PERSPECTIVASDAGERAÇÃODISTRIBUÍDANOBRASIL ... · Projeto de Graduação apresentado ao Curso de...

PERSPECTIVAS DA GERACcedilAtildeO DISTRIBUIacuteDA NO BRASIL

Andressa Elisa Bade de Castro Pedro

Projeto de Graduaccedilatildeo apresentado ao Cursode Engenharia Eleacutetrica da Escola PoliteacutecnicaUniversidade Federal do Rio de Janeiro comoparte dos requisitos necessaacuterios agrave obtenccedilatildeo dotiacutetulo de Engenheiro

Orientador Walter Issamu Suemitsu

Rio de JaneiroJulho de 2018



PROJETO DE GRADUACcedilAtildeO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DOCURSO DE ENGENHARIA ELEacuteTRICA DA ESCOLA POLITEacuteCNICADA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTEDOS REQUISITOS NECESSAacuteRIOS PARA A OBTENCcedilAtildeO DO GRAU DEENGENHEIRO ELETRICISTA

Examinado por

Prof Walter Issamu Suemitsu DrIng

Prof Sergio Sami Hazan PhD

Prof Jorge Luiz do Nascimento DrEng

RIO DE JANEIRO RJ ndash BRASILJULHO DE 2018

Bade de Castro Pedro Andressa ElisaPerspectivas da Geraccedilatildeo Distribuiacuteda no BrasilAndressa

Elisa Bade de Castro Pedro ndash Rio de Janeiro UFRJEscola Politeacutecnica 2018

XII 50 p il 29 7cmOrientador Walter Issamu SuemitsuProjeto de Graduaccedilatildeo ndash UFRJ Escola Politeacutecnica

Curso de Engenharia Eleacutetrica 2018Referecircncias Bibliograacuteficas p 47 ndash 501 Geraccedilatildeo Distribuiacuteda 2 Energia Solar Fotovoltaica

3 Energia Renovaacutevel I Issamu Suemitsu Walter IIUniversidade Federal do Rio de Janeiro Escola PoliteacutecnicaCurso de Engenharia Eleacutetrica III Perspectivas da GeraccedilatildeoDistribuiacuteda no Brasil

iii

A ciecircncia eacute portanto umaperversatildeo de si mesma a menos

que tenha como fim uacuteltimomelhorar a humanidade

Nikola Tesla

iv

Agradecimentos

Gostaria de agradecer primeiramente aos meus pais Izabel e Ricardo pelo apoioincondicional dado durante toda esta trajetoacuteria Vocecircs satildeo exemplos de pessoas eprofissionais na minha vida Nada disso seria possiacutevel sem vocecircs

Agradeccedilo tambeacutem ao professor Walter pela orientaccedilatildeo e paciecircncia em tatildeo poucotempo Muito obrigada por tornar esse trabalho final possiacutevel

Aos amigos que a faculdade me deu muito obrigada Aos que estiveram docomeccedilo ao fim Bruno Camila Gabriel Marianna Priscila e Weslly obrigada porpartilharem os sucessos e fracassos comigo Certamente a faculdade natildeo teria sido amesma sem vocecircs Obrigada tambeacutem agraves surpresas que a faculdade me deu no finaldessa trajetoacuteria - Carolina Isabella e Vitoacuteria - por alegrarem meus dias nessa retafinal

Gostaria de agradecer tambeacutem agravequeles que contribuiacuteram de alguma forma nessacaminhada Mesmo natildeo estando mais presentes na minha vida vocecircs foram funda-mentais para uma experiecircncia acadecircmica completa

Agrave todos do ONS pela confianccedila depositada e pelo incentivo dado para esse iniacuteciode carreira

Ao meu namorado Gabriel por toda a paciecircncia compreensatildeo e carinho nessesuacuteltimos anos Obrigada por tudo

v

Resumo do Projeto de Graduaccedilatildeo apresentado agrave Escola Politeacutecnica UFRJ comoparte dos requisitos necessaacuterios para a obtenccedilatildeo do grau de Engenheiro Eletricista



Julho2018


Curso Engenharia Eleacutetrica

Apresenta-se neste trabalho de conclusatildeo do curso de graduaccedilatildeo de EngenhariaEleacutetrica da Universidade Federal do Rio de Janeiro uma anaacutelise da situaccedilatildeo atualda Geraccedilatildeo Distribuiacuteda no Brasil em caraacuteter teacutecnico e quais as perspectivas decrescimento para o futuro Foi dada maior ecircnfase agrave Micro e Minigeraccedilatildeo Distribuiacutedauma vez que haacute previsatildeo de maior crescimento nesse tipo de geraccedilatildeo O objetivo eacuteapresentar o cenaacuterio atual dessa modalidade de geraccedilatildeo no Brasil com uma anaacutelisedos motivos que levam a esse cenaacuterio aleacutem de expor sua crescente relevacircncia namatriz energeacutetica brasileira

vi

Abstract of Undergraduate Project presented to POLIUFRJ as a partial fulfillmentof the requirements for the degree of Engineer

THE FUTURE OF THE DISTRIBUTED GENERATION IN BRAZIL


July2018

Advisor Walter Issamu Suemitsu

Course Electrical Engineering

Presented here in this final year project of the Electrical Engineering degreeof the Federal University of Rio de Janeiro is a technical analysis of the currentsituation of Distributed Generation in Brazil and what are the prospects for thefuture It was given a special focus on Micro and Distributed Microgenerationconsidering it is the type of generation with biggest growth rates The purpose ofthis work is to demonstrate the position that this generation holds in Brazil withan analysis of the reasons for why it is in the afore mentioned position as well asshowcase its growing relevance in Brazilrsquos energy matrix

vii

Sumaacuterio

Lista de Figuras x

Lista de Tabelas xii

1 Introduccedilatildeo 111 Apresentaccedilatildeo 112 Objetivo 213 Estrutura do Trabalho 2

2 Geraccedilatildeo Distribuiacuteda 321 Conceito 322 Micro e Minigeraccedilatildeo distribuiacutedas 323 Tipologias 424 Aspectos Positivos e Negativos da Geraccedilatildeo Distribuiacuteda 4

3 Fontes de energia na Geraccedilatildeo Distribuiacuteda 631 Energia Eoacutelica 6

311 Aspectos Gerais 6312 Principais Fundamentos 7313 Situaccedilatildeo Mundial Atual 9314 Complementaridade com UHE 10

32 Energia Termeleacutetrica utilizando biocombustiacuteveis 10321 Principais Fundamentos 11322 Fontes de biocombustiacutevel 13

33 Energia Solar Fotovoltaica 14331 Aspectos Gerais 14332 Tipos de Ceacutelulas Fotovoltaicas 15333 Principais Fundamentos 16334 Situaccedilatildeo Mundial Atual 17

34 Energia Hidraacuteulica 19341 Aspectos Gerais 19342 Principais Fundamentos 20

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343 Situaccedilatildeo Mundial Atual 21

4 A atual Geraccedilatildeo Distribuiacuteda no Brasil 2341 Dados atuais de Micro e Minigeraccedilatildeo Distribuiacuteda 2342 Energia Eoacutelica 2543 Energia Hidraacuteulica 2744 Energia Teacutermica 2845 Energia Solar Fotovoltaica 29

5 Perspectivas da Geraccedilatildeo Distribuiacuteda no Brasil 3351 Pequena e Meacutedia Escala 33

511 Geraccedilatildeo Distribuiacuteda Fotovoltaica a longo prazo 34512 Geraccedilatildeo Distribuiacuteda de Biogaacutes a longo prazo 37513 Pequena escala no meacutedio prazo 39

52 Larga Escala 40521 Premissas 41522 Previsotildees a longo prazo 42523 Previsotildees a meacutedio prazo 44

6 Conclusatildeo e Trabalho Futuro 4561 Conclusatildeo 4562 Trabalho Futuro 46

Referecircncias Bibliograacuteficas 47

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Lista de Figuras

11 Matriz de Energia Eleacutetrica do Brasil Fonte [10] 1

31 Capacidade total instalada de energia eoacutelica no mundo Fonte [8] 932 Complementaridade entre usinas hidreleacutetricas e eoacutelicas Fonte [11] 1033 Figura esquemaacutetica de turbina a vapor de contra-pressatildeo para cogera-

ccedilatildeo de calor e eletricidade usando biomassa como combustiacutevel Fonte[12] 11

34 Figura esquemaacutetica do ciclo combinado Fonte [12] 1235 Figura esquemaacutetica de ciclo a vapor com turbinas de condensaccedilatildeo e

extraccedilatildeo Fonte [12] 1336 Esquema simplificado do sistema solar fotovoltaico Fonte [13] 1637 Capacidade de novas redes conectadas (alto) e capacidade acumulada

de redes solares fotovoltaicas (baixo) Fonte [8] 1838 Figura esquemaacutetica de uma usina hidreleacutetrica Fonte [17] 2039 Custo total de instalaccedilatildeo de uma usina hidreleacutetrica por paiacutesregiatildeo

em 2016 Fonte [8] 22

41 Nuacutemero de micro e minigeradores distribuiacutedos Fonte [19] 2442 Potecircncia instalada (MW) de micro e minigeradores distribuiacutedos

Fonte [19] 2443 Geradores Eoacutelicos por classe de consumo Fonte [18] 2544 Velocidade do vento meacutedia sazonal no Brasil (ms) Fonte [23] 2645 Geradores hidraacuteulicos por classe de consumo Fonte [18] 2746 Geradores teacutermicos por classe de consumo Fonte [18] 2947 Geradores fotovoltaicos por classe de consumo Fonte [18] 3048 Radiaccedilatildeo solar global diaacuteria - meacutedia anual tiacutepica (Whm2dia) Fonte

[11] 31

51 Previsatildeo da potecircncia instalada fotovoltaica distribuiacuteda acumuladaFonte [6] 36

52 Previsatildeo da energia gerada fotovoltaica distribuiacuteda Fonte [6] 36

x

53 Projeccedilatildeo da penetraccedilatildeo do biometano para GD versus seu potencialteoacuterico Fonte [6] 38

54 Previsatildeo da energia gerada distribuiacuteda utilizando biogaacutes Fonte [6] 3955 Capacidade instalada e energia a partir da geraccedilatildeo distribuiacuteda foto-

voltaica e de biogaacutes Fonte [30] 4056 Grandes consumidores industriais consumo de eletricidade 2013-

2050 (TWh) Fonte [6] 4357 Projeccedilatildeo de autoproduccedilatildeo total de eletricidade de 2013 a 2050

(TWh) Fonte [6] 4458 Projeccedilatildeo de autoproduccedilatildeo de eletricidade no horizonte decenal 2015-

2024 (TWh) Fonte [31] 44

xi

Lista de Tabelas

41 Unidades Consumidoras com Geraccedilatildeo Distribuiacuteda Fonte [18] 2342 Fontes de energia primaacuteria na Biomassa Fonte [18] 2843 Paracircmetros de desempenho de um sistema fotovoltaico de referecircncia

de 1500 Wp Fonte [29] 32

51 Perspectiva de reduccedilatildeo de custos dos sistemas fotovoltaicos (R$Wp)Fonte [6] 35

52 Potecircncia tiacutepica por faixa de consumo Fonte [6] 3553 Projeccedilotildees da geraccedilatildeo distribuiacuteda fotovoltaica Fonte [6] 3754 IndicadoresPremissas para segmentos industriais selecionados

Fonte [6] 4255 Grandes consumidores industriais autoproduccedilatildeo por segmento

(GWh) Fonte [6] 42

xii

Capiacutetulo 1

Introduccedilatildeo

11 Apresentaccedilatildeo

A principal forma de geraccedilatildeo de energia no paiacutes eacute obtida por meio de usinashidreleacutetricas que utilizam a aacutegua como fonte de energia (Figura 11) No entantoo Brasil vive atualmente uma crise energeacutetica causada pela falta de investimentoem novas infra-estruturas e pelo baixo niacutevel dos reservatoacuterios Aleacutem disso questotildeesambientais impossibilitam a construccedilatildeo de grandes hidreleacutetricas uma vez que paraconstruir esse tipo de usina deve-se inundar grandes espaccedilos normalmente em aacutereasde proteccedilatildeo ambiental

Figura 11 Matriz de Energia Eleacutetrica do Brasil Fonte [10]

Uma alternativa para suprir a crescente demanda de energia no paiacutes eacute a geraccedilatildeolocalizada perto dos pontos de consumo a chamada geraccedilatildeo distribuiacuteda (GD) Essamodalidade de geraccedilatildeo permite ao consumidor gerar sua proacutepria energia e a partir

1

da Resoluccedilatildeo Normativa no 482 da ANEEL [1] eacute possiacutevel aleacutem de gerar sua proacutepriaenergia injetar o excedente na rede eleacutetrica e posteriormente ser compensado com oconsumo de energia eleacutetrica ativa transformando o consumidor em um prosumidor

Essa forma de geraccedilatildeo vem ganhando cada vez mais destaque e incentivo noBrasil por possibilitar a diversificaccedilatildeo da matriz energeacutetica nacional por diminuiras perdas do sistema e por postergar o investimento na expansatildeo da transmissatildeo edistribuiccedilatildeo de energia Aleacutem disso para o consumidor essa modalidade traz maiorautonomia no consumo de energia e economia nas despesas com as tarifas de energiaeleacutetrica cada vez mais caras

12 Objetivo

Nesse projeto seraacute feita uma anaacutelise da situaccedilatildeo atual da Geraccedilatildeo Distribuiacutedano Brasil e quais as perspectivas de crescimento para o futuro no longo e meacutedioprazos de acordo com trecircs estudos realizados pela Empresa de Pesquisa EnergeacuteticaO objetivo eacute apresentar o cenaacuterio atual dessa modalidade de geraccedilatildeo no Brasil comuma anaacutelise dos motivos que levam a esse cenaacuterio aleacutem de expor sua crescenterelevacircncia na matriz energeacutetica brasileira

13 Estrutura do Trabalho

Este trabalho apresenta seis capiacutetulos Nesse primeiro capiacutetulo foi visto o obje-tivo deste trabalho e a importacircncia da inserccedilatildeo da Geraccedilatildeo Distribuiacuteda no cenaacuterioenergeacutetico brasileiro

No Capiacutetulo 2 seraacute apresentada uma visatildeo geral sobre a Geraccedilatildeo Distribuiacutedacom o objetivo da contextualizaccedilatildeo do leitor acerca do tema do trabalho

No Capiacutetulo 3 seratildeo mostradas informaccedilotildees gerais sobre as quatro fontes degeraccedilatildeo utilizadas na GD sendo elas a solar fotovoltaica eoacutelica teacutermica utilizandobiomassa e as pequenas hidreleacutetricas

Posteriormente no Capiacutetulo 4 seraacute apresentada a atual situaccedilatildeo da GeraccedilatildeoDistribuiacuteda no Brasil com a atual potecircncia instalada de cada tipo de geraccedilatildeo emotivos que levam uma fonte a ter mais adeptos que outra

O Capiacutetulo 5 traraacute as projeccedilotildees deste tipo de geraccedilatildeo no paiacutes no horizonteateacute 2050 discriminados pelos tipos de fonte que teratildeo maior destaque na matrizenergeacutetica brasileira para a Geraccedilatildeo Distribuiacuteda

Por fim seratildeo apresentadas as consideraccedilotildees finais sobre o presente estudo noCapiacutetulo 6 aleacutem de uma sugestatildeo de trabalho futuro Em seguida encontram-se asreferecircncias bibliograacuteficas utilizadas para o desenvolvimento deste trabalho

2

Capiacutetulo 2

Geraccedilatildeo Distribuiacuteda

21 Conceito

A geraccedilatildeo distribuiacuteda eacute a geraccedilatildeo de energia eleacutetrica realizada perto do seu con-sumidor final Ela pode ser classificada por sua localizaccedilatildeo ou capacidade Deacordo com Pepermans [2] o International Council on Large Electric Systems (CI-GREacute) possui um grupo de estudos sobre geraccedilatildeo distribuiacuteda que define esse tipode geraccedilatildeo como todas as unidades de geraccedilatildeo com capacidade de 50 MW a 100MW geralmente conectadas agrave rede de distribuiccedilatildeo de energia e que natildeo satildeo nemdespachadas nem planejadas centralmente

No Brasil a geraccedilatildeo distribuiacuteda foi definida de forma oficial a partir do Decretono 5163 de 30 de Julho de 2004 [3]

ldquoArt 14 [] Considera-se geraccedilatildeo distribuiacuteda a produccedilatildeo de ener-gia eleacutetrica proveniente de empreendimentos de agentes concessionaacuteriospermissionaacuterios ou autorizados [] conectados diretamente no sistemaeleacutetrico de distribuiccedilatildeo do comprador exceto aquela proveniente de em-preendimento I - hidreleacutetrico com capacidade instalada superior a 30MW e II - termeleacutetrico inclusive de cogeraccedilatildeo com eficiecircncia energeacute-tica inferior a setenta e cinco por cento conforme regulaccedilatildeo da ANEELa ser estabelecida ateacute dezembro de 2004 Paraacutegrafo uacutenico Os empre-endimentos termeleacutetricos que utilizem biomassa ou resiacuteduos de processocomo combustiacutevel natildeo estaratildeo limitados ao percentual de eficiecircncia ener-geacutetica []rdquo

22 Micro e Minigeraccedilatildeo distribuiacutedas

Existem dois tipos de geraccedilatildeo distribuiacuteda mais difundidos e utilizados em aacutereasresidenciais ou pequenos comeacutercios a microgeraccedilatildeo e a minigeraccedilatildeo distribuiacutedas

3

De acordo com as Resoluccedilotildees Normativas no 687 [4] e no 786 [5] a microgeraccedilatildeo dis-tribuiacuteda refere-se a uma central geradora de energia eleacutetrica com potecircncia instaladamenor ou igual a 75 kW enquanto a minigeraccedilatildeo distribuiacuteda diz respeito agraves centraisgeradoras com potecircncia instalada superior a 75 kW e menor ou igual a 5 MW e queutilize cogeraccedilatildeo qualificada ou fontes renovaacuteveis de energia eleacutetrica conectada narede de distribuiccedilatildeo por meio de instalaccedilotildees de unidades consumidoras

23 Tipologias

De acordo com a EPE [6] existem quatro diferentes tipologias de geradores dis-tribuiacutedos A primeira tipologia eacute a micro ou minigeraccedilatildeo distribuiacuteda Essa tipologiacorresponde a geradores de pequena escala que seguem uma loacutegica de decisatildeo dis-persa e dependente das realidades dos consumidores individuais O segundo tipoeacute a autoproduccedilatildeo industrial geraccedilatildeo que segue a loacutegica de investimento industrialde grandes projetos O autoprodutor natildeo pode comercializar sua energia excedentesendo toda a energia gerada de uso exclusivo

A Geraccedilatildeo na Ponta eacute aquela onde o consumidor instala uma geraccedilatildeo para reti-rarreduzir o consumo e demanda de ponta principalmente por conta do elevadoscustos de atendimento neste horaacuterio O uacuteltimo tipo eacute a Cogeraccedilatildeo ou Multigeraccedilatildeoesquemas em que haacute aproveitamento de resiacuteduos gerados no processo industrial

24 Aspectos Positivos e Negativos da Geraccedilatildeo Dis-

tribuiacuteda

A geraccedilatildeo distribuiacuteda apresenta diversas vantagens para todos os envolvidosPara o consumidor com tarifas de energia elevadas gerar sua proacutepria energia uti-lizando fonte fotovoltaica eacute uma alternativa para quem quer economizar O inves-timento para instalaccedilatildeo de uma geradora de energia na propriedade tem tempo deretorno variado no Brasil indo de 336 anos em Beleacutem Paraacute ateacute 766 em MacapaacuteAmapaacute [7] Com a implantaccedilatildeo da tarifa branca esse ano sendo a energia cobrada adiferentes taxas dependendo do horaacuterio as fontes de GD satildeo uma oacutetima opccedilatildeo parao consumidor que deseja reduzir os custos de energia no horaacuterio de ponta Aleacutemdisso devido agrave sua modularidade a GD atende a consumidores de diferentes perfis

Para as concessionaacuterias a GD torna-se atraente por reduzir perdas ativas ereativas nas linhas de transmissatildeo e distribuiccedilatildeo Em condiccedilotildees de sobrecargaa GD alivia o sistema de transmissatildeo e distribuiccedilatildeo levando a uma melhoria nofornecimento de energia

Para a sociedade as fontes de GD trazem diversidade agrave matriz energeacutetica nacio-

4

nal o que leva a uma maior seguranccedila no suprimento de energia jaacute que o paiacutes natildeoseraacute dependente de apenas uma fonte Ela tambeacutem contribui para o atendimento dademanda crescente de energia no paiacutes o que posterga a construccedilatildeo de novas gran-des usinas de energia Aleacutem disso as fontes de geraccedilatildeo distribuiacuteda apresentam ummenor tempo de implantaccedilatildeo e estatildeo sujeitas a menor burocracia devido a menoresproblemas poliacuteticos e ambientais

Como aspecto negativo pode-se citar os impactos causados no sistema de pro-teccedilatildeo O sistema eleacutetrico convencional foi projetado para ter um fluxo de potecircnciaunidirecional proveniente das grandes usinas de geraccedilatildeo A ligaccedilatildeo de sistemas degeraccedilatildeo proacuteximos aos consumidores injetando o excedente na rede pode acarretarfluxos de potecircncia em direccedilotildees contraacuterias agraves projetadas originalmente o que afetacomo a rede eacute impactada quando ocorre uma falha ou pico de carga A interaccedilatildeoentre os fluxos de potecircncia proveniente de diferentes caminhos da rede pode tra-zer prejuiacutezos na estabilidade e controle do sistema e colocar em risco equipamentosconectados agrave rede Adicionalmente existe a dificuldade para prever o crescimentoexato da geraccedilatildeo distribuiacuteda no paiacutes prejudicando o planejamento da expansatildeo dageraccedilatildeo e da transmissatildeo

Para as distribuidoras de energia a inserccedilatildeo das fontes de GD podem trazermais custos uma vez que devem ser feitos investimentos para adequar seu sistemade distribuiccedilatildeo aos requisitos de controle qualidade e proteccedilatildeo necessaacuterios para obom funcionamento da rede

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Capiacutetulo 3

Fontes de energia na GeraccedilatildeoDistribuiacuteda

31 Energia Eoacutelica

311 Aspectos Gerais

A energia eoacutelica eacute a energia cineacutetica contida nas massas de ar em movimento(vento) Seu aproveitamento se daacute utilizando-se turbinas eoacutelicas tambeacutem chamadasde aerogeradores que transformam a energia cineacutetica do vento em energia mecacircnicae apoacutes isso em energia eleacutetrica

Uma turbina eoacutelica eacute composta dos seguintes elementos

bull Uma torre que permite elevar a turbina eoacutelica ateacute ventos mais regulares nacamada limite atmosfeacuterica

bull Uma nave ou nacelle que conteacutem o sistema mecacircnico

bull Um veio que permite a rotaccedilatildeo das paacutes e transmite a energia mecacircnica aogerador eleacutetrico

bull As paacutes que ldquoabsorvemrdquo a energia cineacutetica do vento

As paacutes de uma turbina eoacutelica satildeo elementos essenciais cujos movimentos de ro-taccedilatildeo satildeo responsaacuteveis por girar o rotor do aerogerador produzindo energia eleacutetricaNormalmente as turbinas eoacutelicas possuem trecircs paacutes poreacutem o mais importante natildeo eacute onuacutemero de paacutes mas sim a superfiacutecie por elas varrida Eacute possiacutevel encontrar turbinascom duas paacutes com a mesma eficiecircncia que uma turbina eoacutelica de 3 paacutes

As turbinas eoacutelicas tecircm duas principais caracteriacutesticas o eixo da turbina e sualocalizaccedilatildeo Seu eixo pode ser horizontal ou vertical e ela pode estar localizadaonshore (terrestre) ou offshore (mariacutetimo) O tipo com eixo horizontal eacute o mais

6

comumente utilizado nos dois tipos de localizaccedilatildeo sendo a turbina eoacutelica onshore otipo usado na geraccedilatildeo distribuiacuteda

312 Principais Fundamentos

De uma forma geral um sistema de geraccedilatildeo eoacutelica eacute formado por uma turbinaresponsaacutevel por captar o vento uma caixa de engrenagens o gerador responsaacutevelpor transformar a potecircncia mecacircnica em eleacutetrica e um conversor eletrocircnico

As engrenagens tecircm a funccedilatildeo de aumentar a velocidade na saiacuteda do eixo do rotorda turbina A frequecircncia da tensatildeo de saiacuteda do gerador eacute afetada diretamente pelavelocidade na entrada do gerador Sendo essa frequecircncia variaacutevel eacute necessaacuterio umconversor eletrocircnico para conectar o sistema eoacutelico agrave rede eleacutetrica

As turbinas eoacutelicas podem ser divididas em dois tipos turbinas com velocidadefixa e turbinas com velocidade variaacutevel sendo o segundo tipo o mais empregado atu-almente por viabilizar o uso de um sistema de controle adequado que possa atuarrastreando a potecircncia maacutexima da turbina ou seja permitindo que a turbina opereproacuteximo ao ponto oacutetimo As turbinas eoacutelicas de velocidade fixa satildeo conectadas dire-tamente ao sistema de potecircncia geralmente por meio do estator de um gerador deinduccedilatildeo A velocidade angular do rotor dessas turbinas permanece em torno de umvalor fixo seja pela accedilatildeo de um controle do passo das paacutes ou pela ocorrecircncia pla-nejada de efeito estol (perda de sustentaccedilatildeo) Jaacute as turbinas de velocidade variaacuteveldevem ser conectadas ao sistema eleacutetrico por meio de conversores estaacuteticos Essetipo de turbina permite que o aerogerador continue operando mesmo com variaccedilotildeesna velocidade do vento Para que a frequecircncia de corrente gerada pela aerogeradorseja constante eacute necessaacuterio o uso de um sistema de controle adequado

Existem atualmente quatro diferentes tipos de geradores que podem ser utilizadosno sistema Satildeo eles

bull Gerador de Induccedilatildeo em Gaiola

Esse tipo de gerador pode ser utilizado em conjunto com os dois tipos de tur-bina de velocidade fixa ou variaacutevel Ao utilizaacute-lo com a turbina de velocidadevariaacutevel deve-se conectar a ele um soft-starter para proteger o sistema eleacutetricoda corrente de partida que esse gerador pode alcanccedilar podendo ser superiora seis vezes o valor nominal Eacute necessaacuterio tambeacutem utilizar uma caixa de en-grenagens uma vez que a velocidade do vento eacute muito baixa e necessitariaum gerador com muitos poacutelos para gerar uma tensatildeo apropriada Uma dasvantagens da utilizaccedilatildeo desse tipo de gerador eacute o baixo custo de manutenccedilatildeodevido agrave sua construccedilatildeo simples e robusta

bull Gerador de Induccedilatildeo de Rotor Bobinado

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Eacute o tipo de gerador mais utilizado em sistemas eoacutelicos O controle do escorre-gamento e torque dessa maacutequina eacute executado atraveacutes de conversores eletrocircnicosacoplados ao rotor Pode operar nos modos subsiacutencrono e supersiacutencrono nor-malmente sob uma faixa de operaccedilatildeo em torno de 30 da velocidade siacutencronadevendo o conversor acoplado ao rotor ser bi-direcional Esse tipo de geradortem se tornado popular para turbinas eoacutelicas de velocidade variaacutevel pois oconversor eletrocircnico soacute precisa manipular uma fraccedilatildeo da potecircncia total entre20 e 30

bull Gerador Siacutencrono de Iacutematildes Permanentes

Este tipo de gerador eacute conectado diretamente agrave turbina eoacutelica e sua conexatildeo agraverede eacute feita por meio de dois conversores back-to-back Neste tipo de conexatildeotoda a energia produzida pelo gerador flui pelos conversores sendo assim apotecircncia de cada conversor deve ser a mesma do gerador siacutencrono tornandoesse sistema mais caro Apesar dos geradores siacutencronos de iacutematildes permanentesserem mais recentes suas tecnologias de fabricaccedilatildeo e operaccedilatildeo jaacute satildeo bemmaduras

bull Gerador Siacutencrono de Rotor Bobinado

Devido agraves exigecircncias da conexatildeo agrave rede eleacutetrica o interesse por este tipo degerador tem aumentado Algumas dessas exigecircncias satildeo o suporte de tensatildeodurante condiccedilotildees de falta controle da potecircncia reativa em uma determinadafaixa limite da maacutexima geraccedilatildeo de potecircncia e transitoacuterios de corrente na par-tida Os geradores siacutencronos de rotor bobinado apresentam como desvantagemo peso e volume maiores e a necessidade de um conversor a mais para controleda corrente de campo

A equaccedilatildeo que quantifica a potecircncia mecacircnica extraiacuteda dos ventos pela turbinaeoacutelica eacute dada por

Pmec =1

2ρAvw

3cp(λ β) (31)

Onde

λ =Rωwt

vw(32)

Sendo

cp eacute o coeficiente de potecircncia da turbinaλ eacute a relaccedilatildeo entre a velocidade tangencial da ponta da paacute e a velocidade do ventoincidente (tip speed ratio)

8

ωwt eacute a velocidade angular da turbina eoacutelica (rads)R eacute o raio da turbina (m)ρ eacute a densidade do ar (kgmminus3)A eacute a aacuterea varrida pelo rotor (m2)vω eacute a velocidade do vento incidente na turbina (ms2)β eacute o acircngulo de passo ()

O Tip Speed Ratio eacute essencial para o rastreamento do ponto de maacutexima potecircnciao ponto em que a potecircncia fornecida pelo vento eacute maacutexima Esse rastreamento eacuteimportante para a maximizaccedilatildeo da eficiecircncia da turbina uma vez que a mesma natildeopode operar em velocidades muito altas nem muito baixas O coeficiente de potecircnciada turbina cp eacute a funccedilatildeo da diferenccedila entre a energia cineacutetica da velocidade do ventoque chega na turbina e que deixa a mesma Seu valor maacuteximo teoacuterico eacute 05926determinado pelo limite de Betz poreacutem na praacutetica a eficiecircncia de um rotor variade 35 a 45 Esse coeficiente depende das caracteriacutesticas aerodinacircmicas da turbina

313 Situaccedilatildeo Mundial Atual

A energia eoacutelica vem se tornando cada vez mais competitiva uma vez que o custode geraccedilatildeo desse tipo de energia vem caindo ao longo dos uacuteltimos anos No mundo ocusto da energia eoacutelica produzida em terra (onshore) caiu 23 no periacuteodo de 2010 a2017 [8] e no Brasil no uacuteltimo leilatildeo de energia nova o preccedilo meacutedio da contrataccedilatildeofoi de R$108MWh Essa tendecircncia se daacute devido agrave evoluccedilatildeo da tecnologia dascaracteriacutesticas operacionais aplicadas agrave energia eoacutelica ao curto tempo necessaacuteriopara sua instalaccedilatildeo e operaccedilatildeo e tambeacutem ao custo zero do combustiacutevel o vento

Figura 31 Capacidade total instalada de energia eoacutelica no mundo Fonte [8]

Como consequecircncia da baixa do preccedilo aleacutem de poliacuteticas de incentivo a capaci-dade instalada acumulada no mundo tem crescido a uma taxa de 15 ao ano de2000 ateacute 2016 [8] No final de 2017 foi registrada uma capacidade instalada total de539 GW sendo 526 GW de novas instalaccedilotildees em 2017 [9] Na Figura 31 eacute possiacutevel

9

ver a evoluccedilatildeo da capacidade total instalada no mundo

314 Complementaridade com UHE

Eacute importante mencionar uma vantagem da utilizaccedilatildeo de energia eoacutelica no Brasila complementaridade entre a usina eoacutelica e a usina hidreleacutetrica Sendo a energiahidreleacutetrica a principal fonte de energia eleacutetrica do paiacutes (cerca de 60 da potecircnciainstalada do paiacutes eacute formada por usinas hidreleacutetricas [10]) o paiacutes fica sujeito aosdiferentes niacuteveis de chuva dependendo da eacutepoca do ano Curiosamente o periacuteodocom menor disponibilidade hiacutedrica coincide com o periacuteodo de maior potencial eoacutelicono Nordeste regiatildeo com maior potencial eoacutelico no Brasil Esse cenaacuterio pode servisto na Figura 32 do Atlas de Energia Eleacutetrica do Brasil da ANEEL [11]

Figura 32 Complementaridade entre usinas hidreleacutetricas e eoacutelicas Fonte [11]

32 Energia Termeleacutetrica utilizando biocombustiacute-

veis

Energia termeleacutetrica eacute aquela gerada a partir da queima de qualquer combustiacute-vel que possa liberar calor Esse combustiacutevel pode ser bagaccedilo de diversos tipos de

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plantas restos de madeira oacuteleo combustiacutevel oacuteleo diesel gaacutes natural uracircnio enri-quecido e carvatildeo natural No caso da geraccedilatildeo distribuiacuteda eacute utilizada a biomassacomo combustiacutevel Biomassa eacute toda mateacuteria orgacircnica de origem vegetal ou animalexcluindo mateacuteria foacutessil utilizada na produccedilatildeo de energia Ela pode ser obtida atra-veacutes de diversos recursos renovaacuteveis como resiacuteduos agriacutecolas plantas madeira lixoe excrementos


Existem vaacuterias rotas tecnoloacutegicas possiacuteveis para a obtenccedilatildeo de energia eleacutetricautilizando biomassa As trecircs principais satildeo

bull Ciclo a vapor com turbinas de contrapressatildeo

Eacute o processo mais disseminado atualmente Nessa modalidade a biomassaeacute queimada diretamente em caldeiras e a energia teacutermica gerada eacute utilizadana produccedilatildeo do vapor responsaacutevel por acionar as turbinas para geraccedilatildeo deenergia eleacutetrica Esse processo eacute empregado de forma integrada a processosprodutivos a chamada cogeraccedilatildeo A Figura 33 mostra o esquemaacutetico dessetipo de ciclo [12]

Figura 33 Figura esquemaacutetica de turbina a vapor de contra-pressatildeo para cogeraccedilatildeode calor e eletricidade usando biomassa como combustiacutevel Fonte [12]

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bull Ciclo a vapor com turbinas de condensaccedilatildeo e extraccedilatildeo

Nessa rota haacute um condensador na exaustatildeo da turbina responsaacutevel pela con-densaccedilatildeo total ou parcial do vapor ao final da realizaccedilatildeo do trabalho na turbinapara atendimento agraves atividades mecacircnicas ou teacutermicas do processo produtivoQuando utilizada em um processo de cogeraccedilatildeo a energia a ser condensadaeacute retirada em um ponto intermediaacuterio da expansatildeo do vapor Esse processotem uma maior eficiecircncia quando comparado ao ciclo a vapor com turbinas decontrapressatildeo por apresentar niacuteveis determinados para aquecimento da aacuteguaque alimentaraacute a caldeira permitindo maior volume de energia eleacutetrica Comodesvantagem sua instalaccedilatildeo exige alto investimento quando comparado aosoutros modelos

Figura 34 Figura esquemaacutetica do ciclo combinado Fonte [12]

bull Ciclo combinado integrado agrave gaseificaccedilatildeo da biomassa

Consiste na conversatildeo de qualquer combustiacutevel - liacutequido ou soacutelido - em gaacutesenergeacutetico por meio da oxidaccedilatildeo parcial em temperatura elevada Ela eacute reali-zada em gaseificadores e produz um gaacutes que pode ser usado em usinas teacutermicasmovidas a gaacutes para a produccedilatildeo de energia eleacutetrica Por se tratar de um ciclocombinado seu acreacutescimo de potecircncia alcanccedilado eacute em geral da ordem de 50da potecircncia da turbina a gaacutes e a eficiecircncia global passa da meacutedia de 30 dociclo simples e atinge valores em torno dos 55 a 60

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Figura 35 Figura esquemaacutetica de ciclo a vapor com turbinas de condensaccedilatildeo eextraccedilatildeo Fonte [12]

322 Fontes de biocombustiacutevel

As principais origens da biomassa no Brasil satildeo a florestal agriacutecola e oriundade rejeitos urbanos e industriais A biomassa energeacutetica florestal eacute composta porpedaccedilos de madeira (lenha) e tambeacutem o licor negro resiacuteduo liacutequido proveniente dodigestor apoacutes o processo de cozimento da madeira Ela pode ser obtida a partir deflorestas cultivadas ou ateacute mesmo florestas nativas quando haacute desflorestamento paraabertura de aacutereas de agropecuaacuteria Haacute ainda a possibilidade de obtenccedilatildeo da lenhaatraveacutes de atividades que processam ou utilizam a madeira para fins natildeo energeacuteticosdestacando-se a induacutestria de papel e celulose

A biomassa energeacutetica agriacutecola eacute definida como os produtos e subprodutos oriun-dos de plantaccedilotildees natildeo-florestais No Brasil destacam-se a cana-de-accediluacutecar arrozcapim elefante milho e soja como biomassas agriacutecolas Duas vantagens que podemser citadas ao utilizar resiacuteduos de plantaccedilotildees agriacutecolas para gerar energia eacute a possibi-lidade de fazer uma agricultura de energia sem haver competiccedilatildeo com a de alimentose a diminuiccedilatildeo do lixo gerado por essa induacutestria

Finalmente a biomassa oriunda de rejeitos urbanos e industriais tem origensdiversas podendo ser do lixo ou do esgoto O lixo rejeito soacutelido urbano eacute umamistura heterogecircnea de materiais descartados pelos setores comerciais e residenciaissendo composto de plaacutesticos vidros papeacuteis mateacuteria orgacircnica entre outros Existemtrecircs rotas tecnoloacutegicas utilizadas para o processamento da biomassa em estado soacutelido

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sendo que a que apresenta mais vantagem eacute a biodigestatildeo anaeroacutebica por possuirmaior rendimento energeacutetico e por sua capacidade de despoluir Jaacute os rejeitos soacutelidossatildeo descartados nas redes de esgoto e passam por tratamento em uma estaccedilatildeo Apoacutesesse tratamento eacute produzida uma massa orgacircnica popularmente chamada de lodoEssa massa orgacircnica pode ser entatildeo utilizada para a geraccedilatildeo de energia eleacutetricaatraveacutes tambeacutem da digestatildeo anaeroacutebica

33 Energia Solar Fotovoltaica

331 Aspectos Gerais

A energia solar se refere agrave energia proveniente da luz e calor do sol Existemvaacuterias tecnologias capazes de utilizaacute-la como o aquecimento solar que usa o calor dosol diretamente para aquecer outro meio (geralmente aacutegua) e as placas fotovoltaicasA radiaccedilatildeo solar que chega ao solo terrestre divide-se em trecircs tipos

bull Radiaccedilatildeo direta Refere-se agrave radiaccedilatildeo que atinge os paineacuteis solares sem sofrermudanccedila em sua trajetoacuteria

bull Radiaccedilatildeo difusa Radiaccedilatildeo que chega aos paineacuteis apoacutes sofrer variaccedilatildeo causadapor fatores como nuvens chuva entre outros

bull Radiaccedilatildeo refletida Eacute a radiaccedilatildeo solar que foi refletida no solo

Das tecnologias existentes a forma de uso mais disseminada eacute a energia solarfotovoltaica Essa tecnologia se baseia no uso de moacutedulos solares constituiacutedos deceacutelulas fotovoltaicas que fazem a conversatildeo da radiaccedilatildeo em eletricidade Essasceacutelulas fotovoltaicas satildeo fabricadas com materiais semicondutores sendo o materialmais popular o siliacutecio Quando os foacutetons (partiacuteculas que formam a luz solar) atingemas ceacutelulas fotovoltaicas parte deles eacute absorvida despertando os eleacutetrons do materialsemicondutor e assim gerando eletricidade Quanto maior a intensidade da luzsolar maior o fluxo da eletricidade gerada

Uma das vantagens de converter a energia solar por meio de ceacutelulas fotovoltaicaseacute que diferente das outras tecnologias disponiacuteveis ela gera energia eleacutetrica mesmoem condiccedilotildees adversas do tempo uma vez que este sistema de geraccedilatildeo capta natildeo soacutea radiaccedilatildeo direta mas tambeacutem a difusa e a refletida Assim mesmo quando estaacutenublado ou chovendo esse sistema eacute capaz de gerar energia eleacutetrica ainda que emmenor quantidade

Outra vantagem que vale a pena mencionar eacute o fato das placas solares apresen-tarem modularidade Isso permite maior flexibilizaccedilatildeo de acordo com a demandade energia do consumidor permitindo ser uma tecnologia utilizada por diferentesperfis de consumidores

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332 Tipos de Ceacutelulas Fotovoltaicas

Atualmente existe uma gama de ceacutelulas fotovoltaicas disponiacuteveis no mercadocada uma tendo aspectos proacuteprios dependendo do material do qual as ceacutelulas satildeofeitas A seguir satildeo descritas as caracteriacutesticas dos principais tipos de ceacutelulas utili-zadas

bull Ceacutelulas de Siliacutecio Monocristalino

Eacute a tecnologia mais antiga e possui a maior eficiecircncia do mercado variandode 15 a 22 O painel solar com esse tipo de ceacutelula eacute formado a partir de umuacutenico cristal de siliacutecio ultrapuro fatiado fazendo-se assim lacircminas de siliacutecioindividuais que satildeo tratadas e transformadas em ceacutelulas fotovoltaicas Comovantagens do uso dessa ceacutelula temos o pouco espaccedilo ocupado por elas jaacuteque eacute necessaacuterio menos ceacutelulas fotovoltaicas para gerar a mesma energia emcomparaccedilatildeo com outros tipos e sua vida uacutetil de mais de 30 anos

bull Ceacutelulas de Siliacutecio Policristalino

A principal diferenccedila dessas ceacutelulas para a explicada anteriormente eacute o meacutetodopara fundiccedilatildeo dos cristais No policristalino os cristais de siliacutecio satildeo fundidosem um bloco desta forma preservando a formaccedilatildeo de muacuteltiplos cristais Umavez fundido eles satildeo cortados em blocos quadrados e em seguida fatiados emceacutelulas assim como no monocristalino Sua eficiecircncia eacute ligeiramente mais baixado que a ceacutelula monocristalina sendo de 14 a 20 Como vantagens temosuma menor quantidade de siliacutecio residual gerada durante o processo de cortedas ceacutelulas seu preccedilo um pouco mais barato do que o painel solar de siliacuteciomonocristalino e a vida uacutetil que tambeacutem eacute maior que 30 anos

bull Ceacutelulas de Siliacutecio Amorfo

Estas ceacutelulas satildeo obtidas por meio da deposiccedilatildeo de camadas finas de siliacuteciosobre superfiacutecies de vidro ou metal Sua eficiecircncia na conversatildeo de luz solarem eletricidade varia entre 5 e 7 o que torna essa tecnologia pouco utilizadapara fabricaccedilatildeo de paineacuteis solares

bull Ceacutelulas de Filmes Finos

Essas ceacutelulas satildeo formadas a partir do depoacutesito de uma ou vaacuterias camadasfinas de material fotovoltaico sobre um substrato O material fotovoltaico podeser Siliacutecio amorfo telureto de caacutedmio cobre iacutendio e gaacutelio seleneto e ceacutelulassolares fotovoltaicas orgacircnicas Sua eficiecircncia depende da tecnologia utilizadaficando entre 7 e 13 Uma das vantagens desse tipo de ceacutelula eacute que ao poderdepositar as camadas finas em diferentes tipos de materiais existem hoje no

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mercado paineacuteis flexiacuteveis inquebraacuteveis e mais leves encontrando aplicaccedilotildeesarquitetocircnicas diversas como cobertura de telhados e fachadas na construccedilatildeocivil


Um sistema fotovoltaico conectado agrave rede eacute formado por aleacutem dos paineacuteis solaresinversores que tecircm como funccedilatildeo transformar a corrente CC em CA para conexatildeodo sistema fotovoltaico agrave rede Sistemas fotovoltaicos isolados da rede necessitamaleacutem do painel solar e dos inversores de controladores de carga que servem paraevitar sobrecargas ou descargas exageradas na bateria e baterias que armazenama energia eleacutetrica para que o sistema possa ser utilizado quando natildeo haacute sol Oesquema simplificado [13] do sistema solar fotovoltaico conectado agrave rede encontra-sena Figura 36

Figura 36 Esquema simplificado do sistema solar fotovoltaico Fonte [13]

Para a determinaccedilatildeo do desempenho de um sistema fotovoltaico tem-se o conceitode produtividade do sistema Yf relaccedilatildeo entre a energia de fato gerada e a potecircncianominal do gerador Sua foacutermula eacute

Y f =

int t2

t1P (t)dt

P 0=

E

P 0(33)

Em que P(t) eacute a potecircncia instantacircnea na saiacuteda do sistema P0 eacute a potecircncianominal da unidade geradora e E eacute a energia entregue pelo sistema Sua unidadede medida eacute kWhkW

Outra grandeza para medir o desempenho do sistema eacute a produtividade de refe-recircncia Yr dada por

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Y r =

int t2

t1H(t)dt

Href(34)

Onde H(t) eacute a irradiacircncia solar incidente no plano do gerador (kWm2) e Href eacute airradiacircncia considerada em 1000 Wm2 para um periacuteodo de 24 horas Yr representao nuacutemero de horas equivalentes de irradiacircncia igual a 1000 Wm2 funccedilatildeo do localcondiccedilotildees do tempo orientaccedilatildeo e inclinaccedilatildeo do moacutedulo

O Desempenho Global do Sistema PR eacute a relaccedilatildeo entre essas duas variaacuteveis Yf

e Yr e estaacute apresentada na equaccedilatildeo abaixo

PR =Y f

Y r(35)

Seus valores satildeo geralmente apresentados em uma base mensal ou anual e podemvariar entre 06 e 08 [14]

Outro paracircmetro utilizado para avaliaccedilatildeo do desempenho de uma usina fotovol-taica eacute o Fator de Capacidade que representa o niacutevel de atividade de uma usina emum determinado periacuteodo sendo a energia de fato produzida por uma usina divididapela produccedilatildeo que teria ao funcionar na sua capacidade nominal durante o mesmoperiacuteodo Sua equaccedilatildeo eacute dada por

FC =

int t2

t1P (t)dt

P 0(t2 minus t1)(36)


Assim como a energia eoacutelica a energia solar fotovoltaica estaacute se tornando cadavez mais uma opccedilatildeo viaacutevel e limpa de geraccedilatildeo de energia Entre 2010 e 2017 ameacutedia do custo para instalaccedilatildeo de novos projetos caiu 68 no mundo [8] Aleacutemdisso houve o aumento da eficiecircncia das placas solares Na deacutecada de 50 os paineacuteissolares possuiacuteam uma eficiecircncia de apenas 45 correspondente a 13 Wpm2 aum custo de US$ 1785Wp Atualmente a eficiecircncia meacutedia global eacute de 15 (143Wpm) a um preccedilo entre US$065Wp e US$120Wp [15] Ateacute 2022 calcula-se queos preccedilos recuem para US$05Wp a US$10Wp quando jaacute haveraacute paineacuteis solarescom eficiecircncia de conversatildeo de 235 (348 Wpm2)

Com aumento na eficiecircncia e queda nos custos houve um crescimento significanteno mercado fotovoltaico A capacidade instalada fotovoltaica global acumulada nomundo expandiu de 61 GW no final de 2006 para 291 GW no final de 2016 [8] Entre2010 e 2016 novas instalaccedilotildees cresceram a uma taxa de 28 anualmente na meacutediaNa Figura 37 eacute possiacutevel observar melhor essa informaccedilatildeo com o desenvolvimentoda energia fotovoltaica em cada regiatildeo do mundo

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Figura 37 Capacidade de novas redes conectadas (alto) e capacidade acumuladade redes solares fotovoltaicas (baixo) Fonte [8]

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34 Energia Hidraacuteulica

341 Aspectos Gerais

Energia hidraacuteulica eacute a energia obtida a partir do aproveitamento da energiapotencial da aacutegua que ao sofrer uma queda transforma-se em energia cineacuteticaEssa energia cineacutetica eacute responsaacutevel por mover as paacutes das turbinas que compotildeem ausina hidreleacutetrica gerando assim energia eleacutetrica

O aproveitamento da energia hidraacuteulica para geraccedilatildeo de energia eleacutetrica eacute feitoatraveacutes do uso de turbinas acopladas a um gerador As turbinas hidraacuteulicas satildeo maacute-quinas motrizes hidraacuteulicas cuja funccedilatildeo eacute converter a energia cineacutetica gerada pelavelocidade do escoamento da aacutegua em trabalho mecacircnico Nas centrais hidreleacutetri-cas este trabalho mecacircnico gerado pelas turbinas hidraacuteulicas iraacute acionar os geradoreseleacutetricos permitindo a geraccedilatildeo de potecircncia eleacutetrica Atualmente por possuiacuterem efi-ciecircncia que chega a ateacute 90 as turbinas hidraacuteulicas satildeo a maneira mais eficientede conversatildeo de energia primaacuteria em energia secundaacuteria Os principais tipos de tur-binas hidraacuteulicas satildeo Pelton Francis Heacutelice (tambeacutem conhecida como Propeller)Kaplan Bulbo Deriaz e Fluxo Cruzado As turbinas possuem diversas formas etamanhos e o uso de cada tipo depende de fatores da usina geralmente sendo aaltura da queda drsquoaacutegua determinante na escolha da turbina a ser utilizada

Uma usina hidreleacutetrica pode ser classificada segundo os seguintes paracircmetrospotecircncia instalada tipo de queda drsquoaacutegua e tipo de reservatoacuterio Quanto agrave potecircn-cia instalada ela pode ser classificada em Usina Hidreleacutetrica de Energia (UHE)quando possui potecircncia maior que 30 MW Pequena Central Hidreleacutetrica (PCH)quando possui potecircncia maior que 1 MW e menor que 30 MW e Central GeradoraHidreleacutetrica (CGH) usinas com potecircncia de ateacute 1 MW No caso da geraccedilatildeo distri-buiacuteda o empreendimento hidreleacutetrico deve ser ou uma PCH ou uma CGH segundoo Decreto no 5163 de 30 de Julho de 2004 [3]

Quanto ao tipo de reservatoacuterio ela pode ser a fio drsquoaacutegua de acumulaccedilatildeo e reversiacute-vel Usina a fio drsquoaacutegua eacute aquela que natildeo possui reservatoacuterio significativo geralmentepossuindo reservatoacuterio suficiente apenas para regularizaccedilatildeo diaacuteria ou semanal Elaopera com queda constante e natildeo haacute controle da vazatildeo Jaacute a usina de acumulaccedilatildeoou armazenamento eacute uma usina de grande porte e possui grande reservatoacuterio deaacutegua localizada geralmente em locais de alta queda Ela tem como vantagem apossibilidade de armazenar aacutegua para geraccedilatildeo de energia em eacutepocas de estiagempropiciando a estabilidade do sistema eleacutetrico Estatildeo geralmente localizadas a mon-tante das demais centrais hidreleacutetricas e por isso regulam a vazatildeo de aacutegua que iraacutepassar nas outras usinas O uacuteltimo tipo de usina a reversiacutevel pode tanto gerarenergia eleacutetrica como consumir Ela gera energia eleacutetrica a partir de queda drsquoaacuteguaentre dois reservatoacuterios e consome energia eleacutetrica ao bombear aacutegua de um reser-

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vatoacuterio a jusante para outro a montante permitindo assim o armazenamento deenergia sob a forma de energia potencial Na geraccedilatildeo distribuiacuteda por demandarmenor tempo de construccedilatildeo e possui baixo impacto ambiental a usina a fio drsquoaacuteguaeacute a mais utilizada

A queda drsquoaacutegua pode ser classificada em alta meacutedia ou baixa queda Os valoresque classificam uma usina entre um tipo ou outro natildeo satildeo muito claros dependendoda fonte de pesquisa Segundo o Centro Nacional de Referecircncia em Pequenas Cen-trais Hidreleacutetricas ndash CERPCH da Universidade Federal de Itajubaacute ndash UNIFEI umainstalaccedilatildeo de ateacute 15 m de altura de queda eacute considerada baixa queda enquanto ins-talaccedilotildees com alturas superiores a 150 m satildeo consideradas de alta queda e instalaccedilotildeescom altura entre esses dois valores satildeo consideradas de meacutedia queda [16]


Na Figura 38 eacute possiacutevel ver o esquema de uma usina hidreleacutetrica [17]

Figura 38 Figura esquemaacutetica de uma usina hidreleacutetrica Fonte [17]

Para definir a potecircncia gerada por uma usina hidreleacutetrica tem-se a seguinteequaccedilatildeo

P = gρ10minus6ηturηgerhtq (37)

Sendo

P a potecircncia gerada (MW)

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g a aceleraccedilatildeo da gravidade (ms2)ρ o peso especiacutefico da aacutegua (kgm3)ηtur o rendimento da turbina ()ηger o rendimento do gerador ()ht a altura de queda liacutequida (m)q a vazatildeo turbinada (m3s)

A altura de queda liacutequida eacute dada pelo diferenccedila entre a cota do niacutevel do reser-vatoacuterio e do canal de fuga subtraiacutedo disso a perda hidraacuteulica dada pela equaccedilatildeo

hp = k lowast q2 (38)

Sendo k a constante caracteriacutestica do conduto forccedilado (s2m5)O balanccedilo hiacutedrico eacute definido como a contabilizaccedilatildeo das entradas e saiacutedas de aacutegua

de um sistema e eacute dado pela equaccedilatildeo

vt+1 = vt + at minus [st + wt + ut] (39)

Sendo

t o intervalo de tempo (valores discretos)at o volume da afluecircncia lateral chegando agrave usina no estaacutegio t (m3)v t o volume armazenado no reservatoacuterio no iniacutecio do intervalo t (m3)w t o volume perdido por evaporaccedilatildeo ou infiltraccedilatildeo no estaacutegio t (m3)s t o volume vertido no estaacutegio t (m3)ut o volume turbinado no estaacutegio t (m3)


A usina hidreleacutetrica ainda eacute a tecnologia mais utilizada para geraccedilatildeo de energiaeleacutetrica no mundo A capacidade instalada total das hidreleacutetricas foi de 1121 GW nofinal de 2016 [8] apesar de sua participaccedilatildeo na capacidade instalada total mundialestar em decliacutenio Em 2010 ela representava 75 da capacidade instalada total deenergia renovaacutevel no mundo enquanto em 2016 correspondia a apenas 50 dessetotal Em termos de geraccedilatildeo em 2010 81 da eletricidade gerada vinha de usinashidreleacutetricas poreacutem em 2016 esse valor passou a ser 70

A precificaccedilatildeo de instalaccedilatildeo de uma usina hidreleacutetrica eacute muito variaacutevel depen-dendo do tamanho da hidreleacutetrica e do tipo de turbina a ser utilizada Por essemotivo o custo de instalaccedilatildeo total para projetos hidreleacutetricos no mundo normal-mente varia entre US$ 500kW e US$ 4500kW existindo projetos fora dessa faixa

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de preccedilo [8] Esse valor varia tambeacutem de regiatildeo para regiatildeo do mundo como podeser visto na Figura 39

Figura 39 Custo total de instalaccedilatildeo de uma usina hidreleacutetrica por paiacutesregiatildeo em2016 Fonte [8]

Como pode ser observado no graacutefico no Brasil quanto menor a capacidade dausina a ser construiacuteda maior eacute o seu custo meacutedio de construccedilatildeo Apesar dessadesvantagem das PCHrsquos e CGHrsquos em relaccedilatildeo agraves UHErsquos os fatores ambientais otempo de implantaccedilatildeo e a possibilidade de autonomia do consumidor acabam sesobressaindo e tornam essas usinas uma alternativa de geraccedilatildeo de energia

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Capiacutetulo 4

A atual Geraccedilatildeo Distribuiacuteda noBrasil

41 Dados atuais de Micro e Minigeraccedilatildeo Distri-

buiacuteda

O Brasil possui atualmente 31632 usinas em operaccedilatildeo na modalidade de microe minigeraccedilatildeo distribuiacuteda que permitem a compensaccedilatildeo de energia injetada na redecom um total de 44728 unidades consumidoras que recebem os creacuteditos da energiaexcedente [18] Esses valores separados por tipo de geraccedilatildeo podem ser vistos naTabela 41

Unidades Consumidoras com Geraccedilatildeo DistribuiacutedaTipo Quantidade UCs que recebem os creacuteditos Potecircncia Instalada (kW)CGH 49 6856 4392998EOL 56 99 1031190UFV 31435 37539 29686940UTE 91 234 2974208Total 31631 44728 38085336

Tabela 41 Unidades Consumidoras com Geraccedilatildeo Distribuiacuteda Fonte [18]

A potecircncia total instalada eacute de 380 MW o que corresponde a 025 da potecircnciatotal instalada no Brasil Apesar do valor pouco significativo a micro e minigeraccedilatildeodistribuiacuteda estatildeo em acelerado crescimento no paiacutes como pode ser evidenciado nosgraacuteficos das Figuras 41 e 42 [19] que mostram o nuacutemero de micro e minigeraoresdistribuiacutedos instalados desde 2015 com as projeccedilotildees feitas para esse crescimentoe a potecircncia instalada desde 2015 tambeacutem com as projeccedilotildees feitas anteriormenteIsso mostra que haacute uma tendecircncia para maior importacircncia da geraccedilatildeo distribuiacutedano paiacutes com a potecircncia instalada em 2017 superando as projeccedilotildees feitas

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Figura 41 Nuacutemero de micro e minigeradores distribuiacutedos Fonte [19]

Figura 42 Potecircncia instalada (MW) de micro e minigeradores distribuiacutedos Fonte[19]

Um dos incentivos promovidos pelo governo para uma maior adoccedilatildeo da GeraccedilatildeoDistribuiacuteda pelos consumidores com ecircnfase na geraccedilatildeo solar fotovoltaica eacute o Pro-grama de Desenvolvimento da Geraccedilatildeo Distribuiacuteda de Energia Eleacutetrica ndash ProGDcriado pelo Ministeacuterio de Minas e Energia em 2015 Com previsatildeo de investimentosde pouco mais de R$ 100 bilhotildees suas principais metas satildeo de reduzir as emissotildeesde CO2 em relaccedilatildeo aos niacuteveis de 2005 em 43 ateacute 2030 e ter 27 milhotildees de unidadesconsumidoras gerando sua proacutepria energia de forma limpa e renovaacutevel alcanccedilando23 de energia renovaacutevel (aleacutem da energia hiacutedrica) no fornecimento de energia eleacute-trica [20]

Para atingir essas metas o Programa incentiva a atuaccedilatildeo de agentes vendedores

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de energia de empreendimentos de geraccedilatildeo distribuiacuteda prevendo realizar estudospara permitir a venda dessa energia no mercado livre de energia atacando dessaforma a barreira de custo elevado Uma das accedilotildees eacute tambeacutem a criaccedilatildeo e expansatildeode linhas de creacutedito para Geraccedilatildeo Distribuiacuteda Para combater a barreira de questatildeoregulatoacuteria o ProGD instituiu um grupo de trabalho com o MME Aneel EPE Cepele CCEE para acompanhar as accedilotildees e propor aprimoramentos legais regulatoacuterios etributaacuterios para o estiacutemulo agrave geraccedilatildeo distribuiacuteda

Outros incentivos incluem a isenccedilatildeo do PIS e COFINS pelo Governo Federalpela Lei n 13169 a deduccedilatildeo de imposto de renda por amortizaccedilatildeo de equipamentose as diversas linhas de financiamento disponiacuteveis no mercado [21] Cabe ressaltarque as linhas de financiamento ateacute entatildeo eram na sua maioria para projetos depessoas juriacutedicas Recentemente foi anunciado pelo BNDES linha de financiamentopara projetos de pessoas fiacutesicas [22] o que impulsiona ainda mais o crescimento daMicro e minigeraccedilatildeo Distribuiacuteda no paiacutes


A geraccedilatildeo distribuiacuteda eoacutelica eacute a modalidade de geraccedilatildeo menos expressiva atual-mente no Brasil com apenas 56 usinas eoacutelicas instaladas e um total de 1031 MW depotecircncia instalada Seus consumidores satildeo na sua maioria residenciais e comerciaiscomo pode ser visto no graacutefico abaixo

Figura 43 Geradores Eoacutelicos por classe de consumo Fonte [18]

Alguns fatores a tornam menos atraente do que outros tipos de geraccedilatildeo comoo fato de que para melhor aproveitamento da turbina eoacutelica eacute necessaacuterio captar o

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vento a uma velocidade entre 7 ms e 15 ms velocidade essa atingida apenas emalguns locais do Brasil [23] como pode ser visto nos mapas da Figura 44 com avelocidade meacutedia do vento por estaccedilatildeo

Figura 44 Velocidade do vento meacutedia sazonal no Brasil (ms) Fonte [23]

Aleacutem disso sistemas eoacutelicos de pequeno porte estatildeo mais proacuteximos do solo doque grandes aerogeradores tornando a captaccedilatildeo de ventos a uma velocidade meacute-dia propiacutecia para a geraccedilatildeo de energia ainda mais difiacutecil Nas menores altitudesela eacute afetada pela fricccedilatildeo do vento com a superfiacutecie terrestre enquanto bosques ecentros urbanos podem abrandar o vento e tornaacute-lo menos constante Torres deminigeradores eoacutelicos tecircm normalmente entre 10 e 40 metros de altura uma alturaconsideravelmente mais baixa que as torres dos grandes geradores eoacutelicos que tecircmentre 50 e 140 metros de altura

Ao realizar a instalaccedilatildeo de um minigerador eoacutelico recomenda-se que ele estejaa pelo menos 10 metros a mais de altura que a edificaccedilatildeo mais alta dentro de umraio de 150 metros jaacute que altas construccedilotildees no entorno podem tornar-se obstaacuteculosque influenciam no comportamento dos ventos [24] Isso torna a instalaccedilatildeo de umausina eoacutelica em grandes centros urbanos de difiacutecil execuccedilatildeo uma vez que os altospreacutedios podem ser um empecilho no melhor aproveitamento do gerador eoacutelico Umasoluccedilatildeo existente eacute a instalaccedilatildeo do aerogerador no telhado de edifiacutecios desde que

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seja feito um laudo estrutural antesOutro motivo que torna os minigeradores eoacutelicos impopulares eacute o ruiacutedo feito por

eles e que podem gerar incocircmodo O niacutevel de ruiacutedo de um aerogerador de pequenoporte pode em alguns momentos atingir valores superiores a 65 dB [25] dependendoda velocidade do vento podendo prejudicar o sono de moradores no entorno e doresde cabeccedila Aleacutem disso natildeo eacute soacute o ruiacutedo das turbinas eoacutelicas que aumenta com oaumento da velocidade do vento O ruiacutedo residual devido agrave interaccedilatildeo do vento coma vegetaccedilatildeo animais obstaacuteculos ou a qualquer outra fonte sonora tambeacutem sofre umincremento podendo ser quase tatildeo rumoroso quanto a turbina eoacutelica


Na modalidade de micro e mini GD a energia hidraacuteulica pode estar presente naforma de PCH (Pequena Central Hidreleacutetrica) e CGH (Central Geradora Hidraacuteu-lica) usinas que normalmente operam a fio drsquoaacutegua ou que possuem reservatoacuterio comno maacuteximo 3 km2 Atualmente haacute 49 usinas hidreleacutetricas instaladas no Brasil namicro e minigeraccedilatildeo distribuiacuteda com potecircncia instalada de 4393 MW Suas unida-des consumidoras satildeo em sua maioria Comerciais e Rurais como pode ser visto naFigura 45

Figura 45 Geradores hidraacuteulicos por classe de consumo Fonte [18]

Eacute importante mencionar que de acordo com dados da ANEEL mais da me-tade dos empreendimentos desse tipo encontram-se na modalidade de autoconsumoremoto Autoconsumo remoto permite que a geraccedilatildeo de energia ocorra em localdiferente de onde eacute consumido desde que os dois estejam conectados na mesma rede

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de distribuiccedilatildeo e desde que os medidores de consumo e geraccedilatildeo estejam cadastradosno mesmo CPF e CNPJ Isso permite que empresas gerem energia em uma propri-edade e utilizem essa energia em diferentes pontos de consumo aleacutem de receber oscreacuteditos pela energia injetada na rede nesses diferentes pontos de consumo De fatodos 29 consumidores da classe comercial 21 utilizam essa modalidade

Uma das barreiras para a maior popularizaccedilatildeo das hidreleacutetricas na Geraccedilatildeo Dis-tribuiacuteda eacute o custo de instalaccedilatildeo a ela associado Como jaacute mostrado no capiacutetuloanterior na Figura 39 quanto menor a potecircncia instalada da usina maior seraacute ocusto de instalaccedilatildeo por kWh A tributaccedilatildeo sobre os equipamentos da construccedilatildeo eacuteum fator delimitante para uma maior propagaccedilatildeo das PCHrsquos e CGHrsquos entre o tiacutepicoinvestidor nessa fonte as pequenas e meacutedias empresas em que a taxaccedilatildeo eacute de 2725na produccedilatildeo (e de 3555 quando da importaccedilatildeo) mais 1805 na comercializaccedilatildeo[26]

Apesar do alto investimento inicial necessaacuterio o valor para a energia dessas usinaspor MWh produzido e efetivamente recebido pelos geradores na meacutedia de 2010 a2017 eacute de R$ 225MWh Perde apenas para as grandes UHEs com capacidadeacima de 50 MW e que na meacutedia de 2005 a 2017 ficou em R$ 143MWh [26] Issomostra que apesar do alto investimento inicial a longo prazo as PCHrsquos e CGHrsquos satildeouma oacutetima opccedilatildeo para quem possui terreno com essa possibilidade de construccedilatildeo

44 Energia Teacutermica

Atualmente existem 91 usinas termeleacutetricas em funcionamento na minigeraccedilatildeodistribuiacuteda com 235 unidades consumidoras recebendo os creacuteditos dessa geraccedilatildeo epotecircncia instalada total de 2982 MW A fonte de energia primaacuteria utilizada eacute emsua grande maioria oriunda da biomassa como pode ser observado na Tabela 42

Fonte Nuacutemero de geradores por fonteBiogaacutes - Resiacuteduos Animais 57Biogaacutes-Agroindustriais 14

Biogaacutes - Resiacuteduos Soacutelidos Urbanos 8Resiacuteduos Florestais 4Casca de Arroz 4Gaacutes Natural 2

Biogaacutes - Floresta 2Gaacutes de Alto Forno - Biomassa 1

Tabela 42 Fontes de energia primaacuteria na Biomassa Fonte [18]

As usinas termeleacutetricas satildeo utilizadas na geraccedilatildeo descentralizada geralmentena forma de cogeraccedilatildeo em que resiacuteduos de processos industriais satildeo utilizados paraa geraccedilatildeo de eletricidade e calor Assim aleacutem da possibilidade de gerar menos

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resiacuteduos a cogeraccedilatildeo viabiliza tambeacutem o aproveitamento do calor gerado na usinatermeleacutetrica para outros processos produtivos podendo este calor estar na forma devapor aacutegua quente ou fria A vantagem desta soluccedilatildeo eacute que o consumidor economizao combustiacutevel que necessitaria para produzir o calor do processo elevando a eficiecircnciaenergeacutetica do sistema

O consumo simultacircneo de energia teacutermica (levando em conta as suas vaacuterias uti-lizaccedilotildees em vapor aacutegua quente e aacutegua gelada) e de energia eletromecacircnica (eletri-cidade e acionamentos mecacircnicos) pode ser encontrado em todos os segmentos ndashresidencial comercial rural e industrial No entanto no Brasil o que se observa nageraccedilatildeo distribuiacuteda eacute um maior aproveitamento da cogeraccedilatildeo no meio rural comopode ser visto na Figura 46

Figura 46 Geradores teacutermicos por classe de consumo Fonte [18]


Com uma potecircncia total instalada que ultrapassa 296 MW a usina solar fotovol-taica eacute atualmente a modalidade mais utilizada na micro e minigeraccedilatildeo distribuiacutedacom 31435 geradores atendendo a 37539 unidades consumidoras A maioria de seusconsumidores satildeo residenciais com destaque tambeacutem para as unidades comerciaiscomo pode ser visto na Figura 47

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Figura 47 Geradores fotovoltaicos por classe de consumo Fonte [18]

Alguns fatores a tornam a modalidade mais popular no Brasil como a modu-laridade dos paineacuteis solares podendo atender a diferentes perfis de consumidoresAleacutem disso para a instalaccedilatildeo de sistemas de microgeraccedilatildeo fotovoltaicos conectados agraverede natildeo haacute necessidade de grandes aacutereas especiacuteficas ou grandes obras de adequaccedilatildeovisto que os sistemas satildeo instalados na proacutepria aacuterea construiacuteda como por exemploem telhados locais natildeo utilizados normalmente pelo consumidor

Outro fator eacute a irradiaccedilatildeo solar disponiacutevel no Brasil propiacutecia para a utilizaccedilatildeoda usina solar fotovoltaica como fonte de energia eleacutetrica A radiaccedilatildeo solar meacutediadiaacuteria no Brasil varia entre 427 e 61 kWhm2dia A regiatildeo do paiacutes com pior niacutevelde radiaccedilatildeo estaacute entre 47 e 485 kWhm2dia (Figura 48) Na Alemanha liacutedermundial em geraccedilatildeo solar fotovoltaica por exemplo a radiaccedilatildeo meacutedia diaacuteria natildeoultrapassa 34 kWhm2dia [27]

O custo da energia solar fotovoltaica depende de trecircs fatores irradiaccedilatildeo solardisponiacutevel desempenho e custo dos sistemas fotovoltaicos Como jaacute foi visto opaiacutes eacute beneficiado pela farta irradiaccedilatildeo solar Quanto ao custo apesar do custo deinstalaccedilatildeo considerado alto variando conforme a potecircncia instalada em dois anoshouve queda de 50 e a tendecircncia eacute que continue caindo [28] Graccedilas ao aumentonas tarifas de energia eleacutetrica no paiacutes hoje em cerca de 80 do territoacuterio nacionaljaacute ocorre a chamada paridade tarifaacuteria em que os custos entre a energia eleacutetricagerada por sistemas fotovoltaicos eacute igual agrave tarifa de energia eleacutetrica convencionalIsso torna a adoccedilatildeo desse tipo de geraccedilatildeo ainda mais atraente pois o prosumidorpode eliminar o custo mensal de energia eleacutetrica junto agrave concessionaacuteria e pagarapenas as taxas de disponibilidade da rede de distribuiccedilatildeo e taxa de iluminaccedilatildeopuacuteblica ou ainda reduzir um percentual da fatura mensal de energia

O desempenho do sistema fotovoltaico eacute dependente da radiaccedilatildeo solar incidente

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Figura 48 Radiaccedilatildeo solar global diaacuteria - meacutedia anual tiacutepica (Whm2dia) Fonte[11]

no plano dos moacutedulos da temperatura de operaccedilatildeo dos moacutedulos da curva de desem-penho do inversor e das perdas do sistema como as registradas na fiaccedilatildeo e conexotildeesentre outros Como jaacute falado no capiacutetulo anterior dois paracircmetros para avaliar odesempenho do sistema solar fotovoltaico satildeo o Desempenho Global do Sistema eo Fator de Capacidade Em 2017 foi feito um estudo [29] sobre o desempenho dedez cidades brasileiras em diferentes pontos do paiacutes com inclinaccedilatildeo igual agrave latitudelocal e acircngulo azimutal 0 Como pode ser visto na Tabela 43 as cidades brasilei-ras estudadas possuem uma alta taxa de desempenho entre 073 e 078 tornando osistema solar fotovoltaico ainda mais atrativo

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Cidade Ener Anual (kWh) Produt (kWhkWp) PR FC ()Santa Maria - RS 2047 1362 078 155Curitiba - PR 1920 1277 078 146Satildeo Paulo - SP 2079 1383 077 158

Rio de Janeiro - RJ 2276 1514 077 173Campo Grande - MS 2364 1573 077 180Belo Horizonte - MG 2341 1558 076 178

Brasiacutelia - DF 2379 1583 077 181Bom Jesus da Lapa - BA 2463 1639 074 187

Fortaleza - CE 2326 1548 077 177Manaus - AM 1933 1286 073 147

Tabela 43 Paracircmetros de desempenho de um sistema fotovoltaico de referecircncia de1500 Wp Fonte [29]

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Capiacutetulo 5

Perspectivas da Geraccedilatildeo Distribuiacutedano Brasil

Ao passo que a Geraccedilatildeo Distribuiacuteda se torna cada vez mais uma opccedilatildeo de geraccedilatildeode energia no Brasil sua introduccedilatildeo no Planejamento Energeacutetico eacute fundamentalA expansatildeo dos parques industriais e as questotildees ambientais satildeo fatores decisivospara a ampliaccedilatildeo da GD de grande escala enquanto a renovaccedilatildeo da infraestruturaurbana aponta uma maior penetraccedilatildeo da GD de pequena escala Por apresentarperfis de consumo diferentes como os horaacuterios de maior consumo serem diferentes oplanejamento da GD de pequena e meacutedia escala eacute feito em separado da GD de grandeescala Para a elaboraccedilatildeo deste capiacutetulo foram utilizados trecircs estudos realizadospela EPE para a projeccedilatildeo da Geraccedilatildeo Distribuiacuteda no Brasil o Plano Nacional deEnergia 2050 [6] com as previsotildees a longo prazo ateacute 2050 da pequena meacutedia elarga escala o Plano Decenal de Expansatildeo de Energia 2026 [30] com as previsotildeesa meacutedio prazo ateacute 2026 da pequena escala e o Plano Decenal de Expansatildeo deEnergia 2024 [31] com as previsotildees ateacute 2024 da larga escala

51 Pequena e Meacutedia Escala

A Geraccedilatildeo Distribuiacuteda de pequena e meacutedia escala tem como caracteriacutestica adispersatildeo e variedade de interesses dos agentes dependendo de cada realidade localPor isso ao realizar o planejamento energeacutetico desse tipo de GD deve-se consideraras condiccedilotildees para que esse investimento aconteccedila de maneira difundida e seja umaopccedilatildeo viaacutevel para os agentes Essa anaacutelise das condiccedilotildees de contorno para o casoda pequena e meacutedia escala eacute considerada mais importante do que ao realizar oplanejamento de grande escala e da geraccedilatildeo centralizada

As condiccedilotildees satildeo essenciais para que haja uma maior aceitaccedilatildeo da geraccedilatildeo dis-tribuiacuteda como um investimento confiaacutevel Como exemplo dessas condiccedilotildees temos

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a disponibilidade de fornecedores de serviccedilos e equipamentos o acesso aos financia-mentos programas de disseminaccedilatildeo de informaccedilatildeo e a utilizaccedilatildeo da geraccedilatildeo distri-buiacuteda pelo setor puacuteblico No Planejamento Nacional de Energia 2050 desenvolvidopela EPE [6] considerou-se para a previsatildeo da GD de pequena e meacutedia escala noBrasil ateacute 2050 um cenaacuterio com condiccedilotildees que estimulam o investimento dispersodessa modalidade de geraccedilatildeo como a renovaccedilatildeo da infraestrutura a propagaccedilatildeo domercado de serviccedilos de energia e a mudanccedila de paradigma dos agentes de distribui-ccedilatildeo

511 Geraccedilatildeo Distribuiacuteda Fotovoltaica a longo prazo

Uma das principais tecnologias consideradas na GD de pequena e meacutedia escala eacutea solar fotovoltaica Por oferecer grande modularidade e pela reduccedilatildeo do custo essatecnologia deve ser a principal alternativa para o consumidor que queira gerar suaproacutepria energia em especial na escala de micro geraccedilatildeo para residecircncias e comeacuterciosno horizonte de 2050

A metodologia empregada para a previsatildeo da inserccedilatildeo da GD fotovoltaica depequeno porte no Brasil em estudo desenvolvido pela EPE [6] visa essa inserccedilatildeosob o ponto de vista do consumidor final Os motivos considerados para a adoccedilatildeodessa tecnologia pelos consumidores satildeo diversos como custos conhecimentos datecnologia e preocupaccedilatildeo ambiental sendo o custo o principal deles Sendo assimo modelo de previsatildeo parte da avaliaccedilatildeo do retorno financeiro ao longo da vidauacutetil dos sistemas fotovoltaicos em conjunto com a avaliaccedilatildeo do mercado potencialde adotantes Essa metodologia foi empregada para todos os setores analisadosresidencial industrial comercial e poder puacuteblico

Previsatildeo de custo

Como o custo eacute crucial para o consumidor ao optar por gerar sua proacutepria energiaeacute necessaacuteria a previsatildeo do custo da tecnologia fotovoltaica para uma correta previsatildeoda inserccedilatildeo dessa tecnologia na GD no Brasil Para isso foi utilizado como referecircnciapela EPE as projeccedilotildees de reduccedilatildeo percentual de custos sobre os custos de instalaccedilatildeono Brasil R$700Wp para o setor residencial R$650Wp para o comercial e R$600para o industrial [32] A perspectiva de custo ao longo das deacutecadas com previsatildeoateacute 2050 encontra-se na Tabela 51

Segundo essa perspectiva ateacute 2050 estima-se que todos os setores da sociedadeatinjam aproximadamente o mesmo patamar de custo para os sistemas fotovoltai-cos

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2013 2020 2030 2040 2050Residencial 70 44 32 27 23Comercial 65 42 30 25 21Industrial 60 34 27 23 20

Tabela 51 Perspectiva de reduccedilatildeo de custos dos sistemas fotovoltaicos (R$Wp)Fonte [6]

Premissas

Para caracterizaccedilatildeo do mercado potencial fotovoltaico residencial a longo prazoateacute 2050 foi considerado que os sistemas fotovoltaicos iratildeo se tornar mais acessiacuteveisnatildeo soacute pelo barateamento dos sistemas (como jaacute mostrado acima) mas tambeacutempela maior facilidade de financiamento e a difusatildeo de diferentes modelos de negoacute-cios como o leasing (aluguel de um sistema fotovoltaico pago mensalmente) e ascompras em grupo Sendo assim unidades consumidoras com consumo superior a100 kWhmecircs foram consideradas como possiacuteveis adotantes do sistema no estudo alongo prazo Aleacutem disso foi estimado que no longo prazo os sistemas FV deixemde ser adotados apenas pela parcela inovadora da sociedade e atinja tambeacutem asparcelas consideradas ldquomaioria inicialrdquo e ldquomaioria tardiardquo Diante dessas premissasfoi adotado um fator meacutedio de adesatildeo de 40 em 2050 Na Tabela 52 tem-se apotecircncia tiacutepica instalada para cada faixa de consumo

Faixa de consumo (kWhmecircs) Potecircncia tiacutepica (kWp)100-200 1200-300 15300-400 2400-500 3500-1000 4gt1000 10

Tabela 52 Potecircncia tiacutepica por faixa de consumo Fonte [6]

As premissas dos setores industrial comercial e poder puacuteblico satildeo similares agravespremissas do setor residencial No caso do comeacutercio e da induacutestria deve-se adicionaruma motivaccedilatildeo a mais para a adoccedilatildeo dos sistemas fotovoltaicos distribuiacutedos a pre-ocupaccedilatildeo da imagem da sua empresa perante seu puacuteblico No caso do setor puacuteblicoconsidera-se um setor estrateacutegico para a difusatildeo da GD no paiacutes pois sua adesatildeo servede exemplo aos outros setores da sociedade Considerando essas premissas prevecirc-seque em 2050 teremos os seguintes percentuais de atendimento da demanda via GDfotovoltaica 9 comercial 35 industrial e 10 no poder puacuteblico

Eacute importante mencionar que para o horizonte a longo prazo foram adotadasduas previsotildees a Referecircncia e a Novas Poliacuteticas Considera-se que nesta uacuteltima as

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premissas mencionadas anteriormente sejam evidenciadas em maior escala levandoa um maior estiacutemulo de adesatildeo dos usuaacuterios Nessa uacuteltima previsatildeo previu-se osseguintes percentuais de atendimento de demanda via GD fotovoltaica 50 resi-dencial 7 industrial 14 comercial e 18 do poder puacuteblico

Previsotildees

A previsatildeo da EPE de longo prazo tendo as premissas descritas na seccedilatildeo anteriorcomo base e utilizando o modelo matemaacutetico de Bass apresenta-se nos graacuteficosabaixo figuras 51 e 52 e na Tabela 53

Figura 51 Previsatildeo da potecircncia instalada fotovoltaica distribuiacuteda acumuladaFonte [6]

Figura 52 Previsatildeo da energia gerada fotovoltaica distribuiacuteda Fonte [6]

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Referecircncia Novas Poliacuteticas2020 2030 2040 2050 2020 2030 2040 2050

Potecircncia Instalada (GWp) 05 10 50 78 1 20 82 118Energia Gerada (MWmeacuted) 78 1523 7466 11797 153 3001 12511 18029 da Carga Total (SIN) 01 13 47 57 02 26 79 87

Tabela 53 Projeccedilotildees da geraccedilatildeo distribuiacuteda fotovoltaica Fonte [6]

Como eacute possiacutevel perceber pelas projeccedilotildees a geraccedilatildeo distribuiacuteda fotovoltaica teraacuteum salto entre 2030 e 2040 quando passaraacute de 13 de atendimento da carga doSIN em 2030 para 47 em 2040 Espera-se que a geraccedilatildeo distribuiacuteda fotovoltaicadesempenhe nas proacuteximas deacutecadas papel fundamental no atendimento agrave demandade energia eleacutetrica gerando cerca de 12 GWmeacuted em 2050 Com isso atenderaacute cercade 57 de toda a carga do SIN no periacuteodo final da anaacutelise usando a projeccedilatildeo dereferecircncia Esse valor estaacute de acordo com a previsatildeo feita pela IEA [33] que prevecircque em 2050 a geraccedilatildeo distribuiacuteda fotovoltaica atenderaacute 6 da demanda de energiaeleacutetrica mundial

Caso haja maior comprometimento do governo para a criaccedilatildeo de mecanismosque visam a adoccedilatildeo da geraccedilatildeo distribuiacuteda pela populaccedilatildeo eacute possiacutevel atender umaporcentagem ainda maior da carga do SIN chegando a quase 9 da carga total doSIN como visto na projeccedilatildeo Novas Poliacuteticas

512 Geraccedilatildeo Distribuiacuteda de Biogaacutes a longo prazo

A geraccedilatildeo distribuiacuteda de biogaacutes utiliza a biomassa residual podendo ser esta bio-massa residual agriacutecola biomassa residual da pecuaacuteria biomassa residual urbana e avinhaccedila (resiacuteduo da produccedilatildeo de etanol) O estudo feito para a previsatildeo de GeraccedilatildeoDistribuiacuteda de Biogaacutes no Brasil a longo prazo eacute assim como na GD Fotovoltaicao Plano Nacional de Energia 2050 Estima-se um aumento no potencial energeacuteticodas biomassas de 200 milhotildees de tep em 2013 para 540 milhotildees de tep em 2050 noBrasil [6] Desse total a biomassa residual passaraacute a corresponder a 61 no finaldo periacuteodo analisado Apesar desse alto potencial devido a diversas barreiras natildeorelacionadas agrave economia somente 24 dele eacute viaacutevel economicamente

Premissas

A principal premissa assumida para a inserccedilatildeo da GD de Biogaacutes no Brasil eacuteque esse potencial energeacutetico de 24 seja alcanccedilado apenas no final do periacuteodoestudado Poreacutem devido agrave competitividade entre os usos do biogaacutes para geraccedilatildeode eletricidade ou produccedilatildeo de metano desses 24 apenas 30 dessa penetraccedilatildeoseraacute utilizada para a geraccedilatildeo de energia no contexto da Geraccedilatildeo Distribuiacuteda ou

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seja do potencial de produccedilatildeo de biogaacutes apenas 7 seraacute considerado para geraccedilatildeode eletricidade na GD em 2050

A segunda premissa estipulada na Plano Nacional de Energia 2050 eacute que casohaja um bom desenvolvimento da produccedilatildeo de biogaacutes as barreiras natildeo-econocircmicasseratildeo reduzidas gradualmente ateacute 2030 quando haveraacute a expansatildeo da produccedilatildeo debiogaacutes aumentando a implantaccedilatildeo de projetos de geraccedilatildeo de energia atraveacutes dobiogaacutes

Assim como no estudo feito para a previsatildeo da GD Fotovoltaica ateacute 2050 paraa previsatildeo da GD utilizando biogaacutes tambeacutem foi elaborada uma segunda projeccedilatildeoem que supotildee-se um cenaacuterio mais positivo para a penetraccedilatildeo dessa modalidade degeraccedilatildeo no paiacutes contando que a zona de competitividade do biogaacutes dobraraacute comoconsequecircncia da maior preocupaccedilatildeo ambiental e de medidas de incentivo agrave produccedilatildeodo energeacutetico Essa segunda projeccedilatildeo eacute chamada de ldquoNovas Poliacuteticasrdquo

Previsotildees

Dada as premissas consideradas anteriormente foram feitas as projeccedilotildees da in-serccedilatildeo da GD a biogaacutes no paiacutes ateacute 2050 [6] Para essas previsotildees o biogaacutes utilizadopara geraccedilatildeo de eletricidade e o potencial de biogaacutes total foram convertidos paramilhotildees de m3dia de biometano As previsotildees encontram-se nas Figuras 53 e 54

Figura 53 Projeccedilatildeo da penetraccedilatildeo do biometano para GD versus seu potencialteoacuterico Fonte [6]

Como pode ser visto na Figura 54 a geraccedilatildeo de eletricidade na GD utilizandobiogaacutes soacute comeccedilaraacute a ser expressiva a partir de 2030 quando haveraacute a difusatildeo econsolidaccedilatildeo de projetos de GD utilizando biogaacutes aleacutem da organizaccedilatildeo da cadeia deserviccedilos do biogaacutes Os primeiros dez anos do estudo satildeo cruciais para o estabeleci-mento de condiccedilotildees necessaacuterias para a disseminaccedilatildeo dessa modalidade de geraccedilatildeo

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Figura 54 Previsatildeo da energia gerada distribuiacuteda utilizando biogaacutes Fonte [6]

Eacute previsto tambeacutem que os principais consumidores desse tipo de geraccedilatildeo seratildeo osetor puacuteblico utilizando resiacuteduos urbanos e o setor rural utilizando resiacuteduo ruralAleacutem disso ela seraacute contratada no esquema de compensaccedilatildeo de energia tornandoos consumidores em prosumidores

513 Pequena escala no meacutedio prazo

No estudo do plano decenal da pequena escala foi feita uma projeccedilatildeo conjuntaentre a geraccedilatildeo distribuiacuteda fotovoltaica e a geraccedilatildeo distribuiacuteda de biogaacutes No ho-rizonte estudado dentre as tecnologias de geraccedilatildeo distribuiacuteda de pequena escaladestaca-se a solar fotovoltaica apresentando-se com maior potencial de penetraccedilatildeoEstima-se que em 2026 a geraccedilatildeo solar fotovoltaica distribuiacuteda atenderaacute 06 detodo o consumo nacional com cerca de 770 mil adotantes dessa modalidade

Aleacutem das unidades consumidoras previstas em adotar a geraccedilatildeo distribuiacuteda fo-tovoltaica no horizonte decenal eacute considerado tambeacutem uma parcela da inserccedilatildeo daGD fotovoltaica atraveacutes de contrataccedilatildeo via chamadas puacuteblicas promovidas pelasdistribuidoras Esse modelo de negoacutecio seraacute viabilizado nos proacuteximos anos apoacutessancionada a Lei 13203 [34] que autoriza o repasse integral dos custos de aquisiccedilatildeode energia eleacutetrica pelos distribuidores para a tarifa de seus consumidores finais ateacuteum Valor Anual de Referecircncia Especiacutefico (VRES) definido pela EPE Prevecirc-se queesse modelo de negoacutecio tenha maior atratibilidade entre os consumidores da altatensatildeo

O resultado das previsotildees da micro e minigeraccedilatildeo distribuiacuteda e da geraccedilatildeo dis-tribuiacuteda contratada pelas distribuidoras eacute apresentado no graacutefico da Figura 55

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Figura 55 Capacidade instalada e energia a partir da geraccedilatildeo distribuiacuteda fotovol-taica e de biogaacutes Fonte [30]

52 Larga Escala

No estudo de Demanda de Energia do Plano Nacional de Energia 2050 da EPE[6] foi considerada como GD de larga escala a autoproduccedilatildeo de energia que seclassifica como a geraccedilatildeo de eletricidade do consumidor com instalaccedilotildees proacuteprias eque natildeo utiliza a rede eleacutetrica das concessionaacuterias de transmissatildeo e distribuiccedilatildeo Aautoproduccedilatildeo de energia representa uma significativa parcela de geraccedilatildeo de energiaeleacutetrica no paiacutes atualmente 10

A cogeraccedilatildeo eacute considerada a principal forma de autoproduccedilatildeo de energia quese denomina como a geraccedilatildeo simultacircnea de calor e eletricidade com um uacutenico com-bustiacutevel aumentando assim o rendimento de um processo industrial Sendo assimo mercado potencial da autoproduccedilatildeo considerado para a previsatildeo da GD em largaescala no paiacutes eacute o segmento industrial que utiliza grande quantidade de vapor eeletricidade no processo de produccedilatildeo e ao mesmo tempo gera resiacuteduo que pode serposteriormente utilizado como fonte energeacutetica seja para geraccedilatildeo de eletricidade oupara fins teacutermicos Os principais segmentos industriais com a possibilidade de coge-raccedilatildeo satildeo papel e celulose siderurgia quiacutemica e petroquiacutemica refino de petroacuteleosetor sucroalcooleiro alimentos e bebidas e produccedilatildeo tecircxtil [6]

Outra possibilidade de autoproduccedilatildeo de eletricidade jaacute utilizada no paiacutes eacute atraveacutesda geraccedilatildeo termeleacutetrica a gaacutes natural nas plataformas offshore Com a previsatildeo deexploraccedilatildeo do Preacute-sal essa modalidade deve ganhar mais destaque com aumentona demanda de energia eleacutetrica nestas plataformas

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521 Premissas

No estudo do Plano Nacional de Energia - 2050 foram feitas premissas paracada segmento industrial com possibilidade de cogeraccedilatildeo Uma das premissas eacuteque os novos empreendimentos na induacutestria da celulose tenham sua demanda deenergia eleacutetrica atendidas pela cogeraccedilatildeo Supotildee-se que haveratildeo casos em que oempreendimento seraacute capaz tambeacutem de ofertar seu excesso de geraccedilatildeo para o sistemaeleacutetrico

No caso da induacutestria sideruacutergica haacute trecircs rotas tecnoloacutegicas possiacuteveis para aexpansatildeo da capacidade instalada rota integrada com coqueria proacutepria rota inte-grada sem coqueria proacutepria e rota semi-integrada Para cada rota tecnoloacutegica foiavaliado o respectivo potencial de cogeraccedilatildeo usando como base a praacutetica existenteatualmente no parque sideruacutergico brasileiro Na anaacutelise da induacutestria petroquiacutemicasupocircs-se que toda a expansatildeo da produccedilatildeo de eteno a partir de nafta seja realizadapor autoproduccedilatildeo

Os niacuteveis de atividade setorial dos segmentos de accediluacutecar e aacutelcool de exploraccedilatildeoe produccedilatildeo de petroacuteleo e gaacutes natural e do segmento de refino estatildeo correlacionadoscom suas respectivas possibilidades de autoproduccedilatildeo Dessa forma a autoproduccedilatildeono segmento sucroalcooleiro se correlaciona com a produccedilatildeo de cana para o accediluacutecar eo etanol assim como a autoproduccedilatildeo em refinarias se correlaciona com o montantede carga processada A autoproduccedilatildeo na exploraccedilatildeo e produccedilatildeo de petroacuteleo e gaacutesnatural se correlaciona com a produccedilatildeo de petroacuteleo havendo distinccedilatildeo entre produ-ccedilatildeo no Poacutes e Preacute-sal considerou-se que a exploraccedilatildeo no Preacute-sal necessita de maioreletricidade para a extraccedilatildeo da mesma quantidade de petroacuteleo

Na Tabela 54 encontram-se os indicadores de crescimento de produccedilatildeo por anoe o iacutendice de auto-produccedilatildeo atual por segmento industrial dados essenciais para aelaboraccedilatildeo da previsatildeo de autoproduccedilatildeo desses segmentos industriais

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Segmento Industrial Crescimento da Produ-ccedilatildeo fiacutesica

Iacutendice de auto-produccedilatildeo

Celulose 295 106 tano 950 kWht celulosePetroquiacutemica (eteno) 57 106 tano 1540 kWht etenoSiderurgia (accedilo bruto) 454 106 tano -Rota integrada com coqueriaproacutepria destinada agrave produccedilatildeo deplacas

94 106 tano 390 kWht accedilo

Rota integrada com coqueriaproacutepria


Rota semi-integrada 64 106 tano 0 kWht accediloRefino de petroacuteleo 5459 106 m3ano 16 kWhm3 PetroacuteleoSucroalcooleiro 590 106 tano 23 kWht CanaEampP (petroacuteleo) 5934 106 m3ano 100 kWhm3 Petroacuteleo

Tabela 54 IndicadoresPremissas para segmentos industriais selecionados Fonte[6]

522 Previsotildees a longo prazo

Com base nas premissas citadas no toacutepico anterior foi feita a projeccedilatildeo da au-toproduccedilatildeo dos grandes consumidores industriais de energia eleacutetrica para o estudodo Plano Nacional de Energia 2050 da EPE como pode ser vista na Tabela 55 Aautoproduccedilatildeo desses segmentos deveraacute crescer 28 por ano no periacuteodo do estudoenquanto seu consumo de energia cresceraacute 19 ao ano

Segmento 2013 2020 2030 2040 2050Bauxita 0 0 0 0 0Alumina 383 383 383 383 383

Alumiacutenio Primaacuterio 2740 2740 2740 2740 2740Siderurgia 5205 6048 9469 12047 12878Ferro ligas 136 136 136 136 136Pelotizaccedilatildeo 542 542 542 542 542

Cobre Primaacuterio 0 0 0 0 0Soda 119 119 119 119 119

Petroquiacutemica 2459 2459 4133 7488 8920Celulose 9901 20412 32977 39558 45818

Pasta mecacircnica 7 7 7 7 7Papel 803 1857 5175 8516 10904

Cimento 96 96 96 96 96Total 22390 34798 55775 71631 82542

Tabela 55 Grandes consumidores industriais autoproduccedilatildeo por segmento (GWh)Fonte [6]

Apesar do crescimento da autoproduccedilatildeo dos grandes consumidores industriais

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nem toda demanda de energia desses segmentos seraacute suprida por autoproduccedilatildeo nohorizonte de estudo Atualmente 23 do consumo de eletricidade eacute suprida porautoproduccedilatildeo e a partir de 2030 ela passaraacute a responder por 30 deste consumoNa Figura 56 eacute possiacutevel observar o montante de consumo de eletricidade total queeacute atendido por autoproduccedilatildeo e que eacute consumido na rede por ano de estudo

Figura 56 Grandes consumidores industriais consumo de eletricidade 2013-2050(TWh) Fonte [6]

Aleacutem da previsatildeo de autoproduccedilatildeo de grandes consumidores industriais foi feitatambeacutem a previsatildeo da autoproduccedilatildeo no setor sucroalcooleiro e nas refinarias depetroacuteleo e plataformas de extraccedilatildeo de petroacuteleo offshore A soma da autoproduccedilatildeodesses setores com os grandes consumidores industriais resulta na autoproduccedilatildeo to-tal do paiacutes De acordo com a EPE [6] eacute previsto um crescimento acelerado daautoproduccedilatildeo total no paiacutes ateacute 2020 em torno de 7 e apoacutes isso teraacute um cresci-mento mais lento com uma taxa meacutedia de 26 ao ano no horizonte de estudo Em2020 a autoproduccedilatildeo representaraacute cerca de 12 do consumo total do paiacutes caindogradativamente ateacute corresponder a 8 do consumo total

O montante de autoproduccedilatildeo no final do horizonte de estudo equivale a umacarga de 17 GWmeacutedio correspondendo a quase o dobro da garantia fiacutesica da usinahidreleacutetrica de Itaipu A projeccedilatildeo de autoproduccedilatildeo de eletricidade ao longo doperiacuteodo de estudo do PNE encontra-se na Figura 57 sendo ldquoOutrosrdquo a soma do setorsucroalcooleiro e das refinarias de petroacuteleo e plataformas de extraccedilatildeo de petroacuteleoldquooffshorerdquo

43

Figura 57 Projeccedilatildeo de autoproduccedilatildeo total de eletricidade de 2013 a 2050 (TWh)Fonte [6]

523 Previsotildees a meacutedio prazo

Com base nas premissas apresentadas anteriormente foi feita a projeccedilatildeo da au-toproduccedilatildeo de eletricidade para o horizonte decenal [31] Eacute importante ressaltarque a autoproduccedilatildeo de ldquoOutrosrdquo segmentos inclui uma parcela relativa agrave geraccedilatildeodistribuiacuteda fotovoltaica Estima-se ainda que ao final do horizonte de estudo ageraccedilatildeo distribuiacuteda de grande porte permita reduzir o consumo do SIN em 99 TWhevidenciando a sua importacircncia no sistema eleacutetrico nacional

Figura 58 Projeccedilatildeo de autoproduccedilatildeo de eletricidade no horizonte decenal 2015-2024 (TWh) Fonte [31]

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Capiacutetulo 6

Conclusatildeo e Trabalho Futuro

61 Conclusatildeo

O uso da micro e minigeraccedilatildeo distribuiacutedas no paiacutes surge como uma alternativaao atendimento eleacutetrico aos diversos setores da sociedade com algumas fontes maispropiacutecias para o uso em certos setores do que outras As poliacuteticas puacuteblicas deincentivo agrave Geraccedilatildeo Distribuiacuteda estatildeo diretamente ligadas agrave maior adoccedilatildeo por parteda sociedade nesta modalidade de geraccedilatildeo Isenccedilatildeo de impostos criaccedilatildeo de linhas definanciamento e o Programa de Desenvolvimento da Geraccedilatildeo Distribuiacuteda de EnergiaEleacutetrica (ProGD) satildeo alguns dos exemplos de incentivos jaacute adotados pelo Governo

Natildeo apenas as poliacuteticas puacuteblicas o custo da tarifa de energia eleacutetrica no paiacutestambeacutem eacute determinante para a popularizaccedilatildeo da mesma Uma vez que as tarifasde energia eleacutetrica sofrem constantes reajustes encarecendo a energia ainda maisbuscar alternativas para gerar sua proacutepria energia tem atraiacutedo cada vez mais apopulaccedilatildeo

Neste trabalho foi analisada a situaccedilatildeo atual de cada fonte de energia na microe minigeraccedilatildeo distribuiacutedas no Brasil explicitando os motivos para uma maior ado-ccedilatildeo de uma modalidade frente as opccedilotildees Foram mostradas tambeacutem as principaiscaracteriacutesticas e fundamentos de cada fonte de geraccedilatildeo Foi possiacutevel observar que afonte solar fotovoltaica possui uma maior aceitaccedilatildeo da sociedade por diversos fato-res como sua modularidade a crescente queda no custo de sua instalaccedilatildeo e o climabrasileiro propiacutecio com um alto iacutendice de irradiaccedilatildeo solar em grande parte do paiacutes

No capiacutetulo 5 foram mostradas as projeccedilotildees da geraccedilatildeo distribuiacuteda no Brasil deacordo com trecircs diferentes pesquisas elaboradas pela Empresa de Pesquisa Ener-geacutetica exibindo as previsotildees da micro e minigeraccedilatildeo distribuiacutedas e tambeacutem a dageraccedilatildeo distribuiacuteda de larga escala a autoproduccedilatildeo De acordo com essas projeccedilotildeesa micro e mini GD desempenharatildeo papel decisivo na matriz energeacutetica brasileiraateacute 2050 com ecircnfase na geraccedilatildeo solar fotovoltaica e na geraccedilatildeo teacutermica utilizando

45

biomassa Foi mostrado tambeacutem que apesar da autoproduccedilatildeo de energia utilizandousinas teacutermicas a biomassa apresentar crescimento natildeo acompanharaacute o crescimentodas outras fontes de energia no Brasil e passaraacute a representar uma menor parcelada matriz de energia eleacutetrica

Apesar das projeccedilotildees feitas pelos estudos da EPE concluiacuterem uma forte inserccedilatildeoda Geraccedilatildeo Distribuiacuteda nos proacuteximos anos eacute importante analisar que esses resul-tados podem natildeo se concretizar Aleacutem de previsotildees serem passiacuteveis de erro e queas premissas consideradas podem natildeo ocorrer como o planejado deve-se levar emconsideraccedilatildeo tambeacutem o fato do Plano Nacional de Energia 2050 [6] ter sido reali-zado antes da crise econocircmica no paiacutes A crise teve iniacutecio em 2014 e levou a umrecuo no Produto Interno Bruto (PIB) por dois anos consecutivos e a uma taxa dedesemprego de 137 em marccedilo de 2017 Este eacute um acontecimento natildeo previstopelo estudo de longo prazo e que pode impactar diretamente na adoccedilatildeo da GeraccedilatildeoDistribuiacuteda pela populaccedilatildeo uma vez que o investimento inicial requerido para ainstalaccedilatildeo da mesma eacute alto e com o recuo da economia grande parte da populaccedilatildeopode hesitar em fazer esse investimento

A geraccedilatildeo distribuiacuteda constitui uma nova forma de geraccedilatildeo de energia eleacutetricaNeste trabalho foi mostrado que atualmente as barreiras para a popularizaccedilatildeo destamodalidade estatildeo sendo ultrapassadas possibilitando uma maior adoccedilatildeo da microe minigeraccedilatildeo distribuiacuteda Os resultados deste trabalho mostram que a tendecircnciaeacute um aumento cada vez maior na instalaccedilatildeo de geradores sustentaacuteveis em unida-des consumidoras diversificando a matriz de energia eleacutetrica brasileira e gerandobenefiacutecios para todos os setores da sociedade

62 Trabalho Futuro

Para uma anaacutelise mais aprofundada sobre o tema e mais especiacutefica para a re-alidade da Universidade Federal do Rio de Janeiro indica-se um estudo sobre apossibilidade da implantaccedilatildeo da Geraccedilatildeo Distribuiacuteda no campus do Fundatildeo e quaisfontes de geraccedilatildeo poderiam ser implantadas

46

Referecircncias Bibliograacuteficas

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JanIRENA_2017_Power_Costs_2018pdf

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a-evolucao-do-mercado-de-geracao-distribuida-no-brasil

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48

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[26] ABRAPCH Custo meacutedio de PCHs e CGHs ficou em R$ 225MWhdesde 2010 aponta estudo Associaccedilatildeo Brasileira de PCHs eCGHs Disponiacutevel em httpwwwabrapchorgbrNoticias2448

custo-medio-de-pchs-e-cghs-ficou-em-r-225mwh-desde-2010-aponta-estudo

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custo-de-instalacao-de-equipamentos-de-energia-solar-cai-50-no-pais

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[33] IEA Energy Technology Perspectives 2012 Paris 2012 International EnergyAgency IEA

49

[34] Brasil Lei no 13203 de 8 de Dezembro de 2015 Diaacuterio Oficial Brasiacutelia 8 deDezembro de 2015

50

Lista de Figuras

Lista de Tabelas


Apresentaccedilatildeo

Objetivo

Estrutura do Trabalho


Conceito

Micro e Minigeraccedilatildeo distribuiacutedas

Tipologias

Aspectos Positivos e Negativos da Geraccedilatildeo Distribuiacuteda

Fontes de energia na Geraccedilatildeo Distribuiacuteda

Energia Eoacutelica

Aspectos Gerais

Principais Fundamentos

Situaccedilatildeo Mundial Atual

Complementaridade com UHE

Energia Termeleacutetrica utilizando biocombustiacuteveis


Fontes de biocombustiacutevel

Energia Solar Fotovoltaica

Aspectos Gerais

Tipos de Ceacutelulas Fotovoltaicas



Energia Hidraacuteulica

Aspectos Gerais



A atual Geraccedilatildeo Distribuiacuteda no Brasil

Dados atuais de Micro e Minigeraccedilatildeo Distribuiacuteda

Energia Eoacutelica


Energia Teacutermica


Perspectivas da Geraccedilatildeo Distribuiacuteda no Brasil

Pequena e Meacutedia Escala

Geraccedilatildeo Distribuiacuteda Fotovoltaica a longo prazo

Geraccedilatildeo Distribuiacuteda de Biogaacutes a longo prazo

Pequena escala no meacutedio prazo

Larga Escala

Premissas

Previsotildees a longo prazo

Previsotildees a meacutedio prazo


Conclusatildeo

Trabalho Futuro




PROJETO DE GRADUACcedilAtildeO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DOCURSO DE ENGENHARIA ELEacuteTRICA DA ESCOLA POLITEacuteCNICADA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTEDOS REQUISITOS NECESSAacuteRIOS PARA A OBTENCcedilAtildeO DO GRAU DEENGENHEIRO ELETRICISTA

Examinado por

Prof Walter Issamu Suemitsu DrIng

Prof Sergio Sami Hazan PhD

Prof Jorge Luiz do Nascimento DrEng

RIO DE JANEIRO RJ ndash BRASILJULHO DE 2018






iii



Nikola Tesla

iv

Agradecimentos







v




Julho2018




vi




July2018




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Sumaacuterio

Lista de Figuras x









viii








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Lista de Figuras







em 2016 Fonte [8] 22



[11] 31



x






2024 (TWh) Fonte [31] 44

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Lista de Tabelas


de 1500 Wp Fonte [29] 32




(GWh) Fonte [6] 42

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Capiacutetulo 1






1



12 Objetivo









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Capiacutetulo 2


21 Conceito






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23 Tipologias




tribuiacuteda




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Capiacutetulo 3



311 Aspectos Gerais









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Pmec =1

2ρAvw

3cp(λ β) (31)

Onde

λ =Rωwt

vw(32)

Sendo


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331 Aspectos Gerais








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Y f =

int t2

t1P (t)dt

P 0=

E

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Y r =

int t2

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PR =Y f

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341 Aspectos Gerais





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Sendo


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Capiacutetulo 4



buiacuteda





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Premissas






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Previsotildees




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Premissas


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Previsotildees




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52 Larga Escala




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521 Premissas





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Cimento 96 96 96 96 96Total 22390 34798 55775 71631 82542



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Capiacutetulo 6


61 Conclusatildeo





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62 Trabalho Futuro


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Acesso em 05072018






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Lista de Figuras

Lista de Tabelas



Objetivo



Conceito


Tipologias



Energia Eoacutelica

Aspectos Gerais








Aspectos Gerais





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12 Objetivo









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Capiacutetulo 2


21 Conceito






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23 Tipologias




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em 2016 Fonte [8] 22



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de 1500 Wp Fonte [29] 32




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E

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Premissas






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Previsotildees




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52 Larga Escala




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Cimento 96 96 96 96 96Total 22390 34798 55775 71631 82542



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62 Trabalho Futuro


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Lista de Figuras

Lista de Tabelas



Objetivo



Conceito


Tipologias



Energia Eoacutelica

Aspectos Gerais








Aspectos Gerais





Aspectos Gerais





Energia Eoacutelica









Larga Escala

Premissas




Conclusatildeo

Trabalho Futuro





July2018




vii

Sumaacuterio

Lista de Figuras x









viii








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Lista de Figuras







em 2016 Fonte [8] 22



[11] 31



x






2024 (TWh) Fonte [31] 44

xi

Lista de Tabelas


de 1500 Wp Fonte [29] 32




(GWh) Fonte [6] 42

xii

Capiacutetulo 1






1



12 Objetivo









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Capiacutetulo 2


21 Conceito






3


23 Tipologias




tribuiacuteda




4




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Capiacutetulo 3



311 Aspectos Gerais









6










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Pmec =1

2ρAvw

3cp(λ β) (31)

Onde

λ =Rωwt

vw(32)

Sendo


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veis


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331 Aspectos Gerais








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Y f =

int t2

t1P (t)dt

P 0=

E

P 0(33)



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Y r =

int t2

t1H(t)dt

Href(34)




PR =Y f

Y r(35)



FC =

int t2

t1P (t)dt





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341 Aspectos Gerais





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Sendo


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Cimento 96 96 96 96 96Total 22390 34798 55775 71631 82542



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Tipologias



Energia Eoacutelica

Aspectos Gerais








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em 2016 Fonte [8] 22



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12 Objetivo









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21 Conceito






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311 Aspectos Gerais









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Pmec =1

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Y f =

int t2

t1P (t)dt

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E

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int t2

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Sendo


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Y f =

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int t2

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Href(34)




PR =Y f

Y r(35)



FC =

int t2

t1P (t)dt





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341 Aspectos Gerais





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Sendo


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Previsotildees




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52 Larga Escala




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521 Premissas





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Cimento 96 96 96 96 96Total 22390 34798 55775 71631 82542



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61 Conclusatildeo





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62 Trabalho Futuro


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Lista de Tabelas



Objetivo



Conceito


Tipologias



Energia Eoacutelica

Aspectos Gerais








Aspectos Gerais





Aspectos Gerais





Energia Eoacutelica









Larga Escala

Premissas




Conclusatildeo

Trabalho Futuro


Capiacutetulo 3



311 Aspectos Gerais









6










7







Pmec =1

2ρAvw

3cp(λ β) (31)

Onde

λ =Rωwt

vw(32)

Sendo


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veis


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331 Aspectos Gerais








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Y f =

int t2

t1P (t)dt

P 0=

E

P 0(33)



16

Y r =

int t2

t1H(t)dt

Href(34)




PR =Y f

Y r(35)



FC =

int t2

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Sendo


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Cimento 96 96 96 96 96Total 22390 34798 55775 71631 82542



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61 Conclusatildeo





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62 Trabalho Futuro


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Energia Eoacutelica

Aspectos Gerais








Aspectos Gerais





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Energia Eoacutelica









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Premissas




Conclusatildeo

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Pmec =1

2ρAvw

3cp(λ β) (31)

Onde

λ =Rωwt

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Y f =

int t2

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P 0=

E

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Y r =

int t2

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Href(34)




PR =Y f

Y r(35)



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Cimento 96 96 96 96 96Total 22390 34798 55775 71631 82542



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Pmec =1

2ρAvw

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Onde

λ =Rωwt

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Y f =

int t2

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P 0=

E

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Y r =

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t1H(t)dt

Href(34)




PR =Y f

Y r(35)



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Cimento 96 96 96 96 96Total 22390 34798 55775 71631 82542



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Y f =

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P 0=

E

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Y r =

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Href(34)




PR =Y f

Y r(35)



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Y f =

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P 0=

E

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Y r =

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Y f =

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Y f =

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Y f =

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Y f =

int t2

t1P (t)dt

P 0=

E

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Y r =

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Cimento 96 96 96 96 96Total 22390 34798 55775 71631 82542



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Y f =

int t2

t1P (t)dt

P 0=

E

P 0(33)



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Y r =

int t2

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Href(34)




PR =Y f

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Y f =

int t2

t1P (t)dt

P 0=

E

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Y r =

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Aspectos Gerais








Aspectos Gerais





Aspectos Gerais





Energia Eoacutelica









Larga Escala

Premissas




Conclusatildeo

Trabalho Futuro



50

Lista de Figuras

Lista de Tabelas



Objetivo



Conceito


Tipologias



Energia Eoacutelica

Aspectos Gerais








Aspectos Gerais





Aspectos Gerais





Energia Eoacutelica









Larga Escala

Premissas




Conclusatildeo

Trabalho Futuro


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