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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.
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
