EletrobrásFÓRUM ABINEE TEC 2009

Energias Alternativas Renováveis:Eólica, Biomassa, PCH e Solar

Jorge Lima

ELETROBRÁS

São Paulo, 2 de junho de 2009

EletrobrásGrandes Desafios do Século XXI

• Administrar o crescimento ordenado das populações;• Garantir padrões mínimos de qualidade de vida para

essas populações;• Utilizar de forma consciente os recursos naturais,

mantendo o equilíbrio do ecosistema da Terra;• Reduzir a poluição e evitar danos ao meio ambiente:• Administrar os recursos que colocam em risco a

sustentabilidade do planeta:– Água;– Alimentos;– Energia.

Eletrobrás

• Aumentar a produção de energia (eletricidade, transporte etc.) sem grandes impactos ao meio ambiente;

• Buscar novas alternativas e tecnologias para aumentar a oferta de energia;

• Reduzir os riscos de suprimento, por diversificação da Matriz Energética;

• Aumentar a geração distribuída de energia elétrica;• Superar as instabilidades econômica e política relativas à

comercialização do petróleo;• No caso do Brasil, os grandes potenciais, junto aos

centros de consumo, já estão esgotamento.

Grandes Desafios do Século XXI

EletrobrásGeração de Energia Elétrica

Brasil Mundo

Fonte: MME

O Brasil tem uma forte tradição de geraçãoa partir de energia renovável (limpa)

Eletrobrás

Comparação da Carga de Energia (MW médios) PDE 2008/2017 e 1ª Revisão Quadrimestral de 2009 (*) – SIN

50.000

55.000

60.000

65.000

70.000

75.000

80.000

85.000

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

SIN (PDE 2008/2017) SIN 1ª Rev/09 ONS/EPE

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017SIN (PDE 2008/2017) 52.189 54.995 57.838 60.505 64.262 67.155 70.129 73.201 76.686 80.111Crescimento % 5,4 5,2 4,6 6,2 4,5 4,4 4,4 4,8 4,5

SIN (1ª Rev./09 ONS/EPE) 52.189 52.964 56.273 58.992 62.738 65.417 68.314 71.307 74.701 78.038Crescimento % 1,5 6,2 4,8 6,4 4,3 4,4 4,4 4,8 4,5

Fonte: ONS/EPE(*) Foram consideradas para a projeção até 2017 as taxas de crescimento do PDE 2008-2017

(*) Inclui as interligações dos sistemas isolados Acre/Rondônia e Manaus/Macapá

Cenário de Crescimento

EletrobrásCenário Futuro

Fonte Energia Necessária Potência a Instalar

Nuclear 30.000 MWmed ÷ 0,9 = 33.300 MW

Hidroelétrica 30.000 MWmed ÷ 0,6 = 50.000 MW

Biomassa 30.000 MWmed ÷ 0,4 = 75.000 MW

Eólica 30.000 MWmed ÷ 0,4 = 75.000 MW

Solar 30.000 MWmed ÷ 0,25 = 120.000 MW

Será necessário um adicional de ~ 30.000 MWmed de geração até 2017.

Nenhuma fonte é capaz de suprir esta necessidade, por si só. Não poderemos abrir mão de qualquer fonte de geração disponível para suprir esta demanda futura.

EletrobrásTecnologias MadurasEólica – Tecnologia madura na Europa, Estados Unidos e Ásia. A capacidade instalada no mundo, em dez. 2008, era superior a 120.000 MW. No Brasil são 33 usinas em operação, com potência instalada de ~ 410 MW e 7 usinas em construção com potência de ~ 340 MW. Temos excelentes recursos eólicos e capacidade industrial. Precisamos de um pouco mais experiência e programas de longo prazo para atingirmos o domínio desta tecnologia.

Biomassa – Larga experiência nos diversas segmentos de geração com esta tecnologia. Atualmente são 330 usinas com mais de 6.600 MW instalados. O bagaço de cana de açúcar é empregado em 269 empreendimentos de geração atingindo mais de 5.100 MW instalados.

EletrobrásTecnologias MadurasPCH – Experiência centenária, superando 2.700 MW instalados, em mais de 418 empreendimentos em operação. Temos um potencial muito grande a ser, ainda, explorado.

Solar – Experiência em Fotovoltaica (PV) e Solar Térmica de baixa temperatura. Na tecnologia PV, estima-se que cerca de 20.000 sistemas tenham sido instalados, com potência da ordem de 20 MW. Na área de aquecimento de água, mais de 4x106 m2

de coletores já foram instalados, proporcionando economia da ordem de 1TWh em 2008. Em termos de recurso solar, pode-se dizer que o Brasil é o país com maior potencial do mundo, devido a sua localização geográfica. Embora seu potencial seja gigantesco, pouco tem sido explorado. Falta uma política de implantação de sistemas PV integrados à rede.

Eletrobrás

EÓLICA

EletrobrásUtilização da Energia Eólica

Pouca pesquisa de aerogeradores de grande porte

Uso intensivo de combustíveis fósseis

II Guerra 1970 1980 1990 20001900

Desenvolvimento e uso de turbinas eólicas de pequeno porte para suprimento de energia em comunidades isoladas

Acidente de Chernobyl 26/04/1986

Desenvolvimento da Indústria Alemã

Choque do Petróleo

Novas pesquisas em energia eólica

• Turbinas de 1.5 a 2.0 MW•UsinasOffshore

EletrobrásEvolução da Potência das Turbinas Eólicas

Fonte: DEWI - 2008

EletrobrásPotência Eólica Instalada no Mundo (GW)

Fonte: WWEA

Eletrobrás

• Potência = F V• F = Cp ½ ρA V2

• Potência no eixo: P = Cp 1/2 ρA V3

• Onde ρ é a massa específica do ar 1,22 kg/m3

• A é a área varrida pelas pás em metros quadrados (m2)• V é a velocidade do vento em metros por segundo (m/s)• Cp é o coeficiente de potência

Dependência dos Ventos

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Fonte: Atlas do Potencial Eólico Brasileiro - 2001

NE

75.000 MW

20% do potencial

Fator de capacidad

e 40%

6.000MWmédios

Estimativa de Aproveitamento

20% do potencial

Fator de capacidad

e 35%

1.600MWmédios

S

23.000 MW

EletrobrásFacilitar o Acesso

4,00

0 km

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BIOMASSA

EletrobrásViabilidade para a Geração

Preço de Venda da Energia R$ 140,00 / MWhCredito de Carbono R$ 10,00 / MWh

RECEITA TOTAL R$ 150,00 / MWh

Limite Médio Disponível para Compra de Combustível

Considerando PCI = 2.000 Kcal/Kg - R$ 60,00 / MWh

21 Kgf/cm² - 300oC h = 16% 2,7 Ton MWh = R$ 22,25 / Ton

42 Kgf/cm² - 420oC h = 22% 2,0 Ton MWh = R$ 30,00 / Ton

64 Kgf/cm² - 490oC h = 26% 1,7 Ton MWh = R$ 35,30 / Ton

Fonte: AREVA KOBLITZPCI – Poder Calorífico Inferior

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Safra de 500 Milhões de Toneladas de Cana 2008/2009

Produção de açúcar e álcool:50% Açúcar 50% Álcool

250 Milhões TC – Açúcar:- 25 Milhões Ton Açúcar;- 3.000 Milhões litros de Álcool;

250 Milhões TC – Álcool:- 21.250 Milhões litros de Álcool.

Considerações básicas

Fonte: AREVA KOBLITZ

Potencial de longo prazo para geração de energia elétrica:~ 30 000MWmed (de 10 a 15 anos)

EletrobrásExemplo de Geradora

UTE - RUETTE

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PCH – Pequena Central Hidroelétrica

• Classificação: Projetos com potência até 30MW;• Estudos de viabilidade aprovados pela ANEEL;• Projetos são otimizados visando o melhor

aproveitamento possível;• Potencial existente superior a 20.000 MW;• Potencial em diversas regiões do país;• Tecnologia 100% dominada no Brasil;• Baixo impacto ambiental.

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SOLAR

Eletrobrás

O Sol envia para a Terra energia

equivalente a cerca de 10.000 vezes o atual consumo mundial de

energia bruta

EletrobrásSol - Fonte Inesgotável• Para a nossa escala tempo o Sol pode ser considerado uma fonte inesgotável de energia.

•A energia incidente na superfície terrestre é 10 000 vezes superior ao seu consumo global atual de energia primária.

•As fontes renováveis de energia, exceto a geotérmica, derivam da energia solar

• Dados Relevantes:• Energia Solar Anual Disponível na Superfície Terrestre:

~ 900 x 106 TWh

• Consumo Mundial de Energia Primária (2008):

~ 18 Gtoe ou ~ 85 x 103 TWh

• Eficiências de Conversão (comercial):

FV: 8 - 16%, Heliotérmica: 16 - 23%, Aquecimento 40 - 60%

Eletrobrás

• Solar Fotovoltaica

• Solar Térmica de baixa temperatura

• Solar Térmica de alta temperatura

Tecnologias Disponíveis

EletrobrásAtlas Solarimétrico do Brasil

Eletrobrás

OC

EA

NO

AT

LÂ

NT

IC

O

RIO GRANDEDO NORTE

PARAÍBA

PERNAMBUCO

ALAGOAS

DF

GOIÁS

150 150 450300 600 km75 0

ESCALA GRÁFICA

ATLAS SOLARIMÉTRICO DO BRASIL

8

6

10

12

14

16

18

20

22

24

Anual

Colômbia

Peru

Paraguai

Argentina

Bolívia

Suriname

Venezuela

Guiana

GuianaFrancesa

Uruguai

18

16

16

1618

18

18

18

18

18

20

AMAZONAS

ACRE

RONDÔNIA

MATO GROSSO

MINAS GERAIS

SÃO PAULO

PARANÁ

SANTA CATARINA

RIO GRANDE

DO SUL

RIO DE JANEIRO

ESPÍRITOSANTO

MATO GROSSO

DO SUL

AMAPÁ

MARANHÃOPARÁ CEARÁ

SERGIPE

PIAUÍ

BAHIA

TOCANTINS

RORAIMA

CARTA 3.14Radiação solar global diária, média anual

2

Coordenador do Projeto

GRUPO FAE - Grupo de Pesquisas em Fontes Alternativas de Energia-DEN/CT/UFPE

CHESF - Companhia Hidro Elétrica do São Francisco

Consultoria Técnica

CEPEL - Centro de Pesquisa de Energia Elétrica

( MJ/ m . dia )

5959

Média Anual

EletrobrásAtlas de Irradiação Solar

1a. Versão publicada em outubro de 98 pelo LABSOLAR/UFSC e pelo INPE.

É uma aplicação do modelo físico BRAZILSR, baseado em dados de satélite geoestacionário.

É representado por um conjunto de mapas de irradiação global.

Eletrobrás

• 1839 - Becquerel descobre o efeito fotovoltaico num eletrólito

• 1876 - Adams descobre o efeito FV num semicondutor

• 1930 - Shottky estabelece a teoria do efeito fotovoltaico

• 1954 - Pearson, Fuller e Chapin - Primeira célula FV prática (mono-Silício)

• 1958 - Primeiras células FV para alimentar um satélite (Vanguard I)

• década de 60 - aplicações espaciais da tecnologia FV

Tecnologia Fotovoltaica - Histórico

EletrobrásOs Inventores

Eletrobrás

• década de 70 - Lindmeyer et al. fazem desenvolvimentos importantes nas células FV, incluindo a célula de Poly-Si

• final da década de 70 - aplicações terrestres superam aplicações espaciais da tecnologia FV (telecomunicações)

• década de 80 - centrais fotovoltaicas piloto de médio porte (dezenas a centenas de kWp) instaladas na Europa e EUA

• década de 90 - utilização de tecnologia FV para eletrificação rural na maioria dos países em desenvolvimento

Tecnologia Fotovoltaica - Histórico

Eletrobrás

• 1992 - início das atividades do CEPEL na área de energia fotovoltaica; convênio CEPEL/NREL (US DoE) para eletrificação rural em vários estados

• 1995 - início do trabalho conjunto do CEPEL com o MME/DNDE no PRODEEM

• 1996 - produção anual mundial de 80 MWp de células fotovoltaicas

• 2006 – produção mundial deverá atingir 2.600 MWp

Tecnologia Fotovoltaica - Histórico

Eletrobrás

Satélites de comunicação, sensoreamento, pesquisa etc

Tecnologia Fotovoltaica - Aplicações

Eletrobrás

Estações repetidoras de micro-ondas, rádio VHF/UHF ou TV

Tecnologia Fotovoltaica - Aplicações

Eletrobrás

• Sistemas de Telemetria

• Monitoração Ambiental: estações de medições meteorológicas, pluviométricas, hidrológicas, anemométricas, monitoração de poluição, etc.

Tecnologia Fotovoltaica - Aplicações

Eletrobrás

Produtos de consumo: relógios, calculadoras, carregadores de pilhas NiCd, NiMH, brinquedos etc.

Tecnologia Fotovoltaica - Aplicações

Eletrobrás

Propaganda comercial

Sinalização de aeroportos

Tecnologia Fotovoltaica - Aplicações

EletrobrásTecnologia Fotovoltaica - Aplicações

PV-shaded parking in Los Angeles, California

Eletrobrás

Energia Solar Fotovoltaica

para

Geração de Energia Elétrica

EletrobrásTecnologia FotovoltaicaTipos de Sistemas

• Autônomos - alimentam cargas elétricas exclusivamente a partir de energia solar fotovoltaica; são normalmente empregados em locais remotos não atendidos pela rede elétrica e/ou para eletrificação rural

• Conectados à Rede Elétrica - alimentam parcialmente uma carga e/ou suprem energia à rede elétrica convencional

EletrobrásArquipélago de São Pedro e São Paulo

Estação Científica Arquipélago São Pedro e São Paulo

• painel fotovoltaico de 3.6kWp

• dessalinizacão de água

• em operacão desde jun/98

• projeto do CEPEL para a CIRM Vista aérea da Estação Científica

Eletrobrás

Sistema FotovoltaicoResidencial Conectado à Rede Elétrica

Eletrobrás

• Sistemas Montados em Telhados (“rooftop”) ou Fachadas - alimentam parcialmente um prédio qualquer, injetando o possível excedente de energia na rede elétrica (ex. residências com tarifador bidirecional)

• Centrais Fotovoltaicas - funcionam como uma usina geradora, suprindo energia à rede elétrica convencional existente (ex. reforço de linhas de distribuição)

Tecnologia FotovoltaicaSistemas Conectados à Rede

EletrobrásMedição do Balanço de Energia

ArranjoFotovoltaico

Unidade deControle e

Condicionamentode Potência

Carga

RedeKWh

PC

Eletrobrás

Sistema fotovoltaico sobre o telhado de um condomínio residencial - Japão

Tecnologia FotovoltaicaSistemas Conectados à Rede

EletrobrásTelhado Solar - CEPEL

Sistema fotovoltaico sobre o telhado CEPEL

EletrobrásTelhado Solar - CEPEL

Equipamentos de sistema fotovoltaico do telhado CEPEL

Eletrobrás

Central Fotovoltaica Neurather See (Alemanha) 360kWp

Tecnologia FotovoltaicaSistemas Conectados à Rede

Eletrobrás

Número de módulos: 1,440Área Total : 3,311 m2

Potência: 325 kWGeração anual: 274,000 kWh

Tecnologia FotovoltaicaSistemas Conectados à Rede

EletrobrásAplicações de Sistemas Fotovoltaicos

• Apresenta um enorme potencial para aplicações remotas;

• Programas em diversos países para aplicações socias e produtivas no meio rural;

• Programas para a redução do consumo de combustíveis fósseis – redução de emissões (efeito estufa);

• Sistemas Híbridos, principalmente em sistemas isolados.

Eletrobrás

Energia Solar Fotovoltaica

MERCADO

EletrobrásTecnologia - Tendências

Produção de módulos fotovoltaicos em 2007:

• ~ 80 % silício na forma cristalina (single + poly)

• ~ 15 % filmes finos (incluindo silício)

• ~ 5 % outras formas

EletrobrásProdução Mundial

• 2001 – 390 MWp ~ 36% de crescimento• 2002 – 550 MWp ~ 41% de crescimento• 2003 – 750 MWp ~ 36% de crescimento• 2004 – 1200 MWp ~ 60% de crescimento• 2005 – 1800 MWp ~ 50% de crescimento• 2006 – 2550 MWp ~ 42% de crescimento• 2007 – 3800 MWp ~ 49% de crescimento• 2008 – 5000 MWp ~ 42% de crescimento (*)

(*) estimado

EletrobrásPotência InstaladaCumulative installed PV Power in IEA-PVPS

countries 1992-2003 (MW)

109,9 136,2 163,9 198,6 244,7314

395,7520

725,8

990

1.327,70

1.782,04

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003

Source: IEA Photovoltaic Power Systems Programme

* estimate

*

*

Acumulado até 2008 = ~15.000 MWCerca de 10 X o acumulado até 2003

EletrobrásProdução Mundial

Fonte: European Comission – Institute for Energy

EletrobrásOs Maiores Produtores

Fonte: European Comission – Institute for Energy

EletrobrásOs Maiores da Europa

Fonte: European Comission – Institute for Energy

EletrobrásProdução, Capacidade e Planejado

Fonte: European Comission – Institute for Energy

EletrobrásMercado por Aplicação

Source: PV News, July 2007

EletrobrásParticipação das Tecnologias

Source: PV News, May 2007

EletrobrásTendência Tecnológica

EletrobrásProdução de Filmes Finos

EletrobrásEnergia Produzida e Payback

System Energy Payback Times for Several Different Photovoltaic Module Technologies.(1700 kWh/m2/yr and 75% performance ratio for the system compared to the module)

Cell Technology

Energy Payback Time (EPBT)1 (yr)

Energy Used to Produce System Compared to Total Generated Energy 2 (%)

Total Energy Generated by System Divided by Amount of Energy Used to Produce System2

Single-crystal silicon 2.7 10.0 10

Non-ribbon multicrystalline 2.2 8.1 12

Ribbon multicrystalline 1.7 6.3 16

Cadmium telluride 1.0 3.7 27

1. V. Fthenakis and E. Alsema, "Photovoltaics energy payback times, greenhouse gas emissions and external costs: 2004-early 2005 status, " Progress in Photovoltaics, vol. 14, no. 3, pp. 275-280, 2006.

2. Assumes 30-year period of performance and 80% maximum rated power at end of lifetime.

EletrobrásTecnologia Solar Térmica

EletrobrásConcentrador - Cilindro Parabólico

Planta na Califórnia (SEGS)

Possui uma única linha focal horizontalRastreamento do sol em um eixo (Leste – Oeste)

Irradiação Direta Normal diária média mensal (mês + crítico)

Temperaturas: ~ 390°C

EletrobrásConcentrador – Torre Central

Planta na Califórnia (Solar Two)

Coletores com acompanhamento do sol em dois eixos (campo de heliostatos)

Irradiação direta normal diária média mensal (para + crítico)

Temperatura: ~ 565°C

Eletrobrás

Planta Disco/Stirling na Alemanha (SBP)

Rastreia o sol em dois eixos concentrando energia em receptor no ponto focal do disco

Irradiação Direta Normal diária média mensal (para mês crítico)

Temperatura: ~ 750°C

Concentrador – Disco Parabólico

EletrobrásRegião Apropriada

Região no NE do Brasil que apresenta níveis satisfatórios para aplicação de Geração Heliotérmica

EletrobrásFator de Capacidade

EletrobrásCustos de Sistemas de Geração Elétrica

Sistemas Custos (US$/kW)

Fotovoltaico 2.500 a 5.000

Cilindro Parabólico 1.600 a 2.500

Torre Central 3.000 a 6.000

Disco Parabólico 7.000 a 10.000

EletrobrásCustos

EletrobrásBarreiras de Mercado• Imprecisão na contabilização dos custos ambientais no preço das energias convencionais;

• Até pouco tempo não havia isenção do II, IPI, etc nos equipamentos associados às renováveis;

• Rigidez das estruturas institucionais, políticas e regulamentares;

• Convicção cultural de que a utilização das tecnologias de renováveis é cara, de risco elevado e de baixa relevância para o sistema;

• Localização remota de alguns recursos renováveis.

EletrobrásConclusões• A biomassa, principalmente a de cana de açucar, apresenta um enorme

potencial de aplicação, inclusive de longo prazo;• A PCH é uma tecnologia de geração de energia utilizada há muitos anos,

com uma participação na matriz cada vez maior;• A energia eólica tem uma capacidade enorme de se integrar ao sistema

elétrico, principalmente pela complementaridade ao regime hidrológico, permitindo melhorar o armazenamento nos reservatórios;

• A energia solar já é economicamente viável em diversas aplicações;• Num horizonte de 10 a 20 anos sua participação será grande na matriz

elétrica mundial;• O Brasil apresenta um enorme potencial para aplicação de energia solar,

em todas as tecnologias;• É necessário que se estabeleça uma política nacional, o mais breve

possível, incentivando, inclusive, os sistemas conectados à rede;• Novas tecnologias poderão depender da solar;• Custos: forte dependência da escala de produção.

Eletrobrás

Obrigado pela atenção

jorge.lima@eletrobras.com