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IDENTIFICAÇÃO DE LOCAIS IDEAIS
PARA INSTALAÇÃO DE USINAS DE
ENERGIA FOTOVOLTAICA: UM
ESTUDO DE CASO
Graciele Rediske
gra_rediske@hotmail.com
Carmen Brum Rosa
carmenbrosa@gmail.com
Paula Donaduzzi Rigo
pauladonaduzzi@gmail.com
Natália Gava Gastaldo
nataliagastaldo@hotmail.com
Leandro Michels
michels@gepoc.ufsm.br
O aumento da participação das fontes renováveis de energia na matriz
energética deu-se, efetivamente, com o crescimento do consumo de
energia. Além disso, a integração de diferentes fontes de geração de
energia é vista como uma estratégia fundamental para alcançar os
objetivos de sustentabilidade. Nesse sentido, apresenta-se a geração de
energia elétrica através da fonte solar, a qual têm-se mostrado
promissora no mercado energético nacional. Para a inserção da
energia solar na matriz energética, faz-se necessário a construção de
novas usinas geradoras de energia elétrica. Ao iniciar o processo de
construção dos projetos de usina solar alguns pontos devem ser
observados, como identificar áreas geograficamente adequadas. Esta
identificação de possíveis áreas adequadas pode ser realizada através
de análises geoespaciais, orientadas pelas legislações ambientais.
Diante desta perspectiva, o presente artigo contribui com a tomada de
decisão para localização de usinas solares a partir da utilização do
software gvSIG, tomando como base uma área específica na região
central do Rio Grande do Sul.
Palavras-chave: Energia Solar Fotovoltaica, Usina, Tomada de
Decisão, Localização, gvSIG
XXXIX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO “Os desafios da engenharia de produção para uma gestão inovadora da Logística e Operações”
Santos, São Paulo, Brasil, 15 a 18 de outubro de 2019.
XXXIX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
“Os desafios da engenharia de produção para uma gestão inovadora da Logística e Operações” Santos, São Paulo, Brasil, 15 a 18 de outubro de 2019.
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1. Introdução
O aumento substancial da participação das fontes renováveis de energia na matriz energética
deu-se, efetivamente, com o crescimento do consumo de energia nos países desenvolvidos e
emergentes. A transição para um sistema de energia misto com abastecimento por fontes
renováveis mais expressivas está em curso, apoiado por avanços tecnológicos e projeções de
demanda (BRUMMER, 2018).
Além disso, a integração de diferentes fontes de geração de energia é vista como uma estratégia
fundamental para alcançar os objetivos de sustentabilidade, mesmo com a existência de
consideráveis desafios técnicos, logísticos e econômicos para garantir o alcance de uma elevada
porcentagem de integração.
Nesse sentido, apresenta-se a geração de energia elétrica através da fonte solar, a qual têm-se
mostrado promissora no mercado energético nacional. O Brasil possui uma extensa área, com
altos níveis de irradiação solar, o que viabiliza a implantação dos sistemas de geração de energia
por células fotovoltaicas (PEREIRA et al., 2012). Dentre os principais fatores motivacionais
para inserção desta fonte encontram-se a queda nos preços dos equipamentos que compõem um
sistema fotovoltaico e o gradativo aumento das tarifas de energia elétrica, o que,
consequentemente, influencia de forma positiva no investimento em usinas solares.
Ademais, o consumo de energia elétrica no Brasil tende a triplicar até 2050 (EPE, 2018) e a
necessidade de expansão da produção de energia através da fonte hídrica associada à grande
dependência climatológica depara-se constantemente com variações no regime de chuvas. Este
fato implicou, no início da década de 2000, a necessidade de diversificação da matriz elétrica
nacional e a introdução de novas fontes de geração na matriz elétrica nacional ganhou destaque
com a implementação de programas de incentivo às fontes alternativas de energia elétrica. Este
cenário favorece a inserção de tecnologias de geração renovável e baixo impacto ambiental,
como a energia solar fotovoltaica. Para atender essa demanda faz-se necessário a construção de
novas usinas geradoras de energia elétrica. Diante disto, ressalta-se para empreendedores e
investidores que ao iniciar o processo de construção dos projetos de usina solar, embora as
condições de mercado tenham se tornado mais favoráveis, alguns pontos devem ser observados.
Identificar áreas geograficamente adequadas para a construção de plantas solares de grande
escala é um problema que exige uma tomada de decisão complexa (AL GARNI; AWASTHI,
2017). Há alguns parâmetros que devem ser considerados no momento da identificação das
áreas aptas para instalação (ALY, JENSEN; PEDERSON 2017).
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Uns dos pontos fundamentais a serem observados são as implicações que uma usina pode trazer
ao espaço geográfico, sendo necessário a análise prévia do local evitando desperdício com a
instalação em locais inadequados. Para a realização destas análises geoespaciais, orientadas
pelas legislações ambientais, podem-se utilizar diversos Sistemas de Informação Geográfica
(SIG). Diante desta perspectiva, o presente artigo contribui com a tomada de decisão para
localização de usinas solares a partir da utilização do software gvSIG, tomando como base uma
área específica na região central do Rio Grande do Sul.
2. Fundamentação Teórica
2.1 Usinas Fotovoltaicas
Uma usina solar é um sistema fotovoltaico de grande porte planejado para produzir e vender
energia elétrica (AL GARNI; AWASTHI, 2017). As usinas fotovoltaicas diferenciam-se dos
sistemas fotovoltaicos distribuídos, instalados em casas e indústrias, em função do
fornecimento de energia em alta tensão para fins de distribuição e não para o autoconsumo. A
geração centralizada de energia elétrica por fonte solar inclui-se nos projetos de geração
contratados por meio de leilões de energia, com contratos celebrados no Ambiente de
Contratação Regulada (ACR).
A configuração de uma usina solar é um processo longo, tendo como fase inicial o estudo prévio
e a seleção dos locais das plantas (LEE, et al., 2015). Idealmente, as instalações devem estar
localizadas em terras agrícolas ou pastagens não utilizadas, de baixa produtividade (TURNEY;
FTHENAKIS, 2011). Locais não ideais são caracterizados pela cobertura da floresta,
distanciamento remoto extremo, instabilidade e alto grau de existência desenvolvimento.
A escolha do local da usina deve estar associada a alguns fatores fundamentais que garantam o
sucesso do projeto. A exemplo disso estão locais que prevêm uma boa irradiação solar,
possíveis conexões à rede (de preferência poucos quilômetros de distância da subestação de
conexão e no menor nível de tensão possível) e o aval ambiental para a instalação na área
(GREENER, 2017).
Sendo assim a motivação para investimentos em novas usinas solares está apoiado,
fundamentalmente, em dois pontos: na sua importância enquanto instrumento de combate às
alterações climáticas (TESKE et al., 2010; IRENA, 2017a); e na capacidade contributiva desta
tecnologia no aumento e diversificação de geração de energia para atender a demanda e garantir
uma maior segurança ao sistema elétrico brasileiro (TESKE et al., 2010).
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O Brasil tem a oportunidade de alavancar a inclusão da energia solar na matriz elétrica nacional
e estruturar uma cadeia produtiva nacional, incluindo a fabricação de insumos, equipamentos e
prestação de serviços, contribuindo assim para fixar, em território nacional, a tecnologia e os
empregos gerados pelo setor. Destarte, para proporcionar uma orientação adequada aos
tomadores de decisão, é preciso desenvolver meios que oportunizem o desenvolvimento da
matriz elétrica nacional. Para que, com isso, os investidores sejam capazes de aferir seus
processos e apontar possíveis avanços nos planejamentos já definidos.
2.2 Sistema de Informação Geográfica
Um Sistema de Informação Geográfica (SIG) consiste em um sistema que permite manipular
informações que estejam associadas a uma referência geoespacial ou coordenadas geográficas.
O SIG é usado para capturar, armazenar, verificar, integrar, manipular, analisar e exibir dados
relacionados às posições na superfície terrestre (DELEON et al., 2017). Caracteriza-se por
organizar os dados geográficos, para permitir a leitura do mapa e selecionar os dados
necessários para um projeto específico (SÁNCHEZ-LOZANO et al., 2013). Capaz de gerenciar
grandes volumes de dados espacialmente distribuídos de diversas fontes, podendo recuperar,
analisar e exibir informações de acordo com as especificações definidas pelo usuário
(YAZDANABADI et al., 2017).
A aplicação desta técnica é amplamente utilizada a muitas áreas, incluindo a detecção e
avaliação de localização (XIAO et al., 2013). Os SIGs são usados em amplas aplicações da área
de energia, desde avaliações de recursos até infraestrutura de planejamento (FERNANDEZ-
JIMENEZ e tal., 2015). Tornando-se cada vez mais popular o uso de seus recursos para vários
estudos de determinação das localizações (XU et al., 2015).
Muitos softwares de SIG possibilitam a intervenção do usuário, através de alguma linguagem
de programação, a fim de adaptar as funções do aplicativo a alguma necessidade específica do
usuário que não é contemplada diretamente pelas aplicações (COSTA, 2010). Dentre as opções
de softwares, o gvSIG encontra-se entre os que apresentam maior relevância no âmbito dos
planos de planejamento territorial (MORALES, 2017). Além disso, é um software livre com
código aberto, ou seja, ele pode ter suas funções aprimoradas por seus usuários o que confere
um alto grau de confiabilidade aos estudos.
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4. Materiais e Métodos
4.1. Cenário de Estudo
A análise da localização é ponto fundamental para que as decisões empresariais sejam acertadas
e obtenham competitividade. A literatura fornece diversos preceitos acerca do assunto, e
preconiza a importância deste na tomada de decisão estratégia gerencial. A apreciação de tais
pressupostos teóricos provê ao gestor informações acerca dos elementos que na prática podem
interferir na tomada decisão sobre a melhor localização, relacionando-a a fatores como insumos
e mercado consumidor da empresa. Naturalmente, a localização ideal é aquela que gera maiores
benefícios à empresa, como a redução dos custos envolvidos e a maximização do nível de
serviço desejado.
Nesse sentido, delimitou-se previamente a área de aplicação deste estudo á região central do
estado do Rio Grande do Sul, no Sul do Brasil. O município de Candelária, identificado na
Figura 1, possui uma área total de 934,930km², o que equivale a 0,33% da superfície do estado. Figura 1 – Área de Estudo
Fonte: Autores
O Rio Grande do Sul apresenta potencial para implantação de empreendimentos de geração de
energia solar fotovoltaica, seus valores médios de insolação e irradiação solar são bastante
próximos da média nacional, na ordem de 6 a 7 horas de insolação diária média e de 14 a 16
MJ/m2 dia de radiação diária média (TIBA et al., 2000). Contudo o estado não apresenta usina
solar com projeto aprovado nos leilões de energia da ANEEL, até o momento. Para a
determinação de um local apto a instalação de uma usina solar de grande porte dentro do cenário
de estudo definido faz-se necessário percorrer por várias etapas que serão descritas a seguir.
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4.2. Análise da área e identificação das restrições
Para iniciar o processo de análise do local é necessário identificar as restrições legais para a
construção do empreendimento. As descrições das restrições são apresentadas a seguir:
• Cursos d’água e córregos: Estabeleceu-se a distância mínima de 100 metros de qualquer
corpo d’água, a decisão da medida de distância é referenciada na Lei nº 12.651/12, a
qual rege limitações para obras executadas próximas aos cursos d'água naturais, perenes
e intermitentes, considerados como Áreas de Preservação Permanente (APP). A
distância permitida pelo Código Florestal Brasileiro é referida na Tabela 1. Tabela 1 - Tabela Distância Permitida pelo Código Florestal Brasileiro
Largura do curso d'água (m) Distância permitida (m)
< 10 30 10 a 50 50 50 a 200 100 200 a 600 200 > 600 500
Fonte: Brasil (2012)
A decisão de distância mínima igual a 100 metros ocorre pelo fato dos cursos d’água
não ultrapassarem a largura de 200 metros no município de Candelária;
• Rodovias: Todas as rodovias, sejam Federais ou Estaduais, possuem faixas de domínio.
No âmbito Federal tais faixas estão previamente definidas nas Normas para Construção
de Rodovias, onde em razão do relevo, topografia, e características de trânsito, são
definidas as larguras das plataformas, das curvas, e da área de segurança. As rodovias,
além das pistas, possuem faixas de domínio que variam entre 20 a 100 metros ou mais,
de acordo com projetos elaborados. Sendo assim para o presente estudo a distância
mínima das estradas foi estabelecida em 100 metros, com o objetivo de preservar as
áreas de circulação e do impacto visual da usina solar;
• Áreas Urbanas: A usina de energia fotovoltaica não deve ser estabelecida perto de áreas
urbanas devido à alta densidade de população e edifícios, e porque pode impactar
negativamente no crescimento urbano. Uma distância mínima de 500 metros deve ser
mantida de terras urbanas (UYAN, 2013);
• Declividade do terreno: As áreas de alta inclinação não são viáveis economicamente
para projetos de energia solar (AL GARNI; AWASTHI, 2017). Com base nos dados de
vários trabalhos literários o fator de inclinação para este estudo deve ser inferior ou igual
a 5°. Áreas com declive maior que 5° serão eliminadas;
• Tamanho da Área: Superfície contida dentro de um perímetro de terra que pode
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acomodar uma planta fotovoltaica. A área necessária para a instalação da usina deve ser
de no mínimo 26 hectares, considerando uma usina com potência de 30 MW.
Observa-se que, acerca da tomada de decisão para a localização da usina solar, foram
considerados critérios legais para infraestrutura. Com o estabelecimento das restrições é
possível dar início às buscas pelas informações na região previamente estabelecida pelos
autores.
4.3. Coleta das informações geoespaciais
Para identificar as áreas aptas à instalação da usina solar fotovoltaica foram coletadas as
características geoespaciais necessárias: áreas urbanas, rodovias, cursos d'água e córregos e as
declividades do relevo.
Os dados geoespaciais devem conter todas as informações possíveis para que se possa
relacionar com o desenvolvimento de um projeto de uma instalação de tamanho considerável
em um espaço ao ar livre e evitar que se revele um impacto visual e ambiental.
As informações geoespaciais estão disponibilizadas pelo governo em domínio público através
dos portais da Fundação Estadual de Proteção Ambiental (FEPAM), e do Banco de Dados
Geomorfométricos do Brasil (TOPODATA). As informações geoespaciais utilizadas neste
estudo estão em um formato shapefile, isto é, um formato de arquivo contendo dados
geoespaciais em forma de vetor usado por Sistemas de Informações Geográficas.
Os dados geoespaciais utilizados e suas fontes correspondentes são expostas na Quadro 1.
Quadro 1 – Dados Geoespaciais Restritivos
Camadas Provedor
Cursos d'água e córregos
Fundação Estadual de Proteção Ambiental – FEPAM Rodovias
Mancha Urbana
Declividade do Relevo TOPODATA - Banco de Dados Geomorfométricos do Brasil - DSR/INPE
Fonte: Autores
Os critérios para definição de localidades aptas para instalação de um empreendimento de
geração centralizada de energia solar fotovoltaico consistem, além das restrições de cursos
d’água e córregos, rodovias, mancha urbana e seus buffers, a necessidade de um terreno com
declividade igual ou inferior a 5º e uma área maior que 26 hectares, tamanho necessário para
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acomodar a instalação de uma usina com 30MW de potência, considerando que o projeto
objetiva concorrer aos leilões de energia realizados pela ANEEL.
4.4. Elaboração do projeto no gvSIG
A elaboração do projeto no gvSIG percorre por várias etapas, nas quais são utilizadas diversas
ferramentas, as etapas percorridas estão descritas a seguir.
Etapa 1 - Recorte da Área de Estudo: Como a área estudada é um munícipio, foi necessário
obter as camadas do estado para que em seguida fosse realizado o recorte do município
estudado. Esse recorte foi realizado em todas as camadas utilizadas no estudo.
Etapa 2 - Preparação da Camada Declividade do Relevo: Inicialmente foi criado um novo
projeto para trabalhar a camada Declividade do Relevo, utilizando o software gvSIG, na versão
2.2.4, foi criado um novo projeto na projeção EPSG 4674 (Sirgas 2000), essa é a projeção de
origem desta informação geográfica. Na sequência foram inseridas as informações geográficas,
conhecidas pelos usuários do software como camadas, neste primeiro momento foi criada a
camada raster “Declividade do Relevo”. Utilizando a ferramenta Reclassificação de camadas
raster foi realizado uma reclassificação da declividade, separando as áreas iguais e inferiores a
5º das áreas que possuem declividade maior que 5º. Em seguida com a ferramenta Vetorizar
camada raster transformou-se a em uma camada vetorial, para então retirar as áreas que
apresentam declividade superior a 5º utilizando o filtro e exportando para uma nova projeção
que será utilizada na sequência, a EPSG 3857.
Etapa 3 - Aplicação do Buffers nas Camadas Áreas Urbanas, Rodovias, Cursos D’água e
Córregos: Foi criado um novo projeto na projeção EPSG 3857 e adicionadas as camadas que
apresentam como restrição uma distância mínima a ser mantida conforme a legislação local.
Para atribuir essa distância no projeto foi utilizado a ferramenta Buffer, que tem como
funcionalidade aplicar essa distância necessária na camada, conforme pode-se visualizar na
Tabela 2. Tabela 2- Buffers aplicados no estudo
Camada Buffer
Cursos d’água e córregos 100 m
Rodovias 100 m
Áreas Urbanas 500 m
Fonte: Autores
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Etapa 4 - Retirar as áreas restritivas do projeto: Nesta etapa é adicionada ao projeto a camada
“Declividade do Relevo”, construída na etapa 1 do processo. É então realizado, a partir desta
camada, a retirada dos buffers encontrados nas camadas “Cursos d’água e Córregos”,
“Rodovias” e “Áreas Urbanas”. Para a retirada destas áreas foi utilizada a ferramenta Diferença
para camadas vetoriais.
Etapa 5 - Filtrar áreas que apresentem o tamanho necessário: Utilizando o filtro na tabela de
atributos é selecionado somente as áreas que apresentem valores iguais ou acima de 26 hectares,
realizando a exportação para criação de uma nova camada que contenha somente essas áreas.
Etapa 6 - Apresentar as áreas aptas a instalação: Com a execução das etapas anteriores, já foram
retiradas todas as áreas que impedem a instalação da usina solar, porém não foi possível
visualizá-las. Para isso, é necessário utilizar a ferramenta Rasterizar camada vetorial e em
seguida Vetorizar camada raster, para então as “Áreas Aptas” ficarem separadas conforme o
objetivo do estudo.
5. Resultados
Para obtenção das áreas aptas às instalações de usinas solares de larga escala foram atribuídos
os critérios legais na região selecionada como cenário de estudo. Descartando, através do uso
do gvSIG, as áreas onde a legislação existente proíbe a implantação de tais instalações, têm-se
o desenho geoespacial das restrições estabelecidas no estudo na Figura 2. Figura 2 – Camadas Restritivas
Fonte: Autores
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Com a obtenção das camadas temáticas que definem cada uma das restrições da camada original
cobrindo todo o território em estudo, e aplicando a restrição da área ter no mínimo 26 hectares,
as áreas adequadas para implantar usinas solares são estabelecidas, conforme Figura 3. Figura 3 – Áreas Aptas a Instalação
Fonte: Autores
Através da análise foi possível identificar 56 áreas possíveis aptas a receber uma usina solar
fotovoltaica de grande porte. As áreas aptas para instalação de uma usina de grande porte
correspondem a 72,2% da área total estudada; representando, portanto, no total uma área de
674,964 km2.
6. Considerações Finais
Determinar a localização de uma empresa não é considerada uma decisão simples. Há quase
um século, a teoria sobre a localização de empreendimentos vem recebendo grandes
contribuições de diversos autores, tornando-a extremamente técnica.
A partir disso, a utilização do Sistema de Informação Geográfica mostrou-se eficiente neste
estudo, comprovando a utilização desta metodologia para identificação das áreas aptas para
instalação de uma usina solar fotovoltaica. A aplicação do gvSIG contribuiu na exclusão de
todas as áreas impróprias para a instalação, tomando como base para o estudo os critérios legais
de infraestrutura. Ao juntar todas as camadas restritivas obteve-se uma camada com as áreas
aptas, cumprindo o objetivo do estudo. Do total de 934,930 km2, somente 674,964 km2,
representando 72,2% da área delimitada estão aptos a receber o empreendimento de geração de
energia por fonte solar.
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Com os resultados obtidos nesta pesquisa, comprova-se a possibilidade da utilização desta
metodologia para estudos que buscam a localização ideal para determinado empreendimento,
sempre levando em consideração a legislação do local onde será realizada a análise.
Desse modo, analisam primeiramente os fatores que impactam sobre a autorização legal para
instalação, em trabalhos futuros outros critérios serão adicionados nas camadas do gvSIG.
Portanto, a questão sobre a teoria da localização com o uso de informações geoespaciais não
está fechada, e espera-se ter contribuído com essa pesquisa um pouco mais para a sua evolução.
7. Agradecimentos
Os autores agradecem ao INCT-GD, CAPES, CNPq e FAPERGS pelo apoio financeiro recebido para o desenvolvimento deste trabalho. Michels foi apoiado por uma bolsa de pesquisa do CNPq - Brasil. O presente trabalho foi realizado com o apoio do INCT-GD e dos órgãos financiadores (processo CNPq 465640 / 2014-1, processo CAPES no 23038.000776 / 2017-54 e FAPERGS 17 / 2551-0000517-1) e com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – Brasil (CAPES/PROEX) – Código de Financiamento 001.
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