OMAR CHEIDDE CHAIM

ANLISE DE CUSTO DE FONTES

ALTERNATIVAS DE

ENERGIA

Trabalho de Concluso de Curso apresentado

Escola de Engenharia Eltrica de So Carlos, da

Universidade de So Paulo

Curso de Engenharia Eltrica com nfase em

sistemas de energia e automao

ORIENTADOR: Prof. Dr. Ricardo Quadros Machado

So Carlos

2011

AUTORIZO A REPRODUO E DIVULGAO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.

Ficha catalogrfica preparada pela Seo de Tratamento da Informao do Servio de Biblioteca EESC/USP

Chaim, Omar Cheidde.

C434a Anlise de custo de fontes alternativas de energia. /

Omar Cheidde Chaim ; orientador Ricardo Quadros Machado

- So Carlos, 2011.

Monografia (Graduao em Engenharia Eltrica com

nfase em Sistemas de Energia e Automao -- Escola de

Engenharia de So Carlos da Universidade de So Paulo,

2011.

1. Energia Elica. 2. Pequena central hidreltrica.

3. Energia solar fotovoltaica. 4. Custos de energia. 5.

Fontes alternativas. 6. Software HOMER. I. Titulo.

Sumrio

Resumo________________________________________________________________i

Abstract________________________________________________________________ii

1. Introduo 1

2. Base terica e entrada de variveis 3

2.1. O software HOMER energy 3

2.1.1. Exemplo ilustrativo do HOMER energy_________________________3

2.2 Gerao trmoeltrica a gs 4

2.2.1. Entradas do software: Gs natural 5

2.2. Gerao hidreltrica 7

2.3.1. Entradas do software: hidreltrica 8

2.4. Gerao solar 10

2.4.1. Entradas do software: Fotovoltaica 12

2.5. Gerao elica 15

2.5.1. Entradas do software: Elica 16

3. Obteno de dados 19

3.1. Fontes primrias de energia 20

3.1.1. Energia Termoeltrica 20

3.1.2. Energia Hidroeltrica 22

3.1.3. Energia Solar Fotovoltaica 24

3.1.4. Energia Elica 26

3.2. Dados econmicos 30

3.3. Elementos do sistema 31

3.3.1. Carga 31

3.3.2. Conversores e baterias 32

3.3.4. Rede eltrica 35

4. Simulao exemplo 36

4.1. Introduo 36

4.2. Dados de entrada 36

4.3. Esforo computacional 37

4.4. Resultados obtidos 38

4.4.1. Grficos 38

4.4.2. Tabelas 45

4.4.3. Viabilidade Atual 48

4.5. Aplicao_____________________________________________________48

5. Resultados 49

5.1. Anlise Elica 49

5.1.1. Sistema elico gs 49

5.1.2. Sistema elico rede 50

5.1.3. Viabilidade Atual 56

5.2. Anlise Solar 56

5.2.1. Sistema solar gs 58

5.2.2. Viabilidade Atual 61

5.2.3. Sistema solar rede 61

5.2.4. Viabilidade Atual 63

5.3. Anlise hidreltrica 63

5.3.1. Viabilidade Atual 66

Concluso 67

Bibliografia 69

i

Resumo

Com o aumento da demanda energtica e a presso ambiental contraria as fontes

trmicas a combustvel fssil e nucleares, torna-se necessria a utilizao de novas

fontes de energia.

O principal intuito deste trabalho analisar a viabilidade econmica de gerao de

energia elica, fotovoltaica e de pequenas centrais hidreltricas. A anlise de viabilidade

econmica considera custos estimados em valores reais e projeta tendncias para

verificar o efeito desses custos no ponto de timo de custo do sistema, alm disso,

independentemente do custo a entrada dessas fontes forada para verificar seu efeito

no custo total da energia do sistema.

Palavras chave: Energia Elica; Pequena central Hidreltrica; Energia Solar Fotovoltaica;

Custo de energia; Fontes alternativas; software HOMER.

ii

Abstract

With increasing energy demand and environmental pressure against thermal sources

fossil fuel and nuclear, it becomes necessary to use new sources of energy.

The main purpose of this research is to analyze the economic feasibility of wind power

generation, photovoltaic and small hydro. The economic feasibility analysis considers

costs estimated in real projects and trends to verify the effect of these costs at the point of

optimum system cost, moreover, regardless of the entry cost, these sources will be forced

in to check its effect on the overall energy cost the system.

Key words: Wind power; Small hydro; photovoltaic generation; Energy cost; alternative

sources; HOMER software;

1

1. Introduo

Desde o inicio da produo de energia eltrica e de bens que a utilizassem, o potencial instalado

de energia vem crescendo vigorosamente. Atualmente a dificuldade est em encontrar recursos

disponveis para explorar tendo em vista, que o abundante potencial hidreltrico disponvel j foi

bastante explorado no Brasil, diversos recursos minerais sofrem especulaes sobre sua possvel

extino, preos de combustveis utilizados em larga escala disparam devido ao aumento da

demanda e at a temperatura do planeta se eleva devido ao uso em larga escala de energia de

combustvel fssil. Neste cenrio de esgotamento de recursos naturais necessrio recorrer a

novas fontes de gerao de energia.

O crescimento econmico est intrinsecamente ligado disponibilidade energtica. Uma

diminuio no consumo de energia est diretamente relacionada a um decrscimo no produto

interno bruto (PIB), sendo necessrio, portanto, aumentar a disponibilidade de energia antes de

pleitear um crescimento econmico.

Por outro lado presses ambientais e sociais geram um esforo poltico para a gerao de energia

renovvel, que se torna visvel na forma de incentivos fiscais linhas de financiamentos e at

preos distintos de compra de energia. O problema est no custo final da energia, pases

desenvolvidos muitas vezes cobram taxas das unidades mais poluidoras para financiar os

incentivos s energias alternativas, isto leva, invariavelmente, a um aumento no custo total da

energia. Esse encarecimento da energia aumenta os custos de produo, o que leva a uma

diminuio de competitividade frente aos produzidos com energia mais barata.

Inicialmente proibitivos, os custos de gerao das energias alternativas tiveram uma reduo

drstica nas ltimas dcadas. A procura por novas formas de suprir as demandas energticas da

vida moderna incentivou pesquisas e projetos de explorao de formas de diversos tipos de

gerao, da queima de bagao de cana at o aproveitamento da energia de coliso de ftons

(FARRET; SIMOES, 2006, p.130). A viabilidade de um sistema eltrico, porm, depende de dois

fatores, da capacidade de suprimento carga e do custo final do fornecimento dessa energia.

Nesse trabalho sero analisadas estas caractersticas para trs formas de gerao, a solar

fotovoltaica, a energia de pequenas centrais hidreltricas e a energia elica.

O objetivo destas simulaes estimar o custo atual de gerao dessas formas conforme sua

partio cresce na matriz energtica e verificar a influncia de fatores com tendncias de variao

na formao destes custos.

Para a realizao das anlises utilizado o software HOMER Energy, desenvolvido pelo

National Renewables Energy Laboratory (NREL), prprio para estudos de gerao e custos de

sistemas de alimentao hbrida. Esse software foi escolhido por indicao do orientador deste

2

trabalho, tendo um captulo dedicado no livro Integration of Alternative sources of energy

(FARRET; SIMOES, 2006, p.379-419).

No capitulo 2 esto contidas a base terica e as variveis de entrada. Cada varivel a ser

trabalhada na demonstrao descrita em sua importncia e utilizao e especificidades, sendo

especificadas quais sero ou no utilizadas. A base terica trata de especificidades de cada forma

de gerao tratando de suas caractersticas de produo de energia, aproveitamento de potencial

e instalao. Tambm nesse capitulo descrito o funcionamento do software.

O capitulo 3 descreve o procedimento de obteno dos dados para alimentar o HOMER. So

explicitadas as fontes e feitas as devidas consideraes sobre os valores obtidos, sua

variabilidade e disperso.

Uma simulao exemplo descrita em detalhes no capitulo 4, sendo explicados os grficos de

sadas do software com maior nvel de detalhamento. Essa simulao uma das utilizadas para

realizao das anlises, especificamente a anlise elica-gs natural.

Os resultados presentes no capitulo 5 tratam de uma forma menos detalhada os resultados das

outras simulaes realizadas e a anlise de viabilidade atual.

Os capitulos 6, 7 e 8 so respectivamente concluso, referencias bibliogrficas e bibliografia

consultada.

3

2 . Base terica e variveis de entrada

O objetivo desse capitulo fornecer informaes bsicas dos componentes dos sistemas

analisados e sua modelagem computacional. So descritas as variveis de entrada do software

HOMER energy (utilizado para as simulaes) e as caractersticas principais das fontes

estudadas.

Toda gerao de energia eltrica na