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ENERGIA – PANORAMA ATUAL E FUTURO

Energia Renovável e Sustentabilidade: como estão hoje e para onde vão os sistemas energéticos?

Prof. Dr. Lineu Belico dos Reis 25 de outubro de 2017

ENERGIA – PANORAMA ATUAL E FUTURO Tópicos Principais

• ENERGIA E SUSTENTABILIDADE – CENÁRIO GERAL• CONDICIONANTES PRIMORDIAIS DE MODIFICAÇÕES• INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE• MATRIZ, PLANEJAMENTO E GESTÃO ENERGÉTICOS• OS SISTEMAS “INTELIGENTES” PORTADORES DE

FUTURO – “SMART POWER” e “SMART GRID”• PRINCIPAIS DESAFIOS DO SETOR ENERGÉTICO • UM CALDO PARA REFLEXÕES E DISCUSSÕES • CONSIDERAÇÕES FINAIS

ENERGIA – PANORAMA ATUAL E FUTURO Visão Panorâmica

• ENERGIA E SUSTENTABILIDADE – CENÁRIO GERAL• CONDICIONANTES PRIMORDIAIS DE MODIFICAÇÕES• Impactos Ambientais• Recursos Renováveis e Novas Tecnologias Não Renováveis • Tecnologia da Informação e Globalização• Inovação• Execução técnica das proposições• INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE• Conceitos básicos e características espaciais e temporais• Um mundo de Desafios e Oportunidades• Seus Impactos nos Cenários Energéticos• Inovações e Tecnologia no Setor Energético• MATRIZ, PLANEJAMENTO E GESTÃO ENERGÉTICOS• OS SISTEMAS “INTELIGENTES” PORTADORES DE FUTURO – “SMART POWER” e “SMART GRID”• PRINCIPAIS DESAFIOS DO SETOR ENERGÉTICO • Visão Sistêmica, Eficiência e Segurança Energéticas

Operação e Manutenção Inovações na Geração, Transmissão e Distribuição

• Uma vista no Cenário Brasileiro• UM CALDO PARA RELEXÕES, DISCUSSÕES E BUSCA DE CONCLUSÕES • Reflexões, Discussões e Conclusões (?)

ENERGIA E SUSTENTABILIDADE CENÁRIO GERAL

ENERGIA E SUSTENTABILIDADE CENÁRIO GERAL

Brevíssimo Histórico

▪ A discussão global do modelo sustentável de desenvolvimento, se iniciou na década de 70: Conferência de Estocolmo (UnitedNations Conference on the HumanEnvironment) realizada em 1972.

▪ Ao final da década de 80: A “World Comission on Environment and Development” emitiu relatório Nosso Futuro Comum (Our Common Future).

▪ A definição mais simples (Gro Brutland): Modelo de desenvolvimento que satisfaz

as necessidades das gerações presentes sem afetar a capacidade de gerações

futuras de também satisfazer suas próprias necessidades (Our Common Future,

1987).

ENERGIA E SUSTENTABILIDADE CENÁRIO GERAL

Brevíssimo Histórico

Alguns passos posteriores mais marcantes

- Em 1992: A UNCED (United Nations Conference on Environment andDevelopment), no Rio de Janeiro.

Cinco documentos: a Agenda 21, a Convenção do Clima, a Convenção daBiodiversidade, a Declaração do Rio e os Princípios sobre Florestas.

- Em 1997, Japão: origem do Protocolo de Kyoto. Só ao final de 2004:ratificação, com assinatura da Rússia

ENERGIA E SUSTENTABILIDADE CENÁRIO GERAL

Brevíssimo Histórico

Alguns passos posteriores mais marcantes

- Diversas reuniões internacionais tem sido realizadas, ressaltando-se as efetuadasanualmente no âmbito da United Nations Climate Change Conference as COPs(Conference of the Parties).

- Avanços (eventuais, se existentes) são mínimos – impasses devido principalmente aposições de países importantes no contexto, tais como EUA, Rússia, China, Brasil,Índia.

- Ultimas Conferências – COP 21 (Paris, 2015), COP 22 (Marrakesh, 2016) – PróximaCOP 23 (Bonn, Nov 2017)

ENERGIA E SUSTENTABILIDADE CENÁRIO GERAL

Uma lista de Grandes Dificuldades

Crescimento PopulacionalDesemprego

E outras:Organização institucional a nível global;Belicismo – Tráfico de armasTráfico de drogasTrafico de seres humanosIntolerância

ENERGIA E SUSTENTABILIDADE: CENÁRIO GERAL

Soluções Energéticas para a Sustentabilidade

Universalização do Atendimento

Diminuição do uso de combustíveis fósseis e aumento do uso detecnologias e recursos renováveis;

Aumento da eficiência do setor energético como um todo, desde aprodução até o consumo;

Adequação do setor produtivo como um todo para aumentar eficiência nouso de combustíveis, sistemas de transporte e materiais;

Incentivo ao desenvolvimento tecnológico do setor energético paratecnologias ambientalmente mais adequadas e benéficas;

Uso de combustíveis menos poluentes

CONDICIONANTES PRIMORDIAIS DE MODIFICAÇÕES

CONDICIONANTES PRIMORDIAIS DE MODIFICAÇÕES

• Impactos Ambientais

• Recursos Renováveis e Novas Tecnologias Não Renováveis

• Tecnologia da Informação e Globalização

• Inovação

• Execução técnica das proposições

CONDICIONANTES PRIMORDIAIS DE MODIFICAÇÕESImpactos Ambientais

A poluição do ar urbano

A chuva ácida

O efeito estufa e as mudanças climáticas

A desmatamento e a desertificação

A degradação marinha e costeira

O alagamento

A contaminação radioativa

CONDICIONANTES PRIMORDIAIS DE MODIFICAÇÕESRecursos Renováveis e Novas Tecnologias Não Renováveis

Novas Tecnologias Não RenováveisExemplos

Captura e Armazenamento de CarbonoNovas tecnologias de Geração Nuclear

Ciclos Combinados com Gás NaturalGaseificação do Carvão

Gas de Xisto e Areias Betuminosas

CONDICIONANTES PRIMORDIAIS DE MODIFICAÇÕESTecnologia da Informação; Globalização e Inovação

CONDICIONANTES PRIMORDIAIS DE MODIFICAÇÕESExecução técnica das proposições

o Considerações Gerais sobre o “Fazer”o Distâncias entre planos e realidadeo Os quatro componentes da infraestrutura

para o desenvolvimentoo Necessidade de regulação estável e

adequadao Dilemas e desafios das profissões técnicas e

tecnológicaso Formação de Pessoal, Capacitação e

Treinamento

INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE

INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE

Conceitos básicos e características espaciais e temporais

Fundamentos da inovação

O ciclo de inovação

Desenvolvimento Experimental.

Pesquisa e Desenvolvimento P&D

Pesquisa Básica

Pesquisa Aplicada

Aumento do graude comercialização

Inovação - realização prática da disponibilização àsociedade dos novos produtos, sistemas ou serviços

viabilizando sua oferta ao mercado, a parte mais longa,dura e custosa do ciclo pesquisa/inovação

INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADEUm mundo de Desafios e Oportunidades

Impactos nos Cenários EnergéticosInovações e Tecnologia no Setor Energético

• Enfrentando os dilemas de hoje: Solução de problemas estruturais, reativação, recapacitação, automação, sincronização ( vencendo a inércia) seletiva com o hoje (nichos).

• Visualizando o futuro possível e desejável (inovação, novas tecnologias, sistemas “inteligentes”), determinando o ritmo adequado.

• Estabelecendo planos realistas e exequíveis, com regulação estável e visão estratégica de longo prazo.

MATRIZ, PLANEJAMENTO E GESTÃO ENERGÉTICOS

PLANEJAMENTO ENERGÉTICO

Objetivo: promover utilização racional dos diversos energéticosconsumidos e otimizar o seu suprimento.Diretrizes: determinadas pelas políticas energéticas, econômicas,sociais e ambientais vigentes.Restrições de Contorno: sintonia com outros sistemasenergéticos que interagem com o sistema em questão.

O planejamento energético não termina com a elaboração deum plano e de suas metas de suprimento de energéticos,economias de energia, níveis de investimentos, etc. Ele é umprocesso contínuo ao longo do tempo, que inclui todas asfases de implantação do plano e as inevitáveis correções eatualizações.

Política Energética

Revisão Gerencial

Planejamento Energético

Verificação

Implementação e Operação

Monitoramento, Medição e Análise

Auditoria Interna do Sistema de Gestão

Energética

Não conformidades

Correção Corretiva,

Preventiva, Preditiva

Melhoria Contínua

MODELO PARAPROCESSO DEPLANEJAMENTOENERGÉTICO

Processo de Planejamento do Setor Elétrico Brasileiro

PRINCIPAIS ETAPAS

Planejamento da expansão do sistema

(planejamento estratégico)

Planejamento da expansão a Curto Prazo e

Programação da operação do sistema (planejamento tático)

ASPECTOS MAIS RELEVANTES DA EXECUÇÃO

Previsões da demanda futura de eletricidade (o crescimento domercado de energia elétrica) - Cenários

Escolha de técnicas e tecnologias exequíveis de geração etransmissão, que se adaptem bem às condições deoperação futuras

Definição e determinação da estrutura geral do sistema emtoda sua dimensão

Seleção dos cenários de investimento mais próximos do ótimoe, face à sua escolha, a locação e o cronograma de entradaem operação dos novos equipamentos e componentes dosistema

Desempenho técnico adequado do sistema

Forma de realização do planejado – centralização, leilões, etc.

Estrutura geral do

Balanço Energético Nacional

BEN

Consumo final

Consumo final não-energético

Consumo final energético: setores energético + residencial +comercial + público + agropecuário + transportes + industrial +não identificado

Transportes: rodoviário, ferroviário, aéreo ehidroviário

Industrial: cimento, ferro-gusa e aço, ferro-ligas,mineração/pelotização e não ferrosos/outros dametalurgia, química, alimentos e bebidas, têxtil, papel ecelulose, cerâmica e outros

Consumo final do setor energético

Consumo não identificado

Produção de energia secundária

Consumo

Formas de Energia:

Energia Primária e Energia Secundária

- Oferta Total

- Oferta Interna

de Energia OIE

MATRIZ ENERGÉTICA

MATRIZ ENERGÉTICA – Visão Simplificada

RECURSOS ENERGÉTICOS

(OFERTA)

..... Transporte Transformação Transporte ..... ..... CONSUMO

PETRÓLEO

Uso final 1 x x x x x

Uso final 2 x x x x x

Uso final ....

GÁS NATURAL

Uso final 1 x x x x

Uso final 2

OUTRO RECURSO

..................

ELETRICIDADE *

Uso final 1 x x x

Uso final 2

...................

*Forma Secundária de Energia

Planejamento e Matriz EnergéticosDocumentos e Informações

Plano Nacional de Energia 2030

PNE 2030 (EPE)

Detalhamento de apenas um cenário

Sem alterações (oficiais como matriz e plano)

desde 2007.PNE 2050

Em elaboração

Plano Decenal de Expansão de Energia

Elétrica

Para os próximos 10 anos.

A versão PDE 2024 enfoca o

período 2015 - 2024

REGIÕES ConsumoBilhões tep

Participaçãono consumo

%

Populaçãomilhões

Participação na população %

Consumo per capita

tep/capita

OECD (*) –(EUA e Canadá)

2,86 21,7 910 12,78 3,14

EUA 2,19 16,61 316 4,44 6,92

Canadá 0,25 1,89 35 0,49 7,2

Oriente Médio 0,69 5,23 218 3,06 3,17

Países da Europa não pertencentes à OECD e Eurásia

1,15 8,72 341 4,79 3,39

China 3,02 22,91 1367 19,21 2,21

Ásia 1,65 12,52 2348 6,63 1,31

Países da América não pertencentes à OECD

0,62 4,72 472 6,63 1,31

África 0,75 5,70 1111 15,62 0,67

TOTAL 13,18 (**) 100 (**) 7118 100 1,90

Brasil 0,294 200 1,47

Distribuição do Consumo Primário de Energia, População e Consumo per capita nas Diversas Regiões e no Brasil – Ano: 2013

Instituições globais com Matrizes Energéticas que também incluem dados

sobre o Brasil

IEA – International Energy Agencycom sede em Paris

EIA/DOE - Energy Information Agency –Department of Energy – USA com sede em Washington DC

SISTEMAS “INTELIGENTES” PORTADORES DE FUTURO:

“SMART POWER” e “SMART GRID”

Indústria daEnergia Elétrica

Conjunto deempresas que forma aCadeia da indústriade energia elétrica:Geração,Transmissão,Distribuição,Consumo.

Consumo

• Extrapola os limites da indústria daenergia elétrica propriamente dita;

• Interrelação e integração comprojetos e ações voltadas a enfocaros Usos Finais da Eletricidade e aConservação de Energia;

• Programa de P&D da ANEEL: GLD -Gerenciamento pelo Lado daDemanda; a Eficiência Energéticapelo lado do consumo e as ações doPROCEL - Programa de Conservaçãode Energia Elétrica;

• Ações envolvem ainda fabricantes,consumidores, órgãos reguladores,órgãos de defesa do consumidor.

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Modelo Conceitual de Smart Grid

A Rede Hoje Rede Futura

A CASA INTELIGENTE

Sistemas de Armazenamento

VEÍCULOS ELÉTRICOS

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Outros Sistemas de Armazenamento

– Volante inercial (Flywheel kinetic energy )

– Baterias (Sodium based batteries – SBB, Lithium-ion batteries, Advanced lead acid batteries , Lead carbon Batteries)

– Bombeamento de Agua (Pumped-hydro storage - PHS)

– Supercondutores(superconducting magnetic energy storage - SMES)

– Ar comprimido (compressed air energy storage systems -CAES)

– Térmico( Capacitores Térmicos), Supercapacitores, Hidrogênio (Regenerative Fuel Cell) e outros

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HOT SALT STORAGE

SUNSHINE STORAGE IN A SALT: The

molten salts stored in the two tanks

pictured here amidst the rows of troughs

at the Andasol 1 power plant in Spain

will allow solar energy to produce

electricity even at night.

Volantes de Inércia

Ultra Capacitores

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TECNOLOGIAS DE ARMAZENAMENTO CENÁRIO DAS APLICAÇÕES

PRINCIPAIS DESAFIOS DO SETOR ENERGÉTICO Visão Sistêmica, Eficiência e Segurança Energéticas

PRINCIPAIS DESAFIOS DO SETOR ENERGÉTICO Visão Sistêmica, Eficiência e Segurança Energéticas

Operação e Manutenção

Do ponto de vista sistêmico

Técnicas de avaliação integradade custos e benefícios, técnicasde planejamento aderentes aosnovos requisitos regulatórios,Planejamento Integrado deRecursos, Avaliação AmbientalEstratégica, revisão do critériode modicidade tarifária, revisãodo tratamento da interfaceentre G&T com a Distribuição,adequação dos modelos aosrequisitos das análises de risco.

Do ponto de vista da Geração(não Distribuída), Transmissão e Distribuição (Geração Distribuída)

Modelagem e simulação dodesempenho das tecnologiasavançadas de transmissão,adequação da modelagemeconômica das diversas formas detransmissão [custos, benefícios(incluindo equipamentos e sistemasprovedores de serviços ancilares*) eimpactos nas tarifas]

Técnicas e Ferramentas de Planejamento e Gestão adequadas ao cenário energético atual

* Serviços Ancilares – serviços

de suporte ao sistema elétricode potência fornecidos porequipamentos ou sistemaselétricos.

Referências:PROCEDIMENTOS DE REDE (sitedo ONS);PRODIST – Procedimentos daDistribuição (site da ANEEL)

O&M e as Inovações Tecnológicas

Superação dos descompassos eineficiências

Automação e Atualização Tecnológica –Sistemas de Potência; Projetos Existentes e Projetos Novos

Geração centralizada, Transmissão, Distribuição e Geração Distribuída

Gestão da Operação e ManutençãoTerceirizaçãoCapacitação e Treinamento

PRINCIPAIS DESAFIOS DO SETOR ENERGÉTICO Inovações na Geração, Transmissão e

Distribuição

Fontes Renováveis AlternativasExemplos: Eólica, Solar,

Biomassa (lixo e resíduos)

Principais componentes ou subsistemas de um

aerogerador de eixo horizontal.

Fonte: Macedo, 2002.

Pequeno aerogerador alimentando uma

casa isolada. Pereira, 2008

Planta Offhore: Horns Rev II,

Dinamarca. Fonte: GWEC, 2012

ENERGIA EÓLICA

(1) (2)

(3) (4)

Figura 11.10 Celulas de filmes finos: (1) Telha com módulo fotovoltaico de filme fino flexível integrado.

Fonte: (Rüther, 2004); (2) Módulo de a-Si. Fonte: (Rüther, 2004); (3) Célula solar de CdTe; (4) Módulo

fotovoltaico de CIS/CIGS

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

Figura 11.16 – Fotografia da planta solar one, localizada em Daggett-Barstow

Torre de Potência

Calha Parabólica Chaminé Solar

Sistema Fotovoltaico de Concentração

da Emcore Corp. (EUA)

ENERGIA HELIOTÉRMICA

Inovações na Transmissão

SISTEMA DE TRANSMISSÃO DO RIO MADEIRA

UATCC - em 800 kV

SISTEMA EATCC MULTITERMINAL

LTs CA e CC

Redes Supranacionais Exemplo –África/Europa

Sistemas de controle eletrônicos da família FACTS“Flexible AC Transmission Systems”

A utilização destes equipamentos, integrados às Redes Inteligentes (Smart Grids), em

dimensões e locais adequados do sistema elétrico, resultará em mudança de

paradigmas de planejamento e operação, com grande impacto no aumento da confiabilidade, em seus aspectos de

Disponibilidade e Segurança.

Inovações na Distribuição

Geração distribuída: fontes renováveis, cogeraçãoIP – Iluminação Pública

Exemplos de tecnologias de geração

utilizadas em GD e MR

Fotovoltaica Microturbina Eólica Máquinas de Combustão

Interna

Fonte: EPRI (2001)

Exemplo de arquitetura de minirrede elétrica 1) CC centralizada

2) 2) CA distribuída

Fonte: Vandenbergh (2009 apud Fadigas e Bolanos, 2012)

PRINCIPAIS DESAFIOS DO SETOR ENERGÉTICOUma vista no Cenário Brasileiro

▪ No sistema elétrico brasileiro convivemo novo e o velho.

▪ Boa parte dos equipamentos maisantigos, devido ao envelhecimento,congestão da rede e a demandasextremas de carga de pico têmapresentado, ao longo do tempo,aumento das perdas e perda deconfiabilidade, justificando ações derevitalização, assim como demodernização e automação, paraincorporar avanços tecnológicos.

▪ Isso já é suficiente para que se afirme,sem qualquer hesitação, que para osistema elétrico como um todo é damaior importância incluir novastecnologias e inovações e se encaminharao “Smart Power”, com objetivosprincipais de aumentar a eficiência(diminuir perdas) e confiabilidade(disponibilidade e segurança),incorporar adequadamente as maisdiversas alternativas de geraçãorenovável e permitir maior flexibilidadee eficácia na gestão operacional dosistema.

Além disso, no cenário tecnológico eoperacional da geração, transmissão eda distribuição, pode se distinguirtecnologias e procedimentos queapresentam diversas perspectivasfavoráveis de uso, principalmentequando utilizando os grandes avançosda tecnologia de informação (TI) e daautomação, dentro dos conceitos deSmart Grid e Smart Power.Tais tecnologias:- ou já se encontram inseridas

tradicionalmente no setor elétrico(mas podem ser aperfeiçoados),

- ou estão disponíveis para aplicaçãoimediata e em curto prazo

- ou ainda se encontram em fase deaperfeiçoamento para aplicaçãocomercial mais adiante.

Neste conjunto se ressaltam:políticas e programas de eficiênciaenergética e combate aodesperdício; desenvolvimentoadequado de interconexões elétricasentre subsistemas e sistemascentralizados com sistemas locais;hidrelétricas operando com rotaçãovariável; sistemas de controleeletrônicos, da família FACTS;sistemas em corrente contínua dealta tensão CCAT, multiterminais,redes supranacionais;complementação energética (portermelétricas e centrais eólicas, porexemplo); sistemas energéticosdescentralizados e geraçãodistribuída; sistemas avançados dearmazenamento.

UM CALDO DE TEMAS PARA REFLEXÕES E DISCUSSÕES

• Reflexões, Discussões e Conclusões (?)

MATRIZ ENERGÉTICA

• O Consumo• Planejamento do

Sistema e Matriz Energética

• Matriz Energética• O PNE – Plano

Nacional de Energia

OPORTUNIDADES E PERSPECTIVAS DO “ SMART POWER”

• Visão Sistêmica• Planejamento e Gestão• Inovações - Cenário Geral

das Tecnologias mais Significativas:- Na Geração- Na Transmissão- Na Distribuição

Alguns aspectos mais relevantes do assunto enfocado para orientar reflexões

e discussões:

o Impactos esperados no setor elétrico;

o É mesmo inovação? Para quê? Para quem?

o Real relevância para o país;

o Dificuldades e particularidades de sua introdução no Brasil: de

planejamento, de execução, de O&M;

o Classificação do estado de sua introdução no Brasil comparativamente aos

países mais avançados tecnologicamente: atrasada, atualizada ou

avançada;

o Estágio de desenvolvimento atual no Brasil; Viabilidade e vantagens de

sua introdução comparativamente à situação atual;

o Transferência de tecnologia. É viável? Interessa?

o Impactos nas formas de envolvimento do consumidor (passiva ou ativa);

o Existência de incentivos em termos de P&D (Pesquisa e Desenvolvimento)ou outros, tanto governamentais quanto privados;

EXEMPLOS DE TÓPICOS PARA REFLEXÃO E DISCUSSÕES

Técnicas e ferramentas de gestão e planejamento

da mini geração distribuída com cogeração

Desenvolvimento tecnológico e inovação em geração solar fotovoltaica e heliotérmica

Desenvolvimento tecnológico e inovação em distribuição: linhas subterrâneas, “hvdc light”, gestão de O&M

Geração distribuída, armazenamento de energia, evolução do desenvolvimento da “Smart Grid”

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Finaliza-se a apresentação, retomando um importante assunto

abordado, que se refere às dificuldades associadas à execução

técnica das proposições. Relacionadas às dificuldades do “fazer”,

aos distanciamentos usuais entre cartas de intenções e planos e

entre os planos e a realidade da execução, aos dilemas e

desafios das profissões técnicas e tecnológicas e à formação de

pessoal, a capacitação e treinamento.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Isso, com o objetivo de ressaltar a importância e a

responsabilidade, poucas vezes lembradas, reconhecidas e

valorizadas em nosso país, ao contrário do que ocorre em grande

parte de países mais avançados em termos mundiais, da Educação

Tecnológica. E agradecer a honra de ter sido convidado para

apresentar a Conferência de Abertura deste evento, podendo

afirmar, com base na experiência pessoal e profissional, que maior

reconhecimento e valorização da Educação Tecnológica estão

dentre as necessidades fundamentais para elevação de nosso país a

um patamar bem mais alto no “novo” cenário tecnológico e

energético sem volta do mundo moderno globalizado.

OBRIGADO PELA ATENÇÃO!

Lineu Belico dos Reislineudosreis@yahoo.com.br

ALGUMAS REFERÊNCIAS

Fox-Penner Peter: SMART POWER - CLIMATE CHANGE, THE SMART GRIDAND THE FUTURE OF ELECTRIC UTILITIES, Island Press, Washington DC,USA, 2010.

Reis, L. B., Fonseca J. N., EMPRESAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIAELÉTRICA NO BRASIL – TEMAS RELEVANTES PARA GESTÃO. Ed Synergia; Riode Janeiro, 2012

Philippi Jr., Reis, L. B., Energia e Sustentabilidade, Ed Manole, Barueri, SP,Brasil, 2016

Reis, Lineu B: Geração de Energia Elétrica, 3 a edição, Ed Manole, Barueri,SP, Brasil, 2017