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A Biomassa Moderna e a Geração Distribuída no Brasil Fórum Permanente de Energia e Ambiente – Universalização do Atendimento de Energia Elétrica e Geração.

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1 A Biomassa Moderna e a Geração Distribuída no Brasil Fórum Permanente de Energia e Ambiente – Universalização do Atendimento de Energia Elétrica e Geração Distribuída Arnaldo Walter DE/FEM e NIPE – Unicamp

2 Conteúdo da apresentação Biomassa moderna Biomassa moderna Geração Distribuída Geração Distribuída Aspectos de sustentabilidade Aspectos de sustentabilidade Geração elétrica a partir da biomassa, no Mundo e no Brasil: situação atual Geração elétrica a partir da biomassa, no Mundo e no Brasil: situação atual Tecnologias: convencionais e modernas Tecnologias: convencionais e modernas Perspectivas, para o Brasil Perspectivas, para o Brasil

3 Biomassa moderna Conceito associado à conversão da biomassa em vetores tais como eletricidade, combustíveis gasosos e líquidos. Conceito associado à conversão da biomassa em vetores tais como eletricidade, combustíveis gasosos e líquidos. Necessidade de desenvolvimento de novas tecnologias (necessidade de competitividade técnico e econômica) e/ou da superação das barreiras tecnológicas das alternativas já comerciais. Necessidade de desenvolvimento de novas tecnologias (necessidade de competitividade técnico e econômica) e/ou da superação das barreiras tecnológicas das alternativas já comerciais. Aspecto ambiental também é importante condicionante: sustentabilidade. Aspecto ambiental também é importante condicionante: sustentabilidade.

4 Geração Distribuída Geração distribuída – GD – (caso específico de recursos distribuídos) é o novo termo para o que, no passado, era conhecido como geração descentralizada (atendimento da demanda por unidades de geração de pequeno ou médio porte, localizadas próximas aos pontos de consumo). Geração distribuída – GD – (caso específico de recursos distribuídos) é o novo termo para o que, no passado, era conhecido como geração descentralizada (atendimento da demanda por unidades de geração de pequeno ou médio porte, localizadas próximas aos pontos de consumo). Há várias definições de GD e uma delas estabelece como sendo a geração que prescinde de sistemas de transmissão para atendimento do mercado consumidor. Há várias definições de GD e uma delas estabelece como sendo a geração que prescinde de sistemas de transmissão para atendimento do mercado consumidor. Quanto à capacidade, aceitam-se como GD unidades até 300 MW. Quanto à capacidade, aceitam-se como GD unidades até 300 MW.

5 Geração Distribuída Fonte: International Power Generation (1997) Desenvolvimento dos mercados e do suprimento de energia elétrica

6 Características da sustentabilidade em cenários energéticos (WEA, 2000) Aspectos sociais – erradicação da pobreza, diminuição das desigualdades, promoção do acesso universal, redução das tarifas. Aspectos sociais – erradicação da pobreza, diminuição das desigualdades, promoção do acesso universal, redução das tarifas. Aspectos ambientais – redução da poluição atmosférica, redução dos impactos à saúde, redução das emissões de GHGs, redução do uso de materiais tóxicos. Aspectos ambientais – redução da poluição atmosférica, redução dos impactos à saúde, redução das emissões de GHGs, redução do uso de materiais tóxicos. Aspectos energéticos / tecnológicos – aumento do uso endógeno de recursos, melhora da eficiência de suprimento e de uso final, maior difusão tecnológica. Aspectos energéticos / tecnológicos – aumento do uso endógeno de recursos, melhora da eficiência de suprimento e de uso final, maior difusão tecnológica.

7 A Geração Elétrica com Biomassa Algumas informações sobre o quadro mundial em 1998 (WEA, 2000): 40 GW em operação ( 1,5% da capacidade total), taxas de crescimento da capacidade de 3% a.a., 160 TWh de geração ( 1% da geração total), fatores de capacidade de %, custos de investimento entre 900 e 3000 US$/kW, custos de geração entre 5 e 15 ¢/kWh e custos projetados de 4 a 10 ¢/kWh. Algumas informações sobre o quadro mundial em 1998 (WEA, 2000): 40 GW em operação ( 1,5% da capacidade total), taxas de crescimento da capacidade de 3% a.a., 160 TWh de geração ( 1% da geração total), fatores de capacidade de %, custos de investimento entre 900 e 3000 US$/kW, custos de geração entre 5 e 15 ¢/kWh e custos projetados de 4 a 10 ¢/kWh. Tecnologia dos ciclos a vapor de pequena capacidade (cogeração e termelétricas < 50 MW). Tecnologia dos ciclos a vapor de pequena capacidade (cogeração e termelétricas < 50 MW).

8 A Geração Elétrica com Biomassa Algumas informações sobre o quadro no Brasil. Geração de 37,3 TWh de energia elétrica em 2002 (4,0% do total, considerando outras recuperações como biomassa) (em 1998, 23,2 TWh, i.e., 15% da geração mundial). A capacidade total instalada em biomassa em Março de 2004 somava GW (3,1% da capacidade total). Havia, ainda, mais 12,2 MW em construção e 495,6 MW outorgados. Algumas informações sobre o quadro no Brasil. Geração de 37,3 TWh de energia elétrica em 2002 (4,0% do total, considerando outras recuperações como biomassa) (em 1998, 23,2 TWh, i.e., 15% da geração mundial). A capacidade total instalada em biomassa em Março de 2004 somava GW (3,1% da capacidade total). Havia, ainda, mais 12,2 MW em construção e 495,6 MW outorgados. Tecnologia dos ciclos a vapor. Majoritariamente instalações de cogeração e poucas termelétricas. Tecnologia dos ciclos a vapor. Majoritariamente instalações de cogeração e poucas termelétricas.

9 A Geração Elétrica com Biomassa Participação da biomassa (%) na geração elétrica no Brasil Fonte: BEN (2003)

10 A Geração Elétrica com Biomassa Os números do World Survey of Descentralized Energy para o Brasil indicam que em 2000 a capacidade de geração distribuída (biomassa inclusive) representava 4% da capacidade total instalada, sendo a geração efetiva equivalente a 3% da geração total (ver figura ao lado).

11 A Geração Elétrica com Biomassa, no Brasil Resíduos de madeira 17 unidades 116 MW Bagaço de cana ,9 Lixívia11649,2 Casca de arroz 26,4 Biogás220 Carvão vegetal 18 Fonte: ANEEL (2004)

12 Tecnologias Fonte: (Nussbaumer et al., 1998) Estado da arte das tecnologias de produção de energia elétrica a partir da biomassa

13 Tecnologias de geração elétrica As tecnologias comerciais são as de conversão direta da biomassa (ciclos a vapor de qualquer capacidade). As tecnologias comerciais são as de conversão direta da biomassa (ciclos a vapor de qualquer capacidade). Todas as tecnologias que podem resultar maior eficiência de geração elétrica (a partir de derivados gasosos ou líquidos) ainda não atingiram fase comercial. Todas as tecnologias que podem resultar maior eficiência de geração elétrica (a partir de derivados gasosos ou líquidos) ainda não atingiram fase comercial. As condições de viabilidade econômica para o Brasil não correspondem exatamente ao que é apresentado na figura anterior. As condições de viabilidade econômica para o Brasil não correspondem exatamente ao que é apresentado na figura anterior.

14 Tecnologias de geração elétrica Gaseificação e turbinas a gás – variante mais promissora, já tendo sido atingido estágio pré-comercial para gaseificação de madeira. Custos de capital ainda altos. Co- firing pode ser alternativa para redução dos riscos e ganhos de eficiência. Em princípio, instalações > MW poderiam ser viáveis. Grande interesse para emprego da biomassa residual da cana de açúcar. Gaseificação e turbinas a gás – variante mais promissora, já tendo sido atingido estágio pré-comercial para gaseificação de madeira. Custos de capital ainda altos. Co- firing pode ser alternativa para redução dos riscos e ganhos de eficiência. Em princípio, instalações > MW poderiam ser viáveis. Grande interesse para emprego da biomassa residual da cana de açúcar.

15 Tecnologias de geração elétrica Esquema de uma instalação BIG-CC, segundo proposta da TPS

16 Tecnologias de geração elétrica Semi integração de um sistema BIG-GT à uma usina de açúcar e álcool

17 Tecnologias de geração elétrica Gaseificação e motores de combustão interna – tecnologia dominada, mas ainda não totalmente comercial, pois ainda há restrições à operação contínua, com baixo custo de manutenção. Uma vez superados os problemas associados à limpeza dos gases (pode haver, também, uma restrição ambiental), a tecnologia pode ocupar nichos de mercado. Gaseificação e motores de combustão interna – tecnologia dominada, mas ainda não totalmente comercial, pois ainda há restrições à operação contínua, com baixo custo de manutenção. Uma vez superados os problemas associados à limpeza dos gases (pode haver, também, uma restrição ambiental), a tecnologia pode ocupar nichos de mercado.

18 Tecnologias de geração elétrica Combustão e turbinas a ar quente (turbinas de combustão externa). Não houve sequer demonstração da tecnologia. Há restrições de custos de capital (alto custo do material do trocador de calor) e/ou restrições associadas à menor eficiência térmica. Combustão e turbinas a ar quente (turbinas de combustão externa). Não houve sequer demonstração da tecnologia. Há restrições de custos de capital (alto custo do material do trocador de calor) e/ou restrições associadas à menor eficiência térmica. Combustão (externa) e motores Stirling – alguns projetos de desenvolvimento de unidades muito pequenas (3-10 kW), ou pequenas ( kW), ainda sem comprovação da operação contínua por longo tempo. Combustão (externa) e motores Stirling – alguns projetos de desenvolvimento de unidades muito pequenas (3-10 kW), ou pequenas ( kW), ainda sem comprovação da operação contínua por longo tempo.

19 Tecnologias de geração elétrica Pirólise e uso do óleo em motores de combustão interna ou turbinas a gás. Alternativa que tem a vantagem de permitir desacoplar a produção do óleo da geração elétrica. Há experiências de uso do bio-óleo, com ou sem mistura com diesel, em motores de kW, mas sempre em períodos relativamente curtos. Há, ainda, as restrições associadas à pirólise. Pirólise e uso do óleo em motores de combustão interna ou turbinas a gás. Alternativa que tem a vantagem de permitir desacoplar a produção do óleo da geração elétrica. Há experiências de uso do bio-óleo, com ou sem mistura com diesel, em motores de kW, mas sempre em períodos relativamente curtos. Há, ainda, as restrições associadas à pirólise.

20 Perspectivas, para o Brasil O estágio de desenvolvimento de tecnologias mais eficientes ainda é incipiente, e pouco foi feito no Brasil no que diz respeito a algumas delas. O estágio de desenvolvimento de tecnologias mais eficientes ainda é incipiente, e pouco foi feito no Brasil no que diz respeito a algumas delas. Entretanto, o potencial técnico-econômico é significativo no que diz respeito às tecnologias comerciais (ciclos a vapor). Entretanto, o potencial técnico-econômico é significativo no que diz respeito às tecnologias comerciais (ciclos a vapor). A indústria brasileira é capaz de fornecer praticamente todos os itens de uma termelétrica ou unidade de cogeração a biomassa de pequena e média capacidade baseada em ciclo a vapor. A indústria brasileira é capaz de fornecer praticamente todos os itens de uma termelétrica ou unidade de cogeração a biomassa de pequena e média capacidade baseada em ciclo a vapor.

21 Perspectivas, no Brasil Ademais, os custos de capital são muito mais baixos, no Brasil, para os ciclos a vapor para queima de biomassa (em muitos casos, 50%). Ademais, os custos de capital são muito mais baixos, no Brasil, para os ciclos a vapor para queima de biomassa (em muitos casos, 50%). Outro aspecto fundamental para a viabilidade econômica é o baixo custo da biomassa (efetivo ou de oportunidade) (< 1-1,5 US$/GJ). Outro aspecto fundamental para a viabilidade econômica é o baixo custo da biomassa (efetivo ou de oportunidade) (< 1-1,5 US$/GJ). Há um potencial significativo para o emprego de biomassa residual, a baixo custo ou mesmo a custo negativo. Há um potencial significativo para o emprego de biomassa residual, a baixo custo ou mesmo a custo negativo. O números a seguir representam uma estimativa preliminar do potencial para três biomassas residuais. O números a seguir representam uma estimativa preliminar do potencial para três biomassas residuais.

22 Perspectivas, no Brasil Biomassa residual da cana de açúcar (bagaço e pontas e folhas) = MW adicionais (potencial passível de viabilização a curto-médio prazo). Tecnologia tal qual a apresentada a seguir. Biomassa residual da cana de açúcar (bagaço e pontas e folhas) = MW adicionais (potencial passível de viabilização a curto-médio prazo). Tecnologia tal qual a apresentada a seguir. Biomassa residual do arroz = 340 MW e biomassa residual da madeira = 290 MW. Biomassa residual do arroz = 340 MW e biomassa residual da madeira = 290 MW. Há concentração desses potenciais nas regiões Sul e Sudeste. Há concentração desses potenciais nas regiões Sul e Sudeste. Condições ideais de fomento: política estável de médio-longo prazo de incentivos e compra da eletricidade produzida a partir da biomassa. PROINFA é parte da solução. Condições ideais de fomento: política estável de médio-longo prazo de incentivos e compra da eletricidade produzida a partir da biomassa. PROINFA é parte da solução.

23 Perspectivas, no Brasil Esquema de sistema de cogeração com com turbinas de dupla extração e condensação


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