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.

Lógica da geração distribuída

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

Crescimento

Suprimento básico

Maturidade

GD

ImportaçõesEficientização

Novas tecnologias

Preservação

Automação

Sistema Interligado

Transmissão longa distância

Redes isoladas

Redes de alta voltagem

Tempo/Estágio de desenvolvimento

Co

ns

um

o p

er

ca

pit

a

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 - custosTecnologia Eficiência de

geração [%]

Custo combustível

[US$/MMBtu]

Investimento

[US$/kW]

Fator de

capacidade

O&M

[cents US$/kWh]

Custo

[cents US$/kWh]

Geração centralizada

Ciclos combinados 50-58 2,0-2,5 300-600 > 80 0,2-0,5 2,5-3,5

Turbinas a gás 32-38 2,0-3,0 180-350 < 20 1,0-2,0 8,0-15,0

UTE a carvão mineral 34-40 0,8-1,4 800-1400 > 80 0,4-0,8 3,0-5,0

Geração distribuída

Motores – geração na base 30-40 2,5-6,0 700-1800 > 80 0,6-2,0 4,5-12,0

Motores – geração emergencial 30-40 2,5-6,0 250-500 < 10 4,0-7,0 15,0-25,0

Micro turbinas 20-30 2,5-6,0 500-700 > 50

< 10

0,2-0,5

1,0-2,0

5,0-12,0

17,0-30,0

Células de combustível 40-55 2,5-6,0 2000-

3000

> 80 0,4-1,0 8,0-12,0

Solar fotovoltáica ___ ___ 3500-

5500

20-40 0,1-0,5 15,0-60,0

Energia eólica ___ ___ 800-1800 25-50 0,6-1,5 5,0-15,0

Geração Distribuída - custos

Tecnologia Eficiência [%] Capacidade de

armazenamento típica

Investimento

[US$/kW]

Sistema centralizado

Centrais de bombeamento 75 10 horas 1300-1800

Sistemas de ar comprimido 80 8-36 horas 400-600

Recursos distribuídos

Baterias 75 0,5-4,0 horas 1000-1800

Super condutores magnéticos 90 1-5 minutos 1000-2000

Volantes mecânicos 80 2 min – 2 horas 1000-3000

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)

E

C

E

C

Sistema cogeração

Processoindustrial

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.

Dimensionamento do sistema (2)

E

CC

Sistema cogeração

Processoindustrial

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

Dimensionamento - paridade elétrica

E

C

E

Cogeração 1 (E/C =2) Processo (E/C = 1)

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.

E

C

DCC

E

ExC

Cogeração 2 (E/C = 0,5)

C

Dimensionamento - paridade térmica

E

C

E

C

Cogeração 1(E/C) = 2

Processo (E/C) = 1

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.

E

C

ExE

C

DE

Cogeração 2(E/C) = 0,5

E

Dimensionamento - operação na base

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.

Geração

kWe

h

Compra

Dimensionamento – operação compra/venda

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.

Geração

kWe

h

Compra

Venda

Dimensionamento – atendimento da ponta

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.

Geração

kWe

h

Venda

Dimensionamento - maximizando a geração

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).

Geração

kWe

h

Venda

Dimensionamento - operação “peak-shaving”

kWe

h

Geração

Compra

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

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.

Geração

kWe

hCompra

kWt

h

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.