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Fórum Permanente de Energia e Ambiente – Geração Distribuída. GD – Visão Econômica Arnaldo Walter awalter@fem.unicamp.br Unicamp – 02 de Maio de 2006. Geração Centralizada - razões. No passado, a geração centralizada era a opção óbvia. Razões?
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Fórum Permanente de Energia e Ambiente – Geração Distribuída GD – Visão Econômica Arnaldo Walter awalter@fem.unicamp.br Unicamp – 02 de Maio de 2006
Geração Centralizada - razões • No passado, a geração centralizada era a opção óbvia. Razões? • (i) ganhos de economias de escala, (ii) minimização dos impactos e dos riscos ambientais, (iii) interesses, dos empreendedores, por grandes obras e, dando suporte às soluções então propostas, (iv) alta confiabilidade dos sistemas de transporte de eletricidade.
Geração Distribuída – conceitos • Geração distribuída – GD – emprego de unidades de menor capacidade (pequena capacidade) de geração, espacialmente melhor distribuídas. • GD é um caso particular do uso de recursos distribuídos (geração de eletricidade, o armazenamento de energia e a gestão de cargas); • Geração distribuída é o termo ora empregado para o que, no passado, era conhecido como geração descentralizada.
Geração Distribuída - fatores • A liberalização dos mercados é uma das forças motoras na valorização da GD; • Inovações tecnológicas no setor: na geração (pequena capacidade, maior eficiências, menor poluição), no controle/operação dos sistemas, e na comercialização; • O menor porte dos sistemas potencialmente facilita o financiamento (diversificação dos agentes), construção de empreendimento fisicamente mais próximos dos consumidores, e melhor ajuste da expansão do sistema a taxas variáveis de crescimento da demanda; • Ademais, pode propiciar maior confiabilidade, maior estabilidade à tensão elétrica, melhor controle de reativos e harmônicos.
Geração Distribuída - expectativas • O que tem sido verificado: movimento relativamente lento em direção à GD. A GD não deve deslocar, no curto-médio prazo a geração centralizada e os sistemas de transmissão/distribuição de alta tensão; • Para alguns analistas, a geração distribuída é entendida como um indicador do estágio de desenvolvimento dos sistemas elétricos. Na fase de maturidade do sistema a principal meta é a melhoria da eficiência econômica do sistema / ações têm como forças motoras considerações econômicas e aspectos ambientais.
Geração Distribuída – nichos • Espaço mais viável: onde o mercado elétrico está sendo desregulamentado e onde há maior preocupação com a confiabilidade do abastecimento; • GD: alternativa preferencial de abastecimento ou como abastecimento emergencial; • Segmentos de razoável potencial: (i) quando é possível a valorização do calor residual (cogeração), (ii) onde a estrutura tarifária possibilitar ganhos econômicos ao consumidor, (iii) no atendimento de consumidores de alto custo (vantagem para o sistema elétrico) e (iv) onde a GD puder adiar investimentos e/ou melhorar a confiabilidade dos sistemas (também, em grande parte, vantagem para o sistema elétrico).
Geração Distribuída - oportunidades • Opção estratégica: melhor contribuição da GD pode estar no adiamento de investimentos de grande porte; • Segurança do suprimento e qualidade; • “Green market” – mercado de bom potencial e diferenciação dos serviços; • “Fidelização” de clientes e redução do espaço para concorrentes potenciais (espaço potencial para Produtores Independentes).
Geração Distribuída - tecnologias • Motores de combustão interna; • Turbinas a gás convencionais; • Micro turbinas a gás; • Células a combustível; • Armazenamento de energia; • Fontes renováveis; • Cogeração.
Geração Distribuída - tecnologias • Tecnologias comprovadas: TGs e MCI, em geração exclusiva ou em sistemas de cogeração. Novas tecnologias (portanto, custos relativamente altos) – micro turbinas a gás, painéis fotovoltaicos, turbinas eólicas, células de combustível e volantes de armazenamento. • Do ponto de vista econômico, duas questões essenciais são os custos de atendimento e a confiabilidade.
GD – economicidade • Evidentemente, do ponto de vista econômico, existirá vantagem para a GD se o custo da geração local for menor que o custo do abastecimento via rede. • Uma questão importante é que a GD terá que competir em um ambiente crescentemente desregulamentado. Em um ambiente competitivo, as tarifas para atendimento de cargas de base tendem a ser baixas e altas para atendimento de cargas de ponta. • Como as tecnologias GD são – tipicamente – mais caras, a ampla competitividade da GD só existirá se o custo de capital estiver abaixo de US$ 1.000/kW. Caso contrário, sua competitividade estará limita ao atendimento de cargas de ponta e ao atendimento de cargas em sistemas isolados.
GD – economicidade • A mesma lógica de desagregação dos custos entre cargas de ponta e cargas de base deve levar induzir a desagregação de custos por áreas geográficas (áreas com maior custo marginal serão mais adequadas à GD) e por nível de confiabilidade de atendimento (alta confiabilidade pode favorecer a GD). • Nesse sentido, a GD pode ser uma boa alternativa de investimento para a própria concessionária, e não apenas para o consumidor. Manter o atendimento, a custos menores, é importante no contexto das estratégias de “fidelização”.
GD – economicidade • Como os custos de transmissão e distribuição variam não é um assunto bem conhecido. Sabe-se que os custos de T&D são muito sensíveis ao fator de capacidade (mais do que os custos de geração) e variam muito com o local de atendimento (menores custos para consumidores próximos às unidades de geração ou subestações). • Atendimento de sistemas é o caso extremo dos custos evitados em T&D. • A conclusão de vários autores é que a melhor oportunidade para a GD, do ponto de vista econômico, está no atendimento de cargas de ponta (mais do que no atendimento de cargas de base e semi-base).
Cogeração • Espaços vários, em função das vantagens energéticas, vantagens ambientais, da tradição (em alguns países), dos nichos de mercado existentes, da maturidade/ confiabilidade tecnológica, da economicidade (em vários casos), da sinergia de interesses entre empresas elétricas e distribuidoras de gás natural, da possibilidade de participação de diferentes atores.
Cogeração • Razões adicionais da participação de concessionárias em investimentos de cogeração: (i) impedir a entrada de concorrentes; (ii) garantir o atendimento de grandes consumidores; (iii) aumentar a confiabilidade do abastecimento, (iv) reduzir impactos ambientais. • Aumento do escopo de atuação - fidelização de clientes (exemplos na França e na Inglaterra). • Necessidade de participação de empresas com maior tradição e mais capital.
Dimensionamento do sistema (1) Sistema cogeração Processo industrial Relação (E/C) do sistema de cogeração relação (E/C) do processo industrial. Se o sistema de cogeração for dimensionado para atender a demanda elétrica, haverá calor excedente em relação à demanda e, portanto, desperdício (área preta). Na realidade, calor poderia ser vendido, se houvesse possibilidade. E E C C
Dimensionamento do sistema (2) Sistema cogeração Processo industrial Relação (E/C) do sistema de cogeração relação (E/C) do processo industrial. Agora, se o sistema de cogeração for dimensionado para atender a demanda térmica, haverá déficit de eletricidade em relação à demanda e, portanto, necessidade de complementação da rede (área azul escura). E E C C
Dimensionamento - paridade elétrica Processo (E/C = 1) Cogeração 1 (E/C =2) Cogeração 2 (E/C = 0,5) E E E E C C C C DC ExC No caso 1, o dimensionamento para paridade elétrica implica déficit de energia térmica; um sistema complementar é necessário. No caso 2, o dimensionamento para paridade elétrica implica excedente de calor, que teria de ser comercializado.
Dimensionamento - paridade térmica Processo (E/C) = 1 Cogeração 1 (E/C) = 2 Cogeração 2 (E/C) = 0,5 ExE E E DE E E C C C C No caso 1, o dimensionamento para paridade térmica implica excedente de energia elétrica, que teria de ser comercializado. No caso 2, o dimensionamento para paridade térmica implica déficit de energia elétrica, que teria de ser comprada da rede.
Dimensionamento - operação na base kWe Compra Geração h Um caso típico corresponde ao dimensionamento da capacidade de geração elétrica para operação na base. Os déficits de energia elétrica precisam ser atendidos pela rede.
Dimensionamento – operação compra/venda kWe Compra Geração Venda h Quando há condições favoráveis para a “troca” de energia elétrica, o sistema pode ser dimensionado para, potencialmente, gerar excedentes em algumas horas do dia. Havendo déficit, será comprado da rede.
Dimensionamento – atendimento da ponta Geração kWe Venda h Havendo necessidade de atendimento de dimensionamento para atendimento da ponta elétrica (e.g., confiabilidade, economicidade, sistema isolado), o excedente elétrico pode ou não ser gerado.
Dimensionamento - maximizando a geração Geração kWe Venda h Situação pouco provável, pois as condições de venda de energia elétrica excedente precisam ser muito favoráveis (e.g., baixo custo do combustível, alta remuneração para a eletricidade gerada, boa vontade da empresa elétrica).
Dimensionamento - operação “peak-shaving” kWe Geração Compra h Situação que só se justifica se os custos do atendimento na ponta forem muito altos. Nesse caso, o atendimento da demanda térmica na forma de água gelada é o mais provável.
Dimensionamento - operação na base com chiller de absorção kWt kWe Compra h Geração h Nesse caso, há redução da demanda elétrica pelo emprego de chiller(s) de absorção. O dimensionamento para operação na base implica geração “flat” tanto de eletricidade quanto de calor. O ideal é que geração térmica esteja sempre muito próxima da demanda, e abaixo da mesma.
Economicidade da cogeração • A viabilidade econômica da cogeração depende de vários fatores. • Primeiro, o sistema de cogeração tem de ser bem projetado para que a “eficiência” energética seja a maior possível. No caso do calor não ser bem aproveitado, o sistema de cogeração aproxima-se de um central térmica de pequena capacidade (em geral, com alto custo de capital e baixa eficiência). • Segundo, as cargas elétrica e térmica têm de ser constantes (quanto mais, melhor) e o fator de capacidade do sistema precisa ser alto. • Terceiro, a economicidade é facilitada pela relação de preços entre eletricidade e combustível. Quanto mais alta a relação, melhor a viabilidade. Quando há disponibilidade de combustível residual, a relação é muito alta.
Economicidade da cogeração • Quarto, é preciso especial atenção com os contratos de suprimento de combustível, de venda de eletricidade excedente (se houver a possibilidade), de venda de calor (se houver a possibilidade), de atendimento emergencial (de eletricidade) e com a renegociação do contrato com a concessionária elétrica local, que garantirá o abastecimento complementar. • Quinto, a escolha do número de unidades, para que os riscos sejam minimizados mas para que os benefícios de escala não sejam perdidos. • Em geral, a cogeração só se justifica economicamente para atendimento de cargas de base, tanto do ponto de vista elétrico quanto térmico. A produção de excedentes é um caso especial. Possível, mas pouco provável quando do emprego de combustíveis comerciais.
