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IDENTIFICAÇÃO DE LOCAIS IDEAIS

PARA INSTALAÇÃO DE USINAS DE

ENERGIA FOTOVOLTAICA: UM

ESTUDO DE CASO

Graciele Rediske

[email protected]

Carmen Brum Rosa

[email protected]

Paula Donaduzzi Rigo

[email protected]

Natália Gava Gastaldo

[email protected]

Leandro Michels

[email protected]

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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