrogenação oxidativa, [Armor, J.N., 1999]. O hidrogênio pode também
ser obtido a partir de fontes renováveis tais como biomassa e água. A eletrólise da água é talvez o
processo mais limpo para a produção de hidrogênio, mas a sua aplicação será certamente restrita a
zonas onde o custo da energia elétrica é baixo, uma vez que este representa cerca de 80 % do custo
de produção. Outra alternativa promissora de produção do hidrogênio é a produção biológica de
hidrogênio, que provavelmente se tornará alternativa mais viável em relação aos métodos acima
apresentados. O hidrogênio produzido a partir de biomassa e/ou da fração biodegradável de
resíduos, para utilização como biocombustível, que é também denominado de bio-hidrogênio. A
produção de bio-hidrogênio combinada com o tratamento de resíduos orgânicos integra os
princípios do desenvolvimento sustentado e da minimização e tratamento dos resíduos, numa clara
aproximação às chamadas “Tecnologias Verdes”. Pois, a produção de hidrogênio através deste
método é feita dos processos anaeróbicos, aeróbicos, das bactérias fotossintéticas e cianobacterias.
A discrição acima feita mostra que o potencial do hidrogênio é inesgotável, a capacidade da
sua produção e da armazenagem vai depender só do desenvolvimento tecnológico. Portanto, para o
PIR da Região Administrativa de Araçatuba, se vê a possibilidade deste recurso fazer parte da
111
matriz energética da região. No futuro da economia energética da Região o hidrogênio pode vir ter
um papel preponderante como fonte de energia limpa, para utilização em pilhas de combustível que
podem ser utilizadas na indústria automotiva e na produção descentralizada de energia. O
hidrogênio tem um elevado poder energético (122 kJ/g), que é cerca de 2 vezes superior ao dos
hidrocarbonetos.
Tabela 29 a seguir.
112
Tecnolo Preço
Potência
gia
Nominal (kW) (US$/kW)
(US$)
Custo/Watt
Corrente
Tensão
de saída
Eficiência Eficiência
(potência (20%
de Combustível
nominal) carga)
Hidrogênio
I-1000
1kW
fuelcell
9.995,00
1,00
9.995,00
40A, 20A 24, 48, or
ou 8A
125 VDC
NA
padrão
NA
industrial
system
(99.95%)
S-500
FuelCell 29.300,00 0,50
58.600,00
0-50 A
46.700,00
0-50 A
32.000,00
0-50 A
10
1.150,00
NA
7*
1.215,00
4.025,00
7**
56.250,00
25
hidrogênio
45%
52%
45%
52%
45%
52%
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
575,00
NA
NA
NA
NA
NA
2.250,00
NA
NA
NA
NA
NA
3.000,00
NA
NA
NA
NA
NA
600.000,00 200,00 (venda) 3.000,00
NA
NA
NA
NA
NA
33.875,00 25,00
1.355,00
NA
NA
NA
435.000,00 250,00
1.740,00
NA
NA
NA
1.330,00
NA
NA
NA
NA
NA
600,00
NA
NA
NA
NA
NA
2.900,00
NA
NA
NA
NA
NA
2.000,00
NA
NA
NA
NA
NA
170.000.00 c/ combustível 1.700,00
NA
NA
NA
NA
NA
113
System
S-1000
FuelCell 46.700,00 1,00
System
S-2000
FuelCell 64.000,00 2,00
System
11.150
PEMFC 8.505,00
PAFC
12-18
30.000.000 100.000,00
4.322.500,
00
3.250,00
MCFC 60.000.000 100.000,00
VDC
24-36
VDC
48-72
VDC
industrial
hidrogênio
industrial
hidrogênio
industrial
NA NA
NA
NA
100.000,00
290.000.00 c/reforma
externa
100.000,00
200.000.00 c/reforma
interna
100.000,00
reciclado
8.5 Caracterização das Dimensões das Tecnologias e dos Recursos de
Células Combustíveis
As tecnologias de células combustíveis, apesar de terem baixas emissões de gases do efeito
estufa, e não produzirem ruído (graças à inexistência de peças moveis na sua estrutura), ainda
apresentam custos muito elevados. Por isso, antes de pensar em sua utilização em larga escala no
contexto do PIR, é necessário fazer uma avaliação profunda como para qualquer outra tecnologia.
Portanto, nos itens seguintes são levantados os aspectos técnico-econômicos, ambientais, sociais e
políticas destas tecnologias para sua futura penetração na matriz energética da Região
Administrativa de Araçatuba.
8.5.1 Aspectos Técnico-Econômicos das Células Combustíveis.
As células combustíveis listadas a seguir possuem potências que variam de 500 W a 100
MW, e utilizam diversos tipos de combustível. Nem todos os fabricantes forneceram todos os dados
importantes, como rendimento e tensão de saída, e os preços foram adquiridos ao longo do tempo, o
que pode levar a uma pequena variação atualmente.
A célula combustível mais usual e madura no momento, a de ácido fosfórico (PAFC) e as
que utilizam metanol (DMFC), têm eficiência de 40%. Entretanto, quando são utilizadas num
sistema de cogeração (onde se aproveita o calor rejeitado para gerar mais energia), as células de
ácido fosfórico podem obter eficiência de 85%. Outras tecnologias de CaCs têm suas eficiências
variando desde 40% até 85%.
8.5.1.1
Tabela Resumo dos Atributos
Tabela 29: Dados das células combustíveis
* Dados adquiridos em 2001
** Dados adquiridos em 2003
114
8.5.2 Aspectos Sociais das Tecnologias e dos Recursos de Células Combustíveis
A utilização em massa das células a combustível resulta em oportunidade de
desenvolvimento econômico e social. A adoção desta tecnologia abre novos mercados para as
indústrias de alta qualificação, fabricantes de componentes, integradores de sistemas, fornecedores,
comerciantes, empresas de manutenção e criação de empregos em diversas áreas.
Um fator que impede sua ampla utilização é o elevado custo. Setores com pouco poder
aquisitivo são incapazes de instalar sistemas como esses, e regiões agrícolas, que poderiam utilizálo para suprir as deficiências das grandes distribuidoras, também necessitam de subsídios para poder
implantá-lo.
8.5.3 Aspectos Ambientais das Tecnologias e dos Recursos das Células
Combustíveis
Pelo fato de produzirem energia sem combustão e sem partes móveis, as Células
Combustíveis são, em média, até 25% mais eficientes que os motores a combustão interna,
reduzindo a emissão de poluentes causadores do efeito estufa em até 50%.
Mesmo quando o hidrogênio é obtido a partir de fontes fósseis como o petróleo e o gás
natural, a emissão de dióxido de carbono (CO2) cai de 25 a 50%, e a fumaça produzida quando
comparada com equipamentos tradicionais como os geradores a diesel, diminui em 99%.
As micro-células a combustível são potenciais substitutos das baterias e pilhas usadas em
muitos tipos de equipamentos eletrônicos. Além da melhor performance que as células já oferecem,
elas podem reduzir a quantidade de baterias jogadas no lixo e que contaminam os aterros sanitários
e lençóis freáticos.
Redução da poluição sonora, pois as células a combustível operam silenciosamente. Abre a
possibilidade de geração de energia em casa, tal como já ocorre com os painéis solares
fotovoltaicos, além de diminuir a poluição sonora no trânsito, e a substituição de geradores a diesel
– tradicionalmente muito barulhentos, além de poluentes.
O hidrogênio não é um combustível tóxico, por isso, se ocorrer um vazamento, não irá
contaminar o meio-ambiente.
8.5.4 Aspectos
Políticos
das
Tecnologias
e
dos
Recursos
das
Células
Combustíveis
O fato de se utilizar as células combustíveis para geração distribuída e em transportes
ocasiona um aumento da segurança nacional de energia, devido a diminuição da probabilidade de
115
ocorrer racionamentos, “apagões”, instabilidades políticas e econômicas por causa da “guerra” pelo
petróleo. Isso nos proporciona uma maior independência com relação à variação do preço do barril
de petróleo e seus derivados. Para tanto, os governos e municípios devem criar mecanismos de
incentivos para estimulo à pesquisa em prol do desenvolvimento destas tecnologias e meios para
sua maior penetração no mercado da região.
9 Tecnologias Nucleares
Indo a sentido contrário do que se demanda hoje por energia e necessidade de limitar as
emissões de CO2, a energia nuclear tem tido uma tendência declinante no seu desenvolvimento. As
principais razões deste processo são:
•
Maior resistência do público contra energia nuclear em muitos países,
particularmente com relação a grandes acidentes nucleares, a disposição dos resíduos radioativos, o
transporte do material nuclear e os problemas de proliferação e terrorismo;
•
Os problemas econômicos enfrentados pelas usinas nucleares depois da liberalização
dos mercados de energia elétrica em alguns países da OCDE, inclusive o problema de financiar a
desativação das usinas e a disposição dos resíduos;
•
Maior rigor nas exigências de segurança para usinas nucleares novas e existentes;
•
O preço relativamente baixo dos combustíveis fósseis e os grandes avanços em
tecnologias concorrentes amparam a produção de energia elétrica.
Apesar dos pontos acima citados, sendo os fatores principais que levaram a declinação do
desenvolvimento da energia, hoje se torna notável um pequeno crescimento, que deve continuar até
2010 conforme as projeções a serem feitas.
A renovação da energia nuclear promete revigorar a geração de eletricidade no mundo todo
e aplacar as preocupações a respeito de emissões de gases de efeito estufa, apesar dos desafios ainda
existentes. No longo prazo, a energia nuclear pode se tornar mais segura, mais econômica, resistente
à proliferação e sustentável. Tudo isso devido às crescentes preocupações com segurança energética
e com os custos elevados dos combustíveis importados, principalmente pelos paises que mais
consomem energia. Para que isso se torne realidade, as pesquisas indicam os seguintes desafios para
que a energia nuclear possa atender às mais ambiciosas expectativas da atualidade:
•
A energia nuclear deve continuar economicamente competitiva no mercado mundial,
em especial, as empresas de energia devem controlar melhor os custos de capital;
•
A fim de tender às expectativas do público com relação a um desempenho
excepcional no aspecto da segurança, as usinas atuais precisam continuar operando de forma
116
segura, e as futuras devem melhorar continuamente a segurança nos mercados mundiais em
expansão;
•
A energia nuclear e seu ciclo de combustível devem ser vistos pelo público e pelos
líderes nacionais como sustentáveis; em especial, o combustível nuclear usado deve ser gerenciado
de modo seguro e eficaz quanto ao custo durante o período prolongado em que se mantém
altamente radioativo, e o fornecimento de combustível nuclear deve se estender por séculos em face
da redução dos combustíveis fósseis;
•
Os materiais nucleares do ciclo do combustível devem ser protegidos contra a
proliferação e o mau uso para fins não pacíficos.
Conseguindo atingir estas metas ambiciosas, sem dúvida, a energia nuclear voltará a retomar
o seu crescimento e contribuir para o suprimento da demanda em energia.
9.1 Introdução
A energia nuclear tem amplas aplicações no campo da medicina, agricultura, proteção ao
meio ambiente e indústria em geral. Na medicina ela propicia utilização de técnicas avançadas de
diagnóstico e de tratamento de inúmeras doenças. Na agricultura, ela é utilizada na irradiação de
alimentos, permitindo que os alimentos durem por mais tempo e produção de sementes. Na
indústria são utilizadas técnicas de verificação da qualidade de equipamentos, esterilização de
materiais médicos e cirúrgicos. Na área do meio ambiente, técnicas nucleares são utilizadas para
monitorar poluentes e identificar recursos aqüíferos. Além, é claro, da sua ampla utilização na
produção de energia elétrica.
Esta tecnologia deve ser considerada devido a algumas de suas vantagens. A principal dela é
a geração de grande quantidade de energia por área instalada. É a fonte de maior custo por causa
dos sistemas de emergência, de contenção, de resíduo radiativo e de estocagem. O grande problema
é que ela gera resíduos extremamente tóxicos, e em todo o mundo se busca uma forma segura e
economicamente viável de armazená-lo.
Os prótons têm a tendência de se repelirem, porque têm a mesma carga (positiva). Como
eles estão juntos no núcleo, comprova-se a realização de um trabalho para manter essa estrutura,
implicando, em conseqüência, na existência de energia no núcleo dos átomos com mais de uma
partícula. Pois, a energia que mantém os prótons e nêutrons juntos no núcleo é a energia nuclear.
Portanto, o aproveitamento desta energia é feita através das usinas térmicas nucleares, cujo esquema
está representado na figura 54.
117
A usina térmica nuclear é composta de seguintes elementos:
Reator Nuclear: equipamento onde se processa uma reação de fissão nuclear, assim como
um reator químico. É onde a fonte de calor é o urânio-235, em vez de óleo combustível ou de
carvão. A grande vantagem de uma Central Térmica Nuclear é a enorme quantidade de energia que
pode ser gerada, ou seja, a potência gerada, para pouco material usado (o urânio), Figura 54.
Figura 54: Comparação dos Energéticos Convencionais com Urânio
Um reator nuclear, para gerar energia elétrica, é construído de forma a ser impossível
explodir como uma bomba atômica. Primeiro, a concentração de urânio-235 é baixa (cerca de 3,2
%), não permitindo que a reação em cadeia se processe com rapidez suficiente para se transformar
em explosão. Segundo, porque dentro do Reator Nuclear existem materiais absorventes de nêutrons,
que controlam e até acabam com reação em cadeia, como, por exemplo, na parada do Reator.
O tipo de reator nuclear mais utilizado é o do tipo PWR (Pressurized Water Reator, ou seja,
reator a água pressurizada), porque contém água sob alta pressão. O urânio, enriquecido a 3,2 % em
urânio-235, é colocado em forma de pastilhas de 1 cm de diâmetro, dentro de tubos chamadas
“varetas” de 4 m de comprimento, feitos de uma liga especial de zircônio, denominada “Zircalloy”,
[43].
Varetas de Combustível: as varetas contendo o urânio, conhecidas como varetas de
combustível, são montadas em feixes, numa estrutura denominada de “Elemento Combustível”,
Figura 55. A Vareta combustível é a primeira barreira que serve para impedir a saída de material
radioativo para o meio ambiente.
118
Figura 55: Varetas de Combustível
Barras de Controle: São feitas de cádmio, material que absorve nêutrons, com o objetivo
de controlar a reação de fissão nuclear em cadeia. Quando as barras de controle estão totalmente
para fora, o reator está trabalhando no máximo de sua capacidade de gerar energia térmica. Quando
elas estão totalmente dentro da estrutura do Elemento Combustível, o Reator está parado (não há
reação de fissão em cadeia), Figura 56.
Figura 56: Varetas de Controle dentro do Vaso de Pressão
Vaso de Pressão: Os elementos combustíveis são colocados dentro de um grande vaso de
aço, como a Figura 56, com paredes, no caso de Angra 1, de cerca de 33 cm e, no caso de Angra 2,
119
de 23,5 cm. O vaso é montado sobre uma estrutura de concreto, com cerca de 5 m de espessura na
base. Ele contém a água de refrigeração do núcleo do reator. Essa água fica circulando quente pelo
gerador de Vapor, isto é, não sai desse sistema, chamado de Circuito Primário, Figura 58. A água
que circula no Circuito Primário é usada para aquecer outra corrente de água, que passa pelo
Gerador de Vapor. A outra corrente de água, que passa pelo Gerador de Vapor para ser aquecida e
transformada em vapor, passa pela turbina, em forma de vapor, acionando-a. É, a seguir,
condensada e bombeada de volta para o Gerador de Vapor, constituindo outro sistema de
refrigeração, independente do primeiro chamado de Circuito Secundário.
Independência entre os sistemas de refrigeração: a independência entre o Circuito
Primário e o Circuito Secundário tem como objetivo de evitar que, danificando-se uma ou mais
vareta, o material radioativo (urânio e produtos de fissão) passe para o Circuito Secundário. É
importante mencionar que a própria água do circuito primário é radioativa.
A Contenção: É a terceira barreira que serve para impedir a saída de material radioativo
para o meio ambiente, ela tem forma de um tubo (cilindro). Na Angra 1 a contenção tem uma
espessura de 3,8 cm, Figura 57.
Figura 57: A Contenção da Angra I e Angra II
Edifício do Reator: O edifício do reator constitui um ultimo envoltório, de concreto,
revestido a Contenção. Tem cerca de 1 m de espessura em Angra 1, Figura 57.
120
O edifício do Reator, construído em concreto e envolvendo a Contenção de aço, é a quarta
barreira física que serve para impedir a saída de material radioativo para o meio ambiente e, além
disso, protege contra impactos externos (queda de aviões e explosões).
Figura 58: Esquema de Usina Térmica Nuclear
As usinas de energia nuclear e as instalações de ciclo do combustível não precisam de
grandes áreas. Assim, o impacto ambiental da energia nuclear sobre a terra, as florestas e as águas é
mínimo e não requer o remanejamento de grandes populações.
No caso brasileiro, as vantagens da utilização da nucleoeletricidade são as seguintes:
•
Oferta de grandes blocos de energia firme, pois as centrais nucleares independem do
regime dos rios e apresentam fator de disponibilidade da ordem de 80%;
•
Independência energética, já que o País dispõe de reservas de urânio, matéria prima do
combustível nuclear, num total de 300.000 toneladas, equivalente a 6% das reservas mundiais, o
que permite suprir a demanda de 30 unidades de 1.300 MW de potência por 40 anos, e domina
quase que todo o ciclo do combustível nuclear;
•
O balanço ambiental das usinas nuclelétricas é positivo, pois elas não emitem gases
poluentes para a atmosfera tal como as usinas térmicas convencionais;
•
Quase esgotamento das fontes hidráulicas reais de geração na região de maior
consumo (Sul/Sudeste/Centro-Oeste );
•
Disponibilidade de tecnologia nacional para grande parte das necessidades na
construção de centrais nucleares e do ciclo do combustível nuclear
121
9.3 Caracterização dos Recursos de Energia Nuclear
Para caracterização deste recurso é interessante buscar entender de onde se retira a energia
nuclear. Já foi comentado anteriormente que os núcleos dos átomos dos elementos químicos
possuem uma grande quantidade de energia. Ele é constituído de partículas de carga positiva,
chamadas de prótons e de partículas de mesmo tamanho, mas sem carga, denominados nêutrons.
Prótons e nêutrons são mantidos juntos no núcleo por forças, até o momento, não totalmente
identificadas, Figura 59.
Figura 59: Estrutura do Núcleo
A utilização da energia do núcleo de átomos é feita através da divisão do núcleo “pesado”,
isto é, com muitos prótons e nêutrons, em dois núcleos menores, através do impacto de um nêutron.
A energia que mantinha juntos esses núcleos menores, antes constituindo um só núcleo maior, seria
liberada, a maior parte em forma de calor (energia térmica), Figura 60.
Figura 60: Impacto do nêutron no núcleo “pesado”
Fonte: www.cnen.gov.br
122
Essa divisão pode ser feita de duas maneiras:
Fissão Nuclear: a divisão do núcleo de um átomo pesado, por exemplo, do urânio-235, em
dois menores, quando atingido por um nêutron.
Reação em Cadeia: na realidade, em cada reação de fissão nuclear resultam, além dos
núcleos menores, dois a três nêutrons, como conseqüência da absorção do nêutron que causou a
fissão, tornando-se assim possível que esses nêutrons atinjam outros núcleos de urânio-235,
sucessivamente, liberando muito calor. Tal processo é denominado de Reação em Cadeia como
ilustra a Figura 61.
Figura 61: Reação em Cadeia
Urânio-235 e Urânio-238: São basicamente os recursos ou combustíveis utilizados para
geração de energia nuclear. O urânio-235 é um elemento químico que possui 92 prótons e 143
nêutrons no núcleo, a sua massa é, portanto, 92+143 = 235. Além deste, existem na natureza, em
maior quantidade, átomos com 92 prótons e 146 nêutrons (massa igual a 238), portanto chamados
urânio-238, que só tem possibilidade de sofrer fissão por nêutrons de elevada energia cinética, ou
seja, os chamados nêutrons “rápidos”. O urânio-235 pode fissionado por nêutrons de qualquer
energia cinética, preferencialmente os de baixa energia, ou chamados de nêutrons térmicos
(“lentos”).
Isótopos: São átomos de um mesmo elemento químico que possuem massas diferentes.
Pois, os elementos como urânio-235 e urânio-238 são isótopos de urânio. O hidrogênio também
123
apresenta essas características, apesar de não ser um combustível utilizado para geração nuclear
devido as suas características peculiares, que não serão comentadas aqui neste item. Além destes
isótopos, podem ser utilizados combustíveis provenientes do enriquecimento do urânio.
Urânio Enriquecido: Sabe-se que na natureza a quantidade de urânio-235 é muito pequena
(para cada 1000 átomos de urânio, 7 são de urânio-235 e 993 são de urânio-238, e a quantidade dos
demais isótopos é desprezível). Para ser possível a ocorrência de uma reação de fissão nuclear em
cadeia, é necessário haver quantidade suficiente de urânio-235, que é fissionado por nêutrons de
qualquer energia. Nos reatores nucleares do tipo PWR, é necessário haver a proporção de 32 átomos
de urânio-235 para 968 átomos de urânio-238, em cada grupo de 1000 átomos de urânio, ou seja,
3,2% de urânio-235. Devido o fato de que o urânio encontrado na natureza precisa ser tratado
industrialmente, com o objetivo de elevar a proporção (ou a concentração) de urânio-235 para
urânio-238, de 0,7 % para 3,2 %, torna-se necessário, primeiramente, ser purificado e convertido em
gás. Tal processo é chamado do processo de enriquecimento do urânio, [43].
Atualmente são conhecidas três técnicas para o enriquecimento urânio:
•
Difusão Gasosa;
•
Ultracentrifugação (em escala industrial);
•
Jato Centrifugo (escala de demonstração industrial);
Existe ainda uma quarta opção, ainda em fase de pesquisa, denominada Laser.
Por se tratarem de tecnologias sofisticadas, os países que as detêm oferecem empecilhos
para que outras nações tenham acesso a elas.
O uso destas tecnologias para o enriquecimento do urânio se baseia no processo físico de
retirada do urânio natural, aumentando urânio-238, em conseqüência, a concentração de urânio-235.
9.3.1 Estimava do Potencial dos Recursos Nucleares
A contribuição do potencial nuclear não foi considerada neste trabalho devido a atual forte
oposição em relação a esta fonte de energia. Talvez a longo poderá vir a fazer parte da matriz
energética da Região. No momento, limitou-se a caracterizar as suas tecnologias com objetivo de
mostrar que a dada forma de produção de energia não deve ser descarta, quando se pensa em longo
prazo, nas formas de energias limpas. Apesar das implicações da energia nuclear devido aos
acidentes já conhecidos, ainda continua a ser a energia do futuro, exigindo somente a maior
segurança no uso destas tecnologias e eliminações dos riscos provenientes da sua má utilização,
pelos grupos terroristas.
124
Não por caso, os estudos anteriores e atuais indicam o possível crescimento desta forma de
energia, e o constante investimento nas pesquisas para o aprimoramento da segurança.
9.3.2 Caracterização das Dimensões das Tecnologias e Recursos Nucleares.
Apesar de não ser estimado o potencial deste recurso energético, serão analisadas as suas
dimensões, para uma futura incorporação na matriz energética da região ou para futuro estudo das
possibilidades da sua inserção no processo do PIR. Portanto, nos itens seguintes serão descritas as
dimensões técnico-econômica, ambiental, social e política, bem como os aspectos inerentes ao
recurso nuclear.
9.3.3 Aspectos Técnico-Econômicos das Tecnologias e Recursos Nucleares
Em termos de custo, usinas nucleares podem ter despesas operacionais compatíveis com
outras tecnologias à medida que se aumenta a potência instalada (economia de escala). Porém, a
vida útil de uma usina nuclear é menor do que de uma usina térmica convencional. Os custos de
descomissionamento dos reatores quando atingem o final de suas vidas úteis é enorme. Na
Alemanha, o preço a ser pago para essa desativação e isolamento de cada reator nuclear está
estimado em algo entre U$ 10 e U$ 20 bilhões, [44].
Levantamentos mais detalhados de custos de instalação e manutenção na região de
Araçatuba exigiriam um estudo aprofundado e específico para isso, pois este depende de diversos
fatores como disponibilidade de matéria-prima, local de instalação, disponibilidade de água (para
resfriamento), demanda de energia local, etc. Estudos como este não são objetivos deste relatório.
9.3.4 Aspectos Sociais das Tecnologias e Recursos Nucleares
Muitos empregos são gerados na construção e operação de usinas nucleares. Ela também
possibilita um grande desenvolvimento da sociedade por ela abastecida, produzindo energia limpa e
confiável. O grande problema social é a rejeição e medo de muitas pessoas que ainda não conhecem
o funcionamento de uma usina nuclear. Além disso, existe o fato de ter que existir um depósito para
o lixo radioativo, necessitando-se de um lugar seguro e isolado dos centros urbanos, para diminuir
os riscos de graves acidentes.
9.3.5 Aspectos Ambientais das Tecnologias e Recursos Nucleares
A energia nuclear não emite gases de efeito estufa (dióxido de carbono, metano,
hidrofluorcarbonos, dentre outros) nem qualquer gás que provoca chuva ácida (anidrido sulfuroso,
óxidos de nitrogênio). Não emite nenhum metal carcinogênico, teratogênico e mutagênico (As, Hg,
Pb, Cd, etc.) como o fazem as opções que utilizam combustíveis fósseis. Também não emite gases
ou partículas que provocam smog nas cidades ou a destruição da camada de ozônio, mas produz
125
plutônio, um veneno quase eterno. Até hoje, países do mundo inteiro buscam uma forma de
armazenar este lixo radioativo de forma segura e duradoura, para que no futuro possamos tratá-lo e
liberá-lo para o ambiente sem maiores danos, ou que consigamos uma forma de contornar este
problema.
9.3.6 Aspectos Políticos das Tecnologias e Recursos Nucleares
Os aspectos políticos relacionados aos combustíveis nucleares já vêm sendo debatidos desde
que surgiu a idéia de controlar a energia nuclear para gerar eletricidade, apesar da clara consciência
de existir a possibilidade de abusar da mesma tecnologia com propósitos militares. Isso não é
segredo para ninguém. Afinal, as bombas atômicas lançadas sobre Hiroshima e Nagasaki em
Agosto de 1945 criaram um trauma humano que repercutiu no mundo inteiro.
A partir desta data começou-se a discutir as formas como deve ser usa a energia nuclear,
sendo a primeira proposta lançada pelo presidente norte americano, Dwight D. Eisenhover, em
1953, intitulada “Átomos para Paz”. Nesta proposta discutiram-se as formas de uso dos
combustíveis nucleares para fins pacíficos. Mas na realidade, essa iniciativa nasceu da necessidade
e de uma preocupação. A idéia de fundo dessa iniciativa era impedir que outros países
desenvolvessem seus próprios programas de armas nucleares.
Pois, os EUA tinham a bomba atômica como suprema demonstração do status de
superpotência, e qualquer outro país interessado poderia se beneficiar do uso pacífico da energia
nuclear, desde que abrisse mão de qualquer ambição de fabricar suas próprias armas nucleares. Por
outro lado, a intenção era parar o progresso que daria armas nucleares para a antiga União
Soviética, o Reino Unido, a França e a China, dentro de poucos anos após o fim da segunda Guerra
Mundial. Neste mesmo período, até os países amantes de paz como a Suécia e Suíça também
começaram a trabalhar clandestinamente no desenvolvimento da arma suprema. A República
Federal da Alemanha, que a partir do final da Segunda Guerra Mundial até 1955 não era a rigor um
estado soberano, desenvolveu ambições no mesmo sentido.
Outro acontecimento político em torno da energia nuclear de relevante importância foi o
tratado de Não-Proliferação Nuclear (TNP), que entrou em vigor em 1970. Este surgiu da iniciativa
do Eisenhover, assim como a Agência Internacional de Energia Atômica com sede em Viena,
fundada em 1957, cuja função era promover a tecnologia nuclear para a geração de eletricidade no
mundo todo e prevenir, ao mesmo tempo, que um número crescente de países desenvolvesse
bombas atômicas. Apesar destes esforços a AIEA não conseguiu barrar a proliferação. Até o final
da Guerra Fria, três estados adquiriram armas nucleares: Israel, Índia e África do Sul (este destruiu
suas armas nucleares, com o fim do sistema de apartheid no inicio dos anos 90), além das cinco
126
potências nucleares oficiais. Por outro lado, depois da Guerra do Golfo de 1991, os inspetores
descobriram um programa nuclear secreto no Iraque, que estava bastante avançado. Em 1998, a
Índia e Paquistão, que como Israel se negaram a assinar o TNP, mantiveram os testes das armas
nucleares, o que chocou o mundo. Em seguida, a Coréia do Norte comunista renegou seu
compromisso para com o TNP e se declarou de posse de armas nucleares. Este último se
transformou no maior potencial para estimular outros regimes autoritários, [45].
Todos estes processos derivam de um problema intrínseco associado à tecnologia nuclear:
mesmo com a maior boa vontade política e o recurso com sistemas de ponta no monitoramento, os
trabalhos civis e militares neste campo não podem ser claramente diferenciados, pois os ciclos de
combustível ou de fissão para aplicações pacíficas ou não pacíficas, em particular, correm por
caminhos paralelos. As tecnologias e conhecimentos se prestam para uso duplo, com resultados
fatais.
A questão que se coloca é que cada país que possui a tecnologia nuclear promovida pela
AIEA e pela Comunidade Européia de Energia Atômica (Euratom), mais cedo ou mais tarde será
capaz de fabricar sua própria bomba. Nos últimos 50 anos muitos chefes de estados ambiciosos e
sem escrúpulos criaram programas militares paralelos aos programas civis. Portando, são aspectos
políticos que envolvem energia nuclear e que ainda são de difícil resolução, porque envolvem
duplos interesses políticos: o de segurança energética e ao mesmo tempo o militar.
10 Tecnologias e Recursos Eólicos
Uma das formas de energias alternativas mais atraentes atualmente é a energia eólica. Sendo
assim, não poderá ficar de fora deste estudo, merecendo a devida atenção. Com o desenvolvimento
das tecnologias para a utilização em grande escala ou em escala comercial, tornou-se possível o
aproveitamento deste recurso, uma vez que as velocidades do vento permitam. A Região
Administrativa de Araçatuba ainda se carece dos estudos convincentes sobre a viabilidade do
aproveitamento de energia eólica. Por esta razão, nos levamos a colocar esta questão no centro da
discussão do trabalho, com o objetivo de buscar mecanismos que estimulem o desenvolvimento
deste recurso dentro do processo do PIR na região. Por isso, fez-se questão, na base das poucas
informações existentes, de avaliar e caracterizar este recurso e levantar todos os aspectos
relacionados às tecnologias eólicas.
10.1 Introdução
A energia dos ventos é uma abundante fonte de energia renovável, limpa e disponível em
muitos lugares. A utilização desta fonte energética para a geração de eletricidade, em escala
127
comercial, teve início há pouco mais de 30 anos e através de conhecimentos da indústria
aeronáutica os equipamentos para geração eólica evoluíram rapidamente, em termos de idéias e
conceitos preliminares para produtos de alta tecnologia. No início da década de 70, com a crise
mundial do petróleo, houve um grande interesse de países europeus e dos Estados Unidos em
desenvolver equipamentos para produção de eletricidade que ajudassem a diminuir a dependência
do petróleo e carvão. Mais de 50.000 novos empregos foram criados e uma sólida indústria de
componentes e equipamentos foi desenvolvida. Atualmente, a indústria de turbinas eólicas vem
acumulando crescimentos anuais acima de 30% e movimentando cerca de 2 bilhões de dólares em
vendas por ano (1999). O PIR da Região Administrativa de Araçatuba prevê a introdução desta
tecnologia para aproveitamento do recurso eólico disponível na região. Por isso é de suma
importância levantar alguns dos elementos (custos, eficiência, domínio da tecnologia, as condições
da sua penetração na região, etc) relacionados a esta tecnologia neste estudo, [3].
O mecanismo de funcionamento é bem simples. O vento atinge uma hélice, que ao
movimentar-se gira um eixo, que impulsiona um gerador de eletricidade. Este eixo pode ser vertical
ou horizontal. Os aerogeradores de eixo vertical aproveitam o vento que vem de qualquer direção, e
são mais indicados para moagem de grãos, irrigação (aproveitamento não-elétrico), recarga de
baterias. Já os de eixo horizontal dependem da direção do vento, e podem ter uma, duas, três ou
quatro pás.
Figura 62: Turbina eixo vertical
128
Figura 63: Turbina eixo horizontal
A geração eólica pode ser utilizada em um sistema isolado (para abastecer regiões onde a
concessionária não age), híbrido (em conjunto com outras formas de geração de energia), ou
interligado à rede.
10.3 Caracterização dos Recursos Eólicos da Região Administrativa de
Araçatuba
A Região Administrativa de Araçatuba carece das informações sobre o comportamento dos
ventos e suas velocidades. Para estimativas preliminares do potencial teórico do recurso eólico na
região, limitamo-nos a considerar os valores mínimos na base dos mapas sobre os ventos no Brasil.
Não se sabe ainda as informações precisas sobre as variações das direções dos ventos e os períodos
em que esses apresentam maiores velocidades. Atualmente, foi instalada uma torre que servirá
como início de um estudo mais aprofundado sobre este recurso. A torre ainda não entrou em
funcionamento pleno devido à falta de sensores, que estão para chegar. Portanto, neste relatório não
serão apresentadas as características detalhas sobre os ventos na região, mas somente serão feitas as
estimativas preliminares conforme apresentadas no item a seguir.
129
Figura 64: Potencial Eólico do Sudeste (CRESESB)
A Figura 64, [45], mostra os levantamentos feitos sobre o potencial eólico na região sudeste
do país. Na região Administrativa de Araçatuba os levantamentos anemométricos existentes
indicam ventos com velocidades menores que 5 m/s na sua maior parte, porém, em algumas áreas
estimam-se ventos com velocidades em torno de 6 m/s.
10.4 Estimativa do Potencial Teórico dos Recursos Eólicos da Região
Para a determinação de um valor numérico do potencial eólico, seria necessário um estudo
aprofundado do relevo, direção e freqüência do vento, e de possíveis mudanças climáticas na região
(como vem acontecendo atualmente no Brasil, tanto em relação à periodicidade das chuvas como do
vento). Também seria preciso avaliar as diferentes disposições das hélices, que seriam espalhadas
em uma área pré-determinada, de modo a alcançar o maior rendimento. Existem várias possíveis
configurações, e cada uma se adequa melhor a dadas condições.
130
Neste relatório, faremos uma análise simplificada, apenas para se ter uma idéia do potencial
da região. No mapa eólico [Figura 64], pode-se notar que a velocidade média na região de
Araçatuba está na faixa de 5 a 6m/s, insuficiente para um aproveitamento econômico em larga
escala. De qualquer modo, com o advento de novas tecnologias, esta situação pode se inverter.
Assumiremos a densidade do ar como sendo 1,2 kg/m³. Excluindo-se áreas onde é
impossível instalar aerogeradores, temos uma área teórica total de 15.249,66 km². Para uma
estimativa realista, são considerados apenas 60% como aproveitáveis, ou seja 9.149,80 km². Em
média, a área ocupada por um aerogerador equivale a um círculo de diâmetro igual a 4 vezes o
diâmetro da turbina eólica correspondente, implicando numa área 16 vezes maior que a área
envolvida pelas pás. Ventos a 50 m de altura uma velocidade média regional de 5,0 m/s. Considerase, para efeito de cálculo, o modelo de aerogerador disponível comercialmente no mercado
brasileiro com a altura de eixo em 50 m, com área varrida pelas pás de 1.385 m².
A potência total existente no vento (Pd) que passa pela área A em questão é representada
por:
Pd= 0,5. 1,2. (9149,8/16).106. 53 = 42 GW
Dois fatores de rendimento atuam na conversão da energia eólica em aerogeradores. O
primeiro, conhecido como rendimento de Betz, relacionado com a velocidade do vento na entrada e
na saída do rotor, assume valor máximo de 16/27, implicando em um rendimento de 59%. O
segundo, associado ao rendimento do gerador, pode ser assumido como 20% para o nível
tecnológico atual: P = 42 . 0,2 . 0,59 = 5 GW ou 8.760 GWh/ano = (para um fator de capacidade de
20%)
10.5 Caracterização das Dimensões dos Recursos Eólicos
Sendo hoje uma das formas das energias alternativas mais atraentes, limpas, e cotada para o
atual cenário do desenvolvimento sustentável, neste trabalho não deixará de merecer a devida
atenção. Para isso serão caracterizadas todas as dimensões para sua melhor avaliação dentro do
processo do PIR. Portanto, no item abaixo serão levantados todos os atributos relacionados às
dimensões técnico-econômica, ambiental, social e política dos recursos eólicos. Caracterização da
Dimensão Técnico-Econômica
O sistema eólico necessita de uma velocidade mínima do vento (velocidade do vento de
partida), para que possa haver movimentação das pás. A velocidade também não pode ultrapassar
um valor denominado velocidade do vento de corte, pois o gerador possui um limite máximo para
131
atuar corretamente. Alguns aerogeradores são equipados com sistemas que fecham as pás quando é
detectada uma velocidade acima da permitida, interrompendo a produção e protegendo o gerador. A
altura do eixo do rotor deve ser maior do que o dobro do comprimento das pás, para garantir um
bom funcionamento.
Um cálculo bem aproximado do potencial eólico da região de Araçatuba se daria com
estudos de relevo, velocidade do vento média, disponibilidade de áreas para implantação desse
sistema, e de custos detalhados de instalação e manutenção das turbinas. Além disso, o
posicionamento das hélices deve seguir um esquema baseado no relevo e direção do vento, variando
de lugar para lugar. Como uma primeira análise, vamos levar em conta apenas a velocidade média
do vento local, baseado na Figura 65.
Figura 65: Mapa de ventos do Brasil – CBEE
Da figura, temos que a velocidade média no oeste paulista não atinge nem os 5 m/s, sendo
então inviável utilizar grandes geradores. Apesar disso, está sendo instalado na região um aparelho
que será capaz de medir a velocidade do vento de forma mais precisa, para então se realizar novos
estudos mais aprofundados.
Na Tabela 30 temos alguns dos geradores encontrados, com suas respectivas especificações.
Tabela 30: Turbinas eólicas
Tecnologia
Potência
Velocidade
nominal
do vento de do vento de eixo
partida
Turbina Eólica
300
3.5
Velocidade Altura do Gerador
corte
do
rotor
25
31
Assíncrono,
6
132
OWW-300
kW
Turbina Eólica OHM30
m/s
30
kW
Turbina Eólica BWC
1500
3,5
m/s
m
25
m/s
3.6
1500
W
m/s
20
m
Não possui
m/s
pólos, 380 V
6
pólos, 380 V
24
m
Assíncrono,
Síncrono
(ímã
permanente),
tensão
e
freqüência
variáveis
Turbina
Eólica 90 W
Rutland WG910
1.8
Não possui
m/s
3 m Corrente
contínua
(ímã
permanente)
10.5.1.1
Aspectos Sociais das Tecnologias Eólicas
A tecnologia eólica possibilita a geração distribuída, permitindo o abastecimento de regiões
antes sem energia elétrica. Com isso, pode haver um grande desenvolvimento da agricultura e
sociedade local, criação de empregos relacionados à instalação e manutenção dos equipamentos,
bem como uma melhora nas condições de vida da população residente nesta área.
O desconforto proporcionado por ruídos pode ser um grande problema para aqueles que
moram próximo ao local onde foram instalados os geradores. O barulho produzido pelos geradores
pode incomodar de forma significativa aos habitantes das proximidades da área ocupada, havendo a
necessidade de janelas anti-ruídos, ou mesmo impossibilitando o empreendimento.
Também deve ser considerado o efeito visual muitas vezes negativo, pois os grandes
geradores ocupam o espaço antes preenchido por paisagens consideradas por muitas pessoas mais
agradáveis. Montanhas cheias de árvores e ambientes rurais podem ser substituídos por grandes e
espaçosas hélices de metal, alterando o ambiente e sua beleza natural.
10.5.1.2
Aspectos Ambientais das Tecnologias Eólicas
A energia eólica não polui a atmosfera durante sua operação, portanto é vista como uma
contribuição para a redução de emissão de gases de efeito estufa e na redução da concentração de
CO2.
133
Os impactos ambientais gerados pela energia eólica estão relacionados principalmente a
ruídos, ao impacto visual e ao impacto sobre a fauna.
Segundo Tolmasquim (2004), [46] e [47], a tecnologia atual mostra que é possível a
construção de turbinas eólicas com níveis de ruído bem menores, visto que as engrenagens
utilizadas para multiplicar a rotação do gerador podem ser eliminadas caso seja empregado um
gerador elétrico que funciona em baixas rotações (sistema multipolo de geração de energia elétrica).
Como exemplo de impacto por ruído, tem-se uma fazenda eólica na Carolina do Norte, onde as
máquinas das turbinas emitiam vibrações que adoeciam pessoas, balançavam janelas, e fizeram com
que as vacas parassem de dar leite, [48].
As turbinas eólicas geram um impacto visual de difícil quantificação, mas por possuírem
corpos com aproximadamente 40 metros de altura e hélices de 20 metros, com certeza impactam a
paisagem. Outro aspecto do impacto visual são as movimentações das sombras provocadas pelas
hélices, que deve ser considerado quando há implantação próxima a áreas habitadas. Planejamentos
devem maximizar a potencialidade do uso de terras, [49].
Também existe o impacto sobre a fauna, visto a colisão de pássaros com as estruturas.
Entretanto, estudos comprovam que a mortalidade de pássaros em função de turbinas eólicas é
pequena e isolada, como na Espanha, onde de as turbinas foram instaladas numa rota de migração
de pássaros. Entretanto, distúrbios na proliferação e descanso de pássaros podem ser um problema
em regiões costeiras, [50].
As turbinas eólicas em algumas áreas podem refletir as ondas eletromagnéticas, interferindo
em sistemas de comunicação que utilizam este tipo de tecnologia, por exemplo, transmissões
televisivas.
A circulação padrão do ar é modificada pela operação das turbinas, o que pode afetar o
clima local e gerar micro-climas.
Atualmente, a geração de energia eólica de forma dispersa ou individualizada (como em
edificações) é possível através de pequenos geradores eólicos que podem ser instalados em locais
onde a velocidade do vento atinja no mínimo 4 metros por segundo.
10.5.2 Aspectos Políticos das Tecnologias Eólicas
A dimensão política do uso do recurso eólico está relacionada aos fatos que interpretam os
anseios nacionais em favor do desenvolvimento sustentável, e o cumprimento das condições do
Protocolo de Kyoto. Também existe a necessidade de diversificação do parque gerador de energia
elétrica, além do domino das tecnologias da geração de energia através do vento. Somando estes
134
fatos, começou-se a direcionar os esforços em pesquisa para implementação das políticas para o
desenvolvimento das energias alternativas, inclusive a energia eólica, cujos projetos de grande porte
estão em andamento no Estado do Ceará. Devido a estas políticas o Brasil já começou a fabricar as
turbinas eólicas, o que pode contribuir imensamente para o crescimento da economia de larga
escala, sem provocar grandes impactos ambientais.
Outro aspecto político que deve ser dada atenção está relacionado à escolha do local de
instalação da usina. Dependendo do tipo de posse do local, se tornarão necessárias certas
articulações políticas para definição e exploração do local adequado para instalação deste tipo de
empreendimento.
Além destes aspectos apresentados, a energia ainda apresenta os seguintes problemas, que
na definição da política da expansão dos sistemas eólicos no parque de geração devem ser bem
estudos e analisados:
•
A energia eólica não pode ser garantida constantemente na maior parte das regiões.
Esta desvantagem pode, porém, ser reduzida através de uma gestão da carga associada a outras
fontes de energias renováveis como a biomassa, o biogás, centrais hidrelétricas e solares, assim
como outros sistemas de armazenamento. Essa gestão precisará ser avaliada dentro das políticas
regulatórias e das concessões.
•
As políticas econômicas nacionais ou regionais devem incorporar dentro dos seus
planos de desenvolvimento econômico os sistemas de apoio aos sistemas eólicos, uma vez que a
produção de eletricidade está fortemente dependente das condições de vento e da escolha do local
adequado.
11 Tecnologias de Gás Natural
As tecnologias aplicadas ao uso do gás natural englobam as tecnologias utilizadas desde a
fase de exploração e desenvolvimento, as tecnologias para produção, processamento, transporte e
distribuição. Neste trabalho as tecnologias a serem comentadas serão as tecnologias para geração de
energia, utilizando o gás natural.
11.1 Introdução
O gás natural, depois de tratado e processado, é largamente utilizado em indústrias, no
comércio, em residências e em veículos. Na indústria, o gás natural é utilizado como combustível
para fornecimento de calor, como matéria-prima em vários setores tais como: químicos,
petroquímico, metalúrgico, plástico, cerâmico, vidros, farmacêutico, têxtil, borracha e pneus, papel
e celulose, fertilizantes, como redutor siderúrgico, na geração de força motriz e eletricidade, e mais
135
recentemente em projetos de co-geração de alta eficiência energética. No comércio e serviços, é
utilizado em restaurantes, bares, hotéis, hospitais, shoppings e supermercados, substituindo com
vantagens o GLP, óleo diesel e a lenha. Em residências, o gás natural substitui também o GLP.
Sendo distribuído de forma canalizada, elimina o uso de botijões, aumentando a segurança das
instalações.
Também vem sendo utilizado em veículos há várias décadas em diversos países como a
Argentina, Itália, USA, entre outros, em substituição ao uso da gasolina e álcool com grandes
vantagens. No Brasil, já se pode quase atravessar o país indo de Porto Alegre, no Rio Grande do
Sul, a Fortaleza, no Ceará, utilizando o Gás Natural como combustível.
A geração de eletricidade é feita através da queima do gás natural nas turbinas que acionam
os geradores de energia. Podem operar em dois ciclos básicos:
•
Ciclo aberto: os gases quentes gerados na queima do gás na turbina são liberados na
atmosfera, alcançando rendimentos em torno de 35%;
•
Ciclo combinado: os gases quentes gerados são aproveitados para gerar vapor a alta
pressão que é utilizada em turbinas a vapor para gerar mais energia elétrica; estes sistemas
alcançam rendimentos na ordem de 55%, [51].
As principais vantagens de características do gás natural seco em relação a outros
combustíveis são: o baixo teor de enxofre para mesmo conteúdo energético (1.000 vezes menor que
o carvão e os óleos combustíveis pesados e 300 vezes menor que óleos comestíveis domésticos); a
alta pureza do gás e dos produtos da combustão (baixíssimos níveis de poluição em relação a outros
combustíveis, não dão origem a depósitos de resíduos que causem dano ou afetem a eficiência das
instalações); o seu estado gasoso (permite diversidade de queimadores, ampla faixa de potências
caloríficas, alta octanagem (125 octanos) e queima mais completa); o fato do usuário não precisar
de área e instalação para estocagem de combustível.
Já as desvantagens são: menor poder calorífico por unidade de volume (importante para o
transporte e a construção civil, onde é necessária a estocagem em móveis com reservatórios de 40 a
60 l, a 200 bar); sistema de transporte e distribuição mais difícil, caro e menos flexível; o fato da
radiação luminosa emitida (maior parte da energia calórica liberada) pelo GN ser menor que a do
carvão e a dos óleos combustíveis (logo capacidade de transmissão de calor por radiação também
136
menor), o que leva a necessidade de equipamentos com maiores superfícies (mais volumosos e
onerosas) para uma mesma capacidade de calor transmitido em fornos, caldeiras, etc.
11.3 Caracterização do Gás Natural para Região Administrativa de
Araçatuba
O gás natural é um combustível fóssil, encontrado em rochas porosas no subsolo, podendo
estar associado ou não ao petróleo.
O gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos leves, que sob temperatura ambiente e
pressão atmosférica permanecem no estado gasoso. Ele é composto basicamente por metano, etano,
propano e, em proporções menores, de outros hidrocarbonetos de peso molecular maior.
Geralmente apresenta baixos teores de contaminantes como o nitrogênio, dióxido de carbono, água
e compostos de enxofre. Sua composição pode variar dependendo do fato do gás estar associado ou
não ao óleo, ou de ter sido ou não processado em unidades industriais. Sua formação resulta do
acúmulo de energia solar sobre matérias orgânicas soterradas em grandes profundidades, do tempo
pré-histórico, devido ao processo de acomodação da crosta terrestre.
Mais leve que o ar, o gás natural dissipa-se facilmente na atmosfera em caso de vazamento.
Para que se inflame, é preciso que seja submetido a uma temperatura superior a 620°C. A título de
comparação, vale lembrar que o álcool se inflama a 200°C e a gasolina a 300°C. Além disso, é
incolor e inodoro, queimando com uma chama quase imperceptível. Por questões de segurança, o
GN comercializado é odorizado com enxofre.
A principal vantagem do uso do gás natural é a preservação do meio ambiente. Além dos
benefícios econômicos, o GN é um combustível não-poluente. Sua combustão é limpa, razão pela
qual dispensa tratamento dos produtos lançados na atmosfera. É um ótimo substituto para as usinas
a lenha e nucleares, diminuindo os níveis de poluição, de desmatamento e de acidentes ambientais.
Foi inaugurado o ramal de Araçatuba do Gasbol trazendo gás natural do “city-gate” de
Bilac. O volume de gás comercializado é de 1,7 milhões m³/mês, na indústria e com o GNV. O
3
limite técnico é da ordem de 4 milhões de m /mês, [52].
11.4 Estimativa do Potencial Teórico do Gás Natural para Região Administrativa de
Araçatuba
O gasoduto Brasil-Bolívia passa pela região de Araçatuba, cuja capacidade de transporte é
de 30 milhões de m3 ao dia. Considerando que todo o gás dele proveniente possa ser utilizado,
137
teremos um abastecimento de 10,95 x 109 m3/ano. Sabendo-se que para 1 m3 de gás temos
11,45kWh, então teremos um potencial teórico de 125.377,5 GWh/ano = 10.780.009,55 tEP/ano.
11.5 Caracterização das Dimensões do Gás Natural
O intuito de diversificar a matriz energética nacional faz com o gás natural torne-se um dos
importantes energéticos hoje no Brasil. Para a Região de Araçatuba, onde passa o Gasoduto
Bolívia-Brasil, é ainda mais relevante a consideração deste energético na matriz regional. Por esta
razão, serão levantados e avaliados os atributos ligados às quatro dimensões do PIR na Região para
o Gás Natural.
11.5.1 Aspectos Técnico-Econômicos do Gás Natural
Atualmente, os ciclos combinados são comercializados em uma ampla faixa de capacidades,
módulos de 2 MW até 800 MW, e apresentam rendimentos térmicos próximos de 60%. Estudos
prospectivos indicam rendimentos de até 70%, num período relativamente curto, [53]. Susta e Luby
(1997) afirmam que eficiências dessa ordem podem ser alcançadas em ciclos de potência que
utilizem turbinas a gás operando com temperaturas máximas mais elevadas – da ordem de 1.600°C
(atualmente, a temperatura máxima das turbinas atinge 1.450°C), [54]. Uma alternativa é o uso da
chamada combustão seqüencial, em que há reaquecimento dos gases de exaustão. As maiores
turbinas a gás chegam a 330 MW de potência e os rendimentos térmicos atingem 42%, [55].
O custo específico é calculado dividindo-se o custo do gerador pela potência nominal do
mesmo, e da uma idéia do custo-benefício de cada um deles.
Na Tabela 31 temos alguns pequenos grupos geradores a gás.
Tabela 31: Preços de pequenos grupos de geradores a gás
Modelo
Potência
contínua (kW)
Preço
Preço
específico
(US$)
(US$/kW)
Kohler 12RZ
9
15.153
1.684
Kohler 20RZ
17
17.403
1.024
Kohler 30RZG
32
18.458
577
Kohler 35RZG
36
19.089
530
Kohler 50RZG
50
21.789
436
Kohler 80RZG
74
28.273
382
138
Kohler 100RZG
81
29.404
363
Kohler 135RZG
125
67.778
542
Kohler 150RZG
135
70.071
519
Kohler 180RZG
160
73.898
461
Stemac/Waukesha
80
129.290
1.616
VSG11G
11.5.2 Aspectos Sociais do Gás Natural
O sistema de produção de energia a gás natural é relativamente mais seguro, quando
comparado à produção com outros tipos de combustíveis, uma vez que o gás natura se dispersa
facilmente, diminuindo os riscos de explosões por vazamento.
O gasoduto Brasil-Bolívia facilita muito o abastecimento da região em estudo. Há um
estímulo à instalação de novas indústrias, um aumento da oferta de empregos, aumento da demanda
por Bens e Serviços, maior produtividade e menores custos para os usuários, e aumento da
disponibilidade de energéticos.
11.5.3 Aspectos Ambientais do Gás Natural
Não é apenas na fase final do processo de geração de energia (combustão, no caso do gás
natural) que há impacto ambiental. Temos que considerar desde o momento em que este o
combustível é obtido. Podemos listar como principais impactos:
•
Impactos das fases de construção e operação sobre a saúde ocupacional (acidentes);
•
Impactos das emissões de gases de estufa (CO2, CH4 e N2O) das fases de
extração/operação da plataforma de gás e da geração de energia sobre os homens, ecossistemas
terrestres e aquáticos, e os sistemas não vivos;
•
Impactos das emissões atmosféricas da fase de geração de energia sobre os homens e
os ecossistemas terrestres;
•
Elevação da temperatura da água onde termelétricas próximas a leitos de rios ou mar
são instaladas, pois a água é devolvida mais quente, o que pode comprometer a fauna e a flora da
região, além de aumentar também a temperatura média local;
•
O efeito acumulativo da chuva ácida impacta ambientes, colheitas, e materiais
florestais e aquáticos. Por exemplo, lagos ácidos possuem dificuldade para manter a pesca; a acidez
pode retardar o crescimento de árvores e causar danos ao solo; reduzem campos rurais, e
prejudicam as plantas; o ácido ataca materiais de edifícios expostos (Ottinger, 1991).
139
11.5.4 Aspectos Políticos do Gás Natural
Ainda não é obstante acreditar que caberá ao gás natural o papel principal de transformar-se
em energia alternativa para muitos consumidores. A decisão governamental de encorajar a geração
de eletricidade a gás pode não estar em sintonia com a decisão dos consumidores de utilização
direta do gás para resolver os seus problemas energéticos, [55]. Portanto, é necessário propor uma
estratégia que permita o avanço na utilização do gás natural, sendo este uma energia limpa, apesar
da complexidade tecnologia para o seu uso. Para isso, precisa-se desenvolver políticas que
permitam atingir as seguintes metas:
•
Políticas orientadas ao incentivo do uso das tecnologias para autogeração de
eletricidade;
•
As políticas que incentivem a expansão da utilização descentralizada do gás;
•
Ao melhoramento das infra-estruturas existentes e implementação das novas com
maior eficiência;
•
Criação das políticas que favoreçam o gás natural devido a razões ambientais;
•
Fazer com que essas diretrizes entrem na agenda energética e tecnológica brasileira e
regional.
•
12 Tecnologias de Energia Geotérmica
As tecnologias das usinas geotérmicas são as mesmas utilizadas nas usinas a gás. Neste
trabalho será dada atenção a sua concepção arquitetônica e às formas de aproveitamento dos
recursos geotérmicos. As descrições das características técnicas das tecnologias podem ser vistas no
item das tecnologias do aproveitamento do gás natural e da biomassa.
12.1 Introdução
A energia geotérmica é conhecida há muito tempo. Desde os tempos antigos as fontes
geotérmicas eram utilizadas para os banhos, especialmente pelos seus efeitos medicinais. Alguns
povos têm utilizado as fontes térmicas para obtenção de água potável, condensando o vapor, e para
cocção dos alimentos. Outra razão que acelerou o uso das fontes térmicas é a extração de forma
tradicional dos mineiros associados às atividades hidrotérmicas.
Sem dúvida, o descobrimento do sal de Boro em manifestações térmicas de Larderello na
Itália, no final do século XVIII, marcou o inicio da utilização industrial dos recursos geotérmicos. A
indústria do ácido bórico que se iniciou em 1812 só deu passo pela primeira vez em 1904 para
geração de eletricidade a partir do vapor geotérmico. Em 1913 entra em funcionamento uma usina
140
de 250 kW na Itália. Desde então, a Itália foi aumentando a sua capacidade de geração com o uso
deste recurso, que em 1995, atingiu os seus 632 MW, [57].
Por volta de 1920 foram descobertos poços exploratórios em: Beppu (Japão) onde em 1924
foi construída uma usina experimental de 1kW; em The Geysers e Niland (Califórnia), onde se
iniciou um projeto para instalação da usina geotérmica, mas que foi abandonado por falta do
mercado para eletricidade; em Tatio (Chile) foram perfurados dois poços de 60 m de profundidade
cada um, que também foi abandonado pelas dificuldades financeiras. Esse período foi o período de
expansão da exploração das fontes geotérmicas. Mas, o maior desenvolvimento deste recurso e sua
tecnologia se deram a partir dos anos 60, o período em que iniciam, em diversas partes do mundo,
as intensas atividades de pesquisa e de exploração dos recursos geotérmicos, com objetivo de
utilizá-los como energia de calor para geração de eletricidade. A intensidade de pesquisas destes
recursos proporcionou o rápido desenvolvimento das tecnologias geotérmicas, fazendo com que, em
1995, a capacidade instalada das usinas geotermoelétricas atingisse cerca de 6.790 MW, projetandose esse valor para 9.960 em 2000, [58]. Neste mesmo período o uso direto da energia geotérmica
para calefação, nos processos industriais ou agropecuários, continha uma capacidade perto de 8.300
MWh, [59].
Pelos relatos acima se conclui que as tecnologias geotérmicas continuarão a ter um
crescimento no seu desenvolvimento devido à abundância deste recurso, cujas limitações foram os
altos custos de perfuração. O PIR da Região Administrativa de Araçatuba deve considerar esses
recursos, apesar de não se dispor dos estudos neste momento. Por esta razão, também serão
caracterizadas as tecnologias geotérmicas e os recursos utilizados para este tipo de geração.
12.2 Principais
Características
Construtivas
das
Tecnologias
Geotérmicas
As principais características construtivas das tecnologias das usinas geotérmicas não se
diferem muito das tecnologias utilizadas em usinas térmicas. A diferença se verifica mais nas suas
peculiaridades arquitetônicas e formas de captação do vapor para geração de energia geotérmica em
função do tipo da fonte. Portanto, a caracterização das tecnologias feita no item 7 também serve
para estas tecnologias, exceto alguns equipamentos adicionais para o aproveitamento deste recurso
tais como permutadores de calor e outros como mostram as figuras Figura 66 e Figura 67, [59].
141
Figura 66: Ilustração Esquemática de uma Usina Geotérmica
Figura 67: Permutador de Calor nas Usinas Geotérmicas
12.2.1 Estrutura dos Sistemas Geotérmicos
Os antecedentes até então relatados nas pesquisas geológicas, geofísicas e geoquímicas de
uma grande quantidade de sistemas geotérmicos permitem construir um modelo básico da estrutura
destes sistemas. Cada sistema se difere de certa forma dos outros, e essa diferença está
condicionada aos seguintes fatores básicos:
142
Fonte de Calor (Fontes Hidrotérmicas): corresponde geralmente a um corpo de magma a
temperaturas entre 600 a 9000C, localizado a 10 km de profundidade, de lá é transmitido o calor
para as rochas circundantes.
Fontes de Recarga de Água: são fontes cuja água meteórica ou a água superficial tem a
possibilidade de infiltrar-se em subsolo através das fraturas ou rochas permeáveis até alcançar a
profundidade necessária para ser aquecida.
Reservatórios: É um volume das rochas permeáveis a uma profundidade acessível mediante
as perfurações, onde é armazenada a água quente ou vapor, que pode ser utilizado.
Coberturas Impermeáveis: São coberturas que impedem a saída dos fluxos até a superfície
do sistema, normalmente são rochas argilosas ou a precipitação dos sais das mesmas fontes
térmicas.
A estrutura das fontes geotérmicas leva a uma caracterização de diversos tipos de sistemas
geotérmicos como se segue no próximo item.
12.2.2 Tipos de Sistemas Geotérmicos
De acordo principalmente com a recarga da água e com a estrutura geológica do sistema, os
sistemas geotérmicos podem ser divididos nos seguintes tipos:
Sistemas de Água Quente: Os reservatórios contêm água a temperaturas entre 30 a 1000 C.
Estes sistemas são utilizados atualmente para calefação e na agroindústria principalmente.
Sistemas de Água – Vapor: Denominados também de vapor úmido, contêm água com
pressão baixa a temperaturas superiores a 1000 C. Este tipo de sistemas geotérmicos é mais comum
e de maior utilização atualmente, a temperatura do vapor pode chegar a temperatura de até 3500 C.
Sistemas de Vapor Seco: Ou chamados de vapor dominante, produzem vapor
superaquecido, a separação fase gasosa ocorre dentro do reservatório. O grau de superaquecimento
pode chegar a 500 C. Este tipo de sistemas é pouco comum. Como exemplos deste tipo pode-se citar
os sistemas de Larderello (Itália), The Geysers (Califórnia) e Matsukawa (Japão).
Sistemas de Rochas Secas Quentes: É um tipo encontrado nas chamadas zonas de alto
fluxo calorífico. Entretanto são impermeáveis de tal modo que não há circulação dos fluxos que
podem transportar o calor. A exploração deste tipo de sistemas ainda está na fase de estudos. Nos
Estados Unidos está sendo desenvolvido um projeto cujo objetivo é criar artificialmente um
reservatório, no qual será injetada água fria e recuperada água quente ou o vapor (Los Alamos,
Novo México).
143
12.3 Caracterização
dos
Recursos
Geotérmicos
na
Região
Na Região Administrativa de Araçatuba, em geral, os estudos sobre o aproveitamento dos
recursos geotérmicos ainda estão na sua fase preliminar. Mas é um recurso que merece atenção
neste projeto devido às exigências do PIR e também apontando para um futuro longo as
possibilidades de este recurso vir-se a integrar a matriz energética regional. Hoje não é considerado
viável, mas no futuro não se sabe. Por esta razão, serão caracterizados os recursos e feita as
estimativas do seu potencial teórico.
No centro da terra existem temperaturas superiores a mil graus centígrados, suficientes para
criar uma corrente de calor que sai à superfície. A saída destas correntes de calor ocorre em regiões
determinadas do planeta, que são as que apresentam maior interesse para exploração desta forma de
energia. Para que se possa obter um bom aproveitamento é necessário que haja um fluido receptor
da energia calorífica (água, vapor ou ambos). Existem dois tipos dos receptores:
•
Hidrotérmicas: Contém água armazenada em uma rocha permeável cercada de uma
fonte de calor.
•
Sistemas de rochas quentes: formados por camadas de rochas impermeáveis que
cubram um foco calorífico. Para o seu aproveitamento é necessário fazer uma perfuração até
alcançar o reservatório para injetar água fria, e aproveitar o calor desta água aquecida.
A caracterização dos recursos geotérmicos pode ser feita da seguinte forma, conforme
mostram as pesquisas geológicas:
•
A energia geotérmica de altas temperaturas: as suas temperaturas estão entre 150 a
4000 C. O vapor é produzido na superfície, enviando-o para as turbinas gera eletricidade.
•
A energia geotérmica de médias temperaturas: aquela em que os fluxos dos
aqüíferos estão a temperaturas entre 70 a 1500 C. Neste caso, a conversão calor-eletricidade é
realizada a um menor rendimento. Para melhor o rendimento no aproveitamento desta forma devese utilizar um fluido volátil intermediário. O aproveitamento deste recurso é feito através das
pequenas centrais termelétricas.
•
A energia geotérmica de baixa temperatura: O aproveitamento deste recurso é mais
amplo que os anteriores. Pode ser aproveitado em todas as bacias sedimentares. É devido ao
gradiente térmico. As temperaturas dos fluidos estão entre 60 a 800 C.
144
•
A energia geotérmica de muita baixa temperatura: quando as temperaturas estão
compreendidas entre 20 a 60 graus. Esta energia é utilizada para as necessidades domésticas
urbanas e agrícolas.
O valor médio do gradiente térmico ao nível mundial é de 300 C/km. Considerando este
gradiente e uma profundidade até 2000 metros, obteríamos uma temperatura entre 60 a 700 C, [57].
Para a Região Administrativa de Araçatuba pode-se tomar este valor como valor de base
para avaliação do potencial geotérmico teórico que será feita no próximo item.
12.4 Estimativa do Potencial Teórico dos Recursos Geotérmicos na
Região Administrativa de Araçatuba
Por falta dos levantamentos e estudos detalhados sobre este recurso energético ao nível
nacional considerou-se nesta estimativa um valor na base das médias mundiais estimadas. Para a
região Administrativa de Araçatuba tomou-se como valores para estimativas os seguintes dados:
temperaturas entre 60 a 700 C e, para uma profundidade de mais ou menos 2000 metros, um
gradiente médio de 300C/km.
Considerando estes valores médios mundias para Região Administrativa de Araçatuba,
pode-se obter um potencial teórico de 99 MW/m2 para uma exploração deste recurso no fundo do
mar ou oceano e de 57 MW/m2 para zona continental, fazendo a perfuração até 2000 m, [57].
12.5 Caracterização das Dimensões dos Recursos e Tecnologias
Geotérmicas
O uso das tecnologias para produção de energia, ou seja, para o aproveitamento de qualquer
recurso energético, sempre vai ser acompanhado por alguns impactos ambientais, sejam eles
positivos ou negativos. Também vai envolver alguns interesses do nível político ou social.
Finalmente, será necessária uma avaliação da viabilidade técnico-econômica dos projetos em
concepção. Por isso, para os recursos e tecnologias geotérmicas também se propôs fazer a
caracterização das dimensões inerentes ao processo do PIR neste trabalho, que são: aspectos
técnico-econômicos, ambientais, sociais e políticos.
12.5.1 Aspectos Técnico-Econômicos dos Recursos e das Tecnologias Geotérmicas
A energia geotérmica tem sido utilizada mundialmente há tempos para aquecimento,
enquanto a geração de eletricidade é limitada a poucos locais com condições geológicas específicas.
Extensas pesquisas adicionais de desenvolvimentos são necessários para acelerar o progresso dessa
tecnologia. Em particular, a criação de vastas superfícies de troca de calor subterrâneas (tecnologia
145
HDR) e o aperfeiçoamento de geradoras de calor e energia com o Ciclo Orgânico Rankine (ORC,
em inglês).
Como uma grande parte dos custos das usinas geotérmicas são decorrentes da perfuração
profunda, as informações já disponíveis do setor petrolífero podem ser usadas, com fatores de
aprendizagem observados de menos de 0,80. Considerando um crescimento médio global do
mercado de energia geotérmica de 9% ao ano até 2020, reduzido para 4% depois de 2030, o
resultado seria uma potencial redução de custos em 50% até 2050. Além disso, apesar dos altos
valores atuais (cerca de 20 centavos/kWh), os custos da produção de eletricidade – dependendo dos
custos de fornecimento de calor – estão previstos para baixar para cerca de 6-10 centavos/kWh no
longo prazo. Devido à sua oferta não flutuante, a energia geotérmica é considerada um elementochave na infra-estrutura futura de oferta de energia baseada em fontes renováveis, [60].
12.5.2 Aspectos Ambientais dos Recursos e das Tecnologias Geotérmicas
As considerações ambientais que se podem apontar no uso destas tecnologias são:
Poluição do ar: quase todos os fluxos geotérmicos contêm gases dissolvidos neles. Estes
gases são liberados à atmosfera de alguma maneira. Os estudos indicam que, apesar tudo, uma usina
deste tipo produz 1/6 das emissões de CO2 por kW gerado em comparação às usinas térmicas
convencionais. A descarga de vapor de água e do dióxido de carbono não é relevante neste tipo de
sistema. Por outro lado, o odor desagradável e as características corrosivas de H2S são causas de
preocupação nas usinas geotérmicas. Nas fontes com alta concentração do H2S os odores chegam a
causar náuseas nas pessoas, e podem provocar sérios problemas de saúde. Para o organismo
humano a concentração até 667 ppm deste gás pode causar em alguns minutos a morte. O valor
permitido da concentração deste gás que o ser humano pode suportar é 0,030 ppm (o limite normal).
Em algumas usinas a concentração do H2S chega a 1 ppm. Por esta razão, na maioria das usinas são
construídas cercas ao redor da fonte quente, que naturalmente são caracterizadas pelos odores
sulfurosos. Também são feitas instalações adicionais para o tratamento dos gases não condensados
antes de serem liberados para atmosfera. Mesmo o vapor condensado, caso haja uma concentração
considerável do H2S deve ser tratado num condensador.
Poluição de Água: Devido à natureza mineralizada dos fluidos geotérmicos e à exigência de
disposição dos fluidos utilizados, há possibilidade de contaminação das águas próximas a usina. É
comum encontrar arsênico, mercúrio ou boro em pequenas quantidades, mas ambientalmente
impactantes. A descarga livre dos líquidos pode resultar em contaminação dos rios, lagos, etc. A
contaminação das primeiras camadas das águas subterrâneas pode resultar dos seguintes fatores:
•
Líquidos utilizados na etapa de perfuração;
146
•
Infiltrações por orifícios nas paredes do poço na etapa de reinjeção;
•
Falhas da impermeabilidade do sistema de evaporação, e as suas conseqüentes
infiltrações.
Para mitigação destes danos ambientais é possível o tratamento dos fluidos antes da
descarga, evitando a entrada dos metais nocivos ao meio natural. Todas estas situações podem ser
evitadas através de plantas apropriadas e com monitoramento periódico das camadas das águas
subterrâneas. É importante trabalhar com controle de qualidade principalmente na etapa de
perfuração e construção.
A Depressão dos Aqüíferos: os níveis das águas subterrâneas podem diminuir
principalmente em plantas do aproveitamento de energia geotérmica que trabalham com altas
temperaturas. Essas situações podem ser evitadas controlando e monitorando a pressão das reservas
de água. Além deste fator, a diminuição dos níveis de água pode ocorrer devido às rupturas das
paredes dos poços em desuso, que também pode ser evitada monitorando o estado destes poços e
reparando-os antes de qualquer problema.
Tombamento ou Subsidência do Terreno: Nos empreendimentos geotérmicos os fluidos
são retirados em taxas maiores do que das entradas naturais do liquido. Isso pode compactar as
formações rochosas no local, causando subsidência do terreno.
Poluição Sonora: os testes de perfuração das fontes são operações ruidosas. Se essas
operações puderem ser ouvidas pela população nas vizinhanças, então os métodos para mitigação
devem ser aplicados, usando os silenciadores. Em geral as áreas geotérmicas são normalmente
distantes dos centros urbanos, mas mesmo assim devem ser tomadas essas medidas para que a
poluição sonora não prejudique a fauna local.
Contaminação Térmica: Praticamente não existe a contaminação térmica como no caso das
outras usinas de combustíveis fosseis ou nucleares. A perda de calor ocorre na atmosfera, uma vez
que as torres de resfriamento são meios de reinjeção do calor utilizado na usina.
Uso do Solo: devido à construção das usinas geotérmicas, podem haver danos ao local do
alto valor do paisagismo, causando impacto visual. Por outro lado, o aproveitamento geotérmico
pode permitir o uso do solo local, desenvolvendo outras atividades econômicas que antes não
existiam (impacto positivo).
Impacto Visual: Às vezes os impactos visuais são significativos nos locais de alto valor
geotérmico, sobrepondo-se ao alto valor natural e paisagístico. Por outro lado, podem ser atrações
turísticas, como no caso dos géisers.
147
Impactos devidos às catástrofes: as principais catástrofes que podem ocorrer são:
•
Altas atividades tectônicas: a reinjeção dos fluidos em terreno durante a exploração
das reservas pode aumentar a freqüência de pequenos terremotos no local. Estes efeitos podem ser
minimizados, reduzindo as pressões de reinjeção ao mínimo e assegurando que os possíveis
edifícios afetados pelos movimentos sísmicos estejam preparados para suportar a intensidade destes
terremotos. Uma atividade sísmica de maior intensidade poderia causar filtrações de fluidos nas
partes indesejadas do sistema;
•
A explosão dos poços: eram comuns nas primeiras etapas de perfuração em
profundidade, mas atualmente é pouco provável ocorrência deste tipo de problema. Mesmo assim
devem ser tomadas medidas para mitigação deste impacto através da prevenção e utilização correta
dos procedimentos de perfuração;
•
Erupção hidrotérmicas: ocorrem quando a pressão de vapor nos aqüíferos se
intensifica e sobe até a parte superior da terra que os cobre, criando uma cratera. Manter pressões
reduzidas pode ajudar na redução da freqüência de ocorrência das erupções. Também devem ser
evitadas as escavações em terrenos com atividades térmicas.
•
Deslizamento do solo: Muitos dos aproveitamentos geotérmicos se encontram em
terrenos acidentados e é por isso são susceptíveis a ocorrências deste tipo. O deslizamento pode
causar graves danos ao poço ou às tubulações da usina, o que pode resultar em escape de vapores e
líquidos a alta temperatura. A mitigação deste impacto deve ser feita aumentando a estabilidade de
todas as partes susceptíveis a sofrer deslizamentos de terra, mesmo que com isso aumente-se o
impacto visual do empreendimento.
12.5.3 Aspectos Sociais dos Recursos e Tecnologias Geotérmicas
A exploração dos recursos geotérmicos estimula a criação adicional dos postos de trabalhos,
além dos empregos diretos, o crescimento das atividades econômicas no local do empreendimento,
e o aumento da renda da população das comunidades locais.
No setor industrial, o aumento da produção nas indústrias fabricantes dos equipamentos
mecânicos e eletromecânicos, dos equipamentos de refrigeração e dos serviços de manutenção,
assim gerando novos postos de trabalho no local, ajudando a economia regional.
Estudos nos Estados Unidos apontam para os seguintes números:
Em 1996 a indústria de produção de energia geotérmica adicionou ao faturamento das
indústrias um bilhão de dólares. Nesse mesmo período ajudou a criar 27.700 empregos indiretos e
12.300 empregos diretos. Os serviços adicionais criados nos locais foram produção de flores através
de estufas usando energia geotérmica e criação de peixes [figuras Figura 68 e Figura 69].
148
Figura 68: Produção de Rosas com a Utilização de Energia Geotérmica
Figura 69: Criação dos crocodilos usando a água das fontes geotérmicas
Outro beneficio social que essa energia apresenta é o aquecimento do ambiente nas regiões
frias, como mostra a Figura 70.
149
Figura 70: Coletor de calor numa escola primária
Figura 71: Armazenamento do calor e Refrigeração
Em caráter ilustrativo, é apresenta a tabela abaixo, que faz a comparação da quantidade de
empregos gerados pela indústria de energia geotérmica e do gás natural, [61].
Tabela 32: Comparação das Usinas Térmicas e Geotérmicas na Geração de Empregos
Tipo
Usina
de Fase
Construção,
Emprego/MW
de Operação
Manutenção,
e Total para Usina
de
500
MW,
Emprego/MW Pessoas/ano
150
Geotérmica
4,0
1,7
27.050,0
Gás Natural
1,0
0,1
2.460,0
12.5.4 Aspectos Políticos dos Recursos e das Tecnologias Geotérmicas
Os aspectos políticos para exploração destes recursos e a utilização das tecnologias devemse relacionar ao valor econômico e social de distintas aplicações da energia geotérmica, a
disponibilidade local das outras fontes energéticas alternativas e, principalmente, ao tipo da política
energética nacional. De acordo com os estudos realizados em outros países, efetivamente existem
recursos geotérmicos susceptíveis a serem utilizados seja para geração de eletricidade ou para serem
aproveitados em forma direta para diversos tipos de aplicações. Sem duvida, para promover um
desenvolvimento e aplicação destes recursos é necessário elaboração dos programas de pesquisas
para a sua localização, caracterização e avaliação.
O desenvolvimento sustentável não é um estado permanente de equilíbrio, mas é dinâmico
enquanto ao acesso aos recursos e a sua distribuição de custos/benefícios. É por isso um processo de
transformação no qual a exploração dos recursos, a direção das pesquisas, a orientação do seu
desenvolvimento tecnológico e a mudança institucional harmonizam e reforçam o potencial
presente e o futuro, a fim de atender as necessidades e as inspirações da sociedade ou da nação.
Portanto, com adequação do planejamento energético e criação de novas tecnologias, junto com
incentivos governamentais, é possível obter todas as características para exploração desta energia
alternativa na região, visando à segurança energética em longo prazo e a diversificação dos
recursos.
13 Análise dos Resultados
Nessa primeira versão do trabalho de caracterização das tecnologias dos recursos
energéticos para Região Administrativa de Araçatuba os resultados obtidos ainda são preliminares.
Serão necessários mais levantamentos de campo e algumas estimativas mais apuradas para atingir
objetivos específicos do projeto. Mas os resultados agora alcançados já fornecem idéias claras sobre
o imenso potencial da geração de energia na região diversificando a matriz energética com
introdução das novas tecnologias e novos recursos. Pelos resultados da Tabela 33 do resumo dos
cálculos dos potenciais teóricos vê-se a predominância do potencial da biomassa, especificamente o
da cana-de-açúcar e solar. Se desenvolvidos esses recursos, se tornarão elementos importantes para
151
cogeração na Região. O gás natural apresenta (Tabela 33) um grande potencial teórico, mas ainda
não se sabe das condições das futuras políticas sobre este recurso, que podem inviabilizar a
utilização do todo potencial deste gás na região. Conforme o critério utilizado para os cálculos,
partiu-se da hipótese que o gás, que passa atualmente através do gasoduto Bolívia-Brasil venha ser
consumido na Região na integra.
O potencial dos PCH´s também é interessante, mas precisa dos estudos do campo, dos
levantamentos das secções dos rios que possam ser aproveitados para pequena geração de energia.
Outros potenciais que se mostram bastantes atraentes nestas primeiras estimativas são os dos
resíduos animais e agrícolas. Esses potenciais podem ser aproveitados para cogeração, assim
estimulando o desenvolvimento limpo na região.
Na segunda fase, com informações mais precisas sobre os recursos em termo quantitativo,
serão refeitos os cálculos, fornecendo os potenciais reais existentes na Região. Contudo, os
resultados obtidos nesta fase dos cálculos preliminares são animadores em relação à existência de
um grande potencial energético dos recursos renováveis, que possam proporcionar um
desenvolvimento sustentável e limpo na Região Administrativa de Araçatuba.
Nesta etapa ainda não foram feitos os cálculos sobre a quantidade do CO2 resultante da
utilização destes potenciais na geração de energia elétrica. Pretende-se aguardar as informações, que
estão sendo coletadas no campo para poder precisar estes valores nos futuros cálculos a serem
realizados.
Tabela 33: Resultados da Estimativa de Potenciais Teóricos dos Recursos Energéticos da
Região de Araçatuba
Recurso
Hídricos
Potencial
Produtos
(tEP/ano)
PCH's
Grandes Geradoras
Teór
910.604,82
Potencial Instalado
Biomassa
4.391.837,15
Bagaço
285.731,49
Pontas e Folhas
n.d.
Vinhoto
n.d.
TOTAL
285.731,49
Cana-de-açúcar
Resíduos Agrícolas
Outras plantações
147.561,33
152
Resíduos Animais
133.165,00
Lixo Urbano
5.390,00
Esgoto
1.530,11
Biodiesel
13.240,98
Álcool
311.974,78
Eólico
745.450,20
Solar
Fototérmico
6.190,59
Fotovoltaico
0,02 por m²
Célula-Combustível
n.d.
Nuclear
n.d.
Pscicultura
n.d.
Gás Natural
10.780.009,55
14 Conclusões
Este documento é o resultado das discussões sobre o PIR – Planejamento Integrado dos
Recursos nas pesquisas desenvolvidas no GEPEA – Grupo de Energia do Departamento de
Engenharia de Energia e Automação Elétricas da EPUSP. Nele tenta-se sintetizar as idéias sobre a
caracterização das tecnologias para melhor avaliação dos atributos relacionados a cada uma delas
para a sua analise no processo do PIR.
Portanto, durante estes levantamentos das tecnologias e dos seus atributos conclui-se que,
realmente, para se atingir sobre o desenvolvimento sustentável, é necessária uma permanente
avaliação destes elementos ao longo do processo de elaboração do projeto sobre o PIR.
Várias pesquisas mostram que nem sempre as melhores opções são consideradas durante a
fase de implementação devido às implicações políticas e sociais. Isso pode inviabilizar o processo.
Nesse caso, tornam-se indispensável constante monitoramento do processo e constantes discussões
sobre aspectos inerentes a essas implicações.
153
Ao longo deste processo de caracterização das tecnologias e dos recursos para a Região
Administrativa de Araçatuba, defrontamo-nos com uma series de dificuldades, que se podem se
resumir nos seguintes pontos:
•
As dificuldades relacionadas à resistência das concessionárias em fornecer
informações técnicas sobre os seus desenvolvimentos para geração de energia pelo receio de que
estas vão ser passadas aos seus concorrentes;
•
São as mesmas dificuldades enfrentadas em relação ao fornecimento de informações
sobre os custos das tecnologias;
•
Outras dificuldades encontradas são relacionadas principalmente com a coleta das
informações sobre as tecnologias não produzidas nacionalmente, mas importadas. Isso devido aos
elevados custos para os contatos com os fabricantes internacionais;
•
Grande parte dos fabricantes, mesmo nacionais, não mostra devida vontade em liberar
os catálogos para consultas técnicas que podem proporcionar uma boa orientação técnica nas
pesquisas. Os dados são mantidos em total segredo, o que impede o seu acesso e,
consequentemente, avaliação precisa de alguns parâmetros relacionados, assim prejudicando
obtenção dos resultados mais precisos;
•
Para contornar essa situação e beneficiar os grupos de pesquisa é necessária criação
dos meios ou instrumentos de parceria com as empresas fabricantes das tecnologias e permitir
consultas às informações técnicas. Só assim se que tornará possível uma avaliação precisa dos
atributos específicos relacionados a cada tecnologia;
•
Algumas tecnologias têm os seus atributos bem explorados pelo grupo do PIR do
GEPEA, mas falta conhecimento suficiente de algumas, principalmente as que estão sendo
desenvolvidas para utilização dos combustíveis do tipo biosiesel. A concepção geral é conhecida,
mas novos parâmetros introduzidos para o aprimoramento destas tecnologias ainda são mantidos em
segredo pelas empresas fabricantes com medo de serem repassadas as informações para os seus
concorrentes;
•
Pelas mesmas razões são enfrentadas dificuldades em relação às informações técnicas
e sobre as características das tecnologias que se encontram na Região de Araçatuba. O acesso às
informações ainda é limitado nas empresas de produção de energia e de outros equipamentos que
consomem a energia.
A caracterização dos recursos energéticos também se defronta com algumas dificuldades,
mas de outro caráter. As dificuldades enfrentadas neste aspecto estão relacionadas não a falta dos
dados na região, mas em certo modo, a má organização das informações existentes sobre os
recursos da Região.
154
Apesar do desenvolvimento da agricultura local, as informações precisas sobre a quantidade
dos resíduos produzidos durante os processos de coleta até a manufatura dos produtos agrícolas
ainda são desconhecidas. Por isso, foram adotados métodos de engenharia para quantificá-los.
Para quantificação dos recursos solares também foram adotados os mesmos métodos, uma
vez que não existem medições concretas na Região sobre insolação. Foram usados os mapas de
insolação do Brasil, e dele extraído o valor médio para estas estimativas.
Nesta fase, o potencial de PCH´s foi subestimado devido a falta de medições e
levantamentos sobre os locais apropriados para sua implementação. Para isso, criou-se uma
metodologia para avaliação deste potencial, (ver o item sobre avaliação do potencial teórico de
pch´s do Relatório).
Contudo, pelas estimativas feitas do potencial teórico dos recursos energéticos da região de
Araçatuba, vê-se claramente que a região ainda dispõe de um grande potencial energético para
geração distribuída, que pode ser aproveitada com as tecnologias caracterizadas neste Relatório.
Por outro lado, mesmo agora sendo uma região exportadora de energia, gerada através de
recursos hídricos pelas usinas de grande porte, tem ainda capacidade (pela avaliação feita na Tabela
33) de incorporar outros recursos na sua matriz energética, principalmente os recursos de biomassa
e recursos hídricos para geração de pequeno porte.
Apesar de a avaliação feita apresentar um grande potencial, esta ainda não corresponde ao
potencial total da região, devido à limitação das informações de alguns resíduos, sobretudo
florestais e agrícolas. Também não é conhecida a quantidade de resíduos oriundos do
processamento de indústrias de piscicultura, que pode vir a contribuir notavelmente no aumento do
atual potencial avaliado. Mas para isso, seria necessário um levantamento mais detalhado junto ao
ministério da agricultura e das indústrias do ramo.
Para alguns resíduos agrícolas, apesar de ser conhecida a quantidade de produção destes
produtos, não foi possível avaliar o seu potencial devido à falta de conhecimento dos parâmetros
técnicos tais como os seus coeficientes de resíduo, coeficiente de disponibilidade, e poder
calorífico.
Quanto ao gás natural, a estimativa feita considera um cenário onde o gás natural possa ser
totalmente consumido na região. Outras possibilidades não consideradas nesta avaliação são as
possíveis prospecções deste recurso na região, sendo que em nenhum estudo são mencionadas tais
possibilidades. Outro motivo de não considerar isso é devido às informações limitadas sobre as
condições geológicas, se a região é sedimentar ou não.
155
Não foi avaliado o potencial nuclear partindo-se da hipótese de que a região é exportadora
de energia gerada através dos recursos renováveis e menos impactantes no meio ambiente. Portanto,
é pouco provável no futuro próximo ter a necessidade de inserção desses recursos na matriz
energética regional.
Quanto à energia geotérmica, este estudo não considerou necessária a avaliação deste
potencial, até porque os estudos recentes ao nível nacional apontam à inviabilidade deste recurso no
Brasil. A exploração deste recurso no país seria possível através da sua captação em grandes
profundidades do solo. Mas mesmos assim fez-se estimado usando os valores médios
internacionais, obtendo os resultados apresentados no item 12 da avaliação do potencial teórico da
energia geotérmica.
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RTC PIRnaUSP 111

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