PEA-5730 Planejamento Integrado de Recursos Aula 3 Identificação, Caracterização e Avaliação dos Recursos de Demanda:Previsão, Projeções e Cenários. Docentes Responsáveis: Prof.Dr. Miguel Edgar Morales Udaeta Prof. Dr. Luiz Cláudio Ribeiro Galvão Professores Convidados: Ricardo Lacerda Baitelo Ricardo Junqueira Fujii Mário Fernandes Biague Paulo Hélio Kanayma Décio Cacione Junior www.seeds.usp.br 28 de Junho de 2006

Tópicos da Aula Identificação, Caracterização e Avaliação dos Recursos de Demanda Características Relativas ao Gerenciamento do Lado da Demanda Ações e Medidas de GLD ACC para o GLD Previsões, Projeções e Cenários Abordagens da Previsão Previsão de Demanda Uso do LEAP

Definições Gerais Conservação de Energia Uso Racional de Energia Preservação ou economia de recursos energéticos Uso Racional de Energia Racionalidade tecnológica; mas não prática ou psicológica Combate ao Desperdício Bem compreendido pelo público mas não um termo técnico Eficiência Energética Maximizar resultado e minimizar esforço entre fins e meios Aumento do produto útil, não necessariamente gastando menos energia Dimensões técnica, ambiental, social e política

Definições de Gerenciamento pelo Lado da Demanda Conjunto de atividades que visam melhorias de ordem técnica e eficiência operacional no uso da energia elétrica, a partir do controle da quantidade e do período de energia utilizada. Atividades referidas à gestão da carga e à eficiência energética, podendo estender-se à substituição de combustíveis. Programas dirigidos à eficiência energética e ao uso da energia que, como resultado, modificam a curva de carga, ou do tempo e uso da eletricidade.

Tipos de Alteração da Curva Fonte: Gellings, 1985

Tipos de Alteração da Curva de Carga a -Translado da Carga para períodos fora de pico b -Recorte do Pico levando a capacidade plena c -Crescimento Estratégico da Carga aumento da carga d -Curva de Carga Flexível cargas redutíveis e interruptíveis. e -Conservação de Energia diminuição do consumo global

Motivações para o Uso do GLD Redução da demanda nos períodos críticos do sistema. Economia de recursos, postergação de investimentos, redução de impactos ambientais associados à produção e transmissão de energia. Medida de atendimento à crescente demanda, sem restrições de conforto ou serviços associados à energia. Necessário não apenas como medida emergencial de suprimento, mas como parte integrante de um planejamento voltado à sustentabilidade.

Planejamento Integrado de Recursos Inclui as dimensões ambientais, sociais e políticas no processo. Recursos de Demanda são considerados juntamente com os Recursos de Oferta, em busca do menor custo global. Participação essencial dos En-In. Busca do Desenvolvimento Sustentável.

GLD e PIR GLD inserido no escopo do PIR: analisado de uma maneira equilibrada, conjuntamente com o gerenciamento da oferta (GLO) balizados pela visão dos custos completos. Ambos buscam a disponibilização de recursos energéticos, tanto por geração como por redução do consumo. Particularidades: ACC (Atributos, Pesos, Custos e Potenciais)

Modelo de Caracterização de Recursos Energéticos de Demanda Levantamento, análise e caracterização de todos os recursos e tecnologias relacionadas ao GLD. Descrição e Discriminação em diferentes grupos de medidas e tecnologias, além de aplicação nos diversos setores energéticos. Avaliação dos Custos Completos e Potencial dos Recursos Composição, com a caracterização da Oferta, de um modelo integrado entre demanda e oferta, constituindo um dos elementos do PIR.

Recursos de Entrada do Lado da Demanda Um recurso de demanda pode ser compreendido como o conjunto de: Ação de GLD + Tecnologia de Uso* Os Recursos Energéticos de Demanda estão segmentados da seguinte forma: Medidas (Ações e Programas de GLD) Tecnologias (Controladores de Demanda, Substituição de Lâmpadas, Etiquetagem) Setores Energéticos (Comercial, Industrial, Residencial, Público e Agricola).

Medidas (Ações e Programas de GLD) Controle da Carga Substituição, Ajuste e Dimensionamento de Equipamentos Substituição de Combustíveis Edifícios Eficientes e Arquitetura Bioclimática Tarifação e Precificação Programas de Informação e Educação Armazenamento de Energia

Controle da Carga Equipamentos que restrinjam o tempo de uso Controle Remoto desde a Concessionária Alteração de Parâmetros da Concessionária Temporizador Equipamentos desligados em períodos convenientes ou regimes pré-determinados de rodízio Limitador de Corrente Redução da demanda a determinados níveis em períodos de pico

Controle da Carga Termostato Carga do ar condicionado controlada por meio de variações graduais de temperatura interna Seletores de Circuito Chaveamento seletivo de circuitos no qual duas ou mais cargas não são permitidas de atuarem ao mesmo tempo Controlador de Demanda Limitação de potência; cargas podem ser desligadas numa sequência pré-determinada Controle Cíclico – Interrupção Prioritária de Cargas Controle de Equipamentos (Ar Condicionado, Aquecimento de Água)

Substituição, Ajuste e Dimensionamento de Equipamentos Iluminação: Utilização de controles de Iluminação (Setores Comercial e Público) Substituição de lâmpadas LI por LFCs (Impactos Ambientais e Técnicos) Condicionamento Ambiental: Reajuste de sistemas de Ar Condicionado (Setor Comercial) Substituição de Eletrodomésticos Refrigeradores (Setor Residencial – 33% do Consumo) Aquecimento de Água (Setor Residencial – 20% do Consumo) Utilização de Coletores Solares Cogeração

Substituição, Ajuste e Dimensionamento de Equipamentos Dimensionamento, ajuste e substituição de motores Substituição por motores de alto rendimento: (ganhos de 2% no rendimento; economia de 2,4% de eletricidade; custo de energia evitada de R$ 63/MWh) Substituição no final da vida útil: (rendimento 3% superior; economia de energia de 2,9%; custo evitado de R$ 41/MWh) Substituição de motores para adequação à carga: (aumento do carregamento em 12%; diminuição do consumo em 2,1%; custo de R$37/MWh de energia economizada)

Substituição de Combustíveis Economia de consumo de combustíveis (setor de transportes - veículos leves, transporte de carga ou público) Substituição da eletricidade da rede por GN (cogeração) (setores industrial, comercial e residencial) Uso de Derivados do Petróleo no Setor Industrial Substituição de Diesel por combustíveis renováveis (GN, Biodiesel ou Álcool) Benefícios principalmente de ordem econômica e principalmente ambiental

Edifícios Eficientes Arquitetura Bioclimática Projetos de Prédios Energeticamente Eficientes Iluminação Condicionamento Ambiental, Sistema de Bombeamento) Isolação Térmica (Setores Residencial e Comercial) Arquitetura Bioclimática Aproveitamento de Luz Natural, Sol Orientação de Aberturas e Janelas para maior Iluminação e Ventilação

Exemplos de Projetos Fonte: ArcoWeb 2004

Exemplos de Projetos Fonte: ArcoWeb 2004

Precificação e Tarifação Tarifas de Interrupção Menor cobrança de demanda, menor confiabilidade Tarifa Variável no Tempo Reflete variações nos custos de produção da concessionária (horosazonal-varia segundo a hora do dia e a estação) Tarifação em Tempo Real Valores estimados proximamente ao consumo (P ou FP) Tarifas para Blocos de Consumo Crescentes ou Decrescentes Incentivos à Adoção de Programas Pagamentos diretos, reduções na fatura, devoluções, subsídios na instalação de equipamentos de controle de demanda

Informação e Educação Etiquetagem de eletrodomésticos Divulgação de material informativo Conscientização de Hábitos de Consumo PROCEL na Escola (Capacitação de Profissionais, Professores e Conscientização de Alunos) CONPET na Escola Selo verde de eficiência energética Desvantagem: dificuldade de aferição e contabilização de resultados

Armazenamento de Energia Manutenção da energia, mas alteração da curva de carga e deslocamento de pico, sem conservação energética Armazenamento de água aquecida Aquecimento em horários fora de pico Armazenamento de calor Cool Storage: Refrigeração em períodos fora de pico e circulação em períodos de pico Benefícios: postergação de contratação de demanda adicional, menor sobrecarga do sistema em horário comercial, menor gasto em geração no horário de pico

Deslocamento integral da Carga em período de Pico Corte de Pico durante período integral Fonte – BC Hydro 2004

Caracterização das Dimensões de Análise Técnico Econômica: aspectos técnicos e tecnológicos assim como fatores econômicos Ambiental: impactos positivos e negativos ao meio ambiente Social: impactos na qualidade de vida e no bem estar da sociedade Política: posse e detenção de tecnologias e poder de decisão dos En-In em relação à implantação de recursos

Dimensão Técnico-Econômica 1) Custo do Empreendimento 2) Custo de Energia economizada (US$/MWh)* 3) Potencial de Conservação* 4) Tempo de Desenvolvimento e Implantação do Recurso 5) Tempo de Retorno do Investimento 6) Domínio Tecnológico do Recurso 7) Controlabilidade do Recurso* 8) Potencial de Atendimento a Necessidades Específicas 9) Qualidade da Energia Trabalhada*

Dimensão Ambiental 1) Poluição Atmosférica (Evitada) Gases de Efeito Estufa e outros Poluentes 2) Uso da Água (Evitado) 3) Impactos ao Solo Referentes ao transporte e à transmissão de energia

Dimensão Social 1) Efeitos do desequilíbrio ambiental no meio social 2) Potencial conscientização social e mudança nos hábitos dos consumidores 3) Benefícios Sociais decorrentes da tarifação 4) Influência na Atividade Econômica/Comercial/Industrial e Infra estrutura locais 5) Contribuição ao Desenvolvimento da Educação da Região 6) Influência no Mercado de Trabalho - Aumento e Redução de Empregos

Dimensão Política 1) Aceitação/Oposição do Recurso (popularidade) Consumidores, Investidores, Distribuidores 2) Apoio Governamental Mecanismos de Incentivo, Restrições Regulatórias 3) Conjunção e Encontro de Interesses 3.1) Gerador e Distribuidor 3.2) Distribuidor e Consumidor 4) Risco a Exposição Cambial 5) Participação e Influência no Uso da Energia (Grau de Participação)

ACC do GLD Diversos atributos não considerados na Oferta Diferenciação de Pesos Impactos Positivos nas áreas Ambiental (poluição) Econômica (Custo de Geração/MWh X Custo ou Ganho de Energia Economizada/MWh) Análise, em alguns casos, de substituição de recursos Classificação Final não implica em utilização de apenas um recurso, tampouco de todos eles Observação: Cuidado Especial para evitar a dupla consideração de fatores

Integração da Oferta e Demanda Reavaliação de atributos das dimensões da ACC Casos de não aplicabilidade Unificação de atributos Visando maior precisão da avaliação Reavaliação de escalas de notas (De nulo a positivo e nulo a negativo para negativo a positivo

Resultados ACC: Aeroporto Congonhas

Obstáculos Políticos do GLD Estrutura de Preços Incoerente Diferença significativa de tarifas entre setores. Setor industrial: acesso a taxa de juros favoráveis e menor motivação para investir em eficiência. Direcionamento maior de subsídios a grupos carentes. Normatização Criação de fóruns setoriais de negociação entre indústria, trabalhadores e governo para definir normas mínimas de eficiência e mecanismos de controle. Falta de Conhecimento de Consumidores Quanto a programas, equipamentos eficientes e uso racional

Obstáculos Políticos do GLD Falta de Monitoramento Dificuldade em separar resultados induzidos dos que ocorreriam naturalmente. Avaliação contínua de resultados pouco desenvolvida, crucial para decidir como modificar programas Descontinuidade de Programas Despersonalização de programas para assegurar um espaço institucional próprio para eles, evitando que fiquem a mercê dos interesses das empresas produtoras de energia.

Obstáculos Políticos do GLD Necessidades de Novas Fontes de Financiamento Proposta de conservação como parte do financiamento de outras atividades tais como moradia, transportes, desenvolvimento urbano, etc. para desenvolver o financiamento bancário. Novos mecanismos para encorajar as concessionárias a investir na conservação do uso final, quando for mais atrativo do que o custo marginal de fornecimento. Falta de Formação de Pessoal Incorporação da eficiência energética na agenda de profissionais do ramo e mais capacitação em projeto de sistemas

Potencial e Perspectivas do GLD Desenvolvimento e comercialização de novas tecnologias e serviços a custos mais baixos, aumento de pressões ambientais com a necessidade de evitar impactos (alagamentos e emissões). Competição num futuro próximo baixaria preços de novas formas de suprimento, tornando o GLD menos atraente economicamente num segundo momento. Previsões de consumo nacional de aproximadamente 780 TWh em 2015.

Pergunta: Analise vantagens e desvantagens da Integração entre Oferta e Demanda para o Planejamento Energético. A quem compete executar políticas de GLD ? Concessionárias, Governo, ONGs, Empresas de Serviços Energéticos?

Cenários Imagens particulares de futuros alternativos concebidos como possibilidades Ferramentas para a investigação de alternativas futuras de desenvolvimento Examinar possíveis conseqüências de atitudes tomadas hoje ou no futuro e reduzir as chances de surpresas indesejáveis Visam aprender o comportamento de sistemas complexos e suas políticas Cenários diferentes podem levar às mesmas necessidades finais

Previsões, Projeções e Cenários Previsões podem ser simples extrapolações de tendências a partir de dados e informações presentes Cenários são sistemas complexos, que buscam revelar sinais precoces de alterações do futuro Cenários podem ser explicatórios, representando ou conceitualizando eventos Cenários que pretendem determinar meios para se alcançar um objetivo pré-estabelecido Cenários de Compatibilidade, para estudo de coerência ou consistência de ações em uma determinada direção

Abordagens de Previsão Modelos econométricos: base estatística; agregados e conhecidos; tratamento de classe de consumo inteira. Modelos de uso final: detalhes de usos finais individuais; desagregados e de engenharia; permite entender os fatores que ocasionam as mudanças no uso da energia. Características: precisão ao avaliar o desenvolvimento econômico; escopo de relações do crescimento energético e econômico; detalhamento e confiabilidade de estar disponível a base de dados do sistema energético.

Tipos de Modelos Energéticos de Previsão de Demanda Econômico/Energético: relação entre demanda e economia nacional Otimização: alocação de recursos energéticos em determinado setor da economia Industriais: relação entre oferta e demanda para um dado recurso energético Demanda Setorial: potencial demanda energética em setores energéticos ou subsetores Sistemas Energéticos: visão integrada de oferta e demanda para todas as fontes energéticas

Tipificação das Abordagens de Previsão REEPS – modelo para o setor residencial (renda, tipo de edificações, localização) COMMEND – para o setor comercial (decisões sobre teconologias de aquecimento, ventilação, condicionamento do ar) INDEPTH – setor industrial (concentrado em divisões de processo industriais)

Previsão de Energia e Demanda As previsões de kW e kWh são essenciais no planejamento energético à medida em que possibilitam: Determinar as necessidade de adquirir recursos; Identificar as incertezas de tais necessidades; Sistematizar os programas de GLD; Indicar a eficiência e gerenciamento da carga; Mostrar as variações com o crescimento da carga. Desta forma se desenvolvem múltiplas previsões e planos para cada uma delas.

Previsão da Demanda de Energia Elétrica Variáveis básicas

Previsão da Demanda de Energia Elétrica Cenários

Previsão de Energia e Demanda Previsão da Wisconsin Electric (1991) mostrando os efeitos de diferentes programas de GLD sobre o Consumo

Previsão de Energia e Demanda Previsão da Wisconsin Electric (1991) mostrando os efeitos de diferentes programas de GLD sobre a Capacidade

Passos para a Projeção de Demanda Inclusão de Hipóteses, como crescimento econômico, na elaboração de Cenários Identificação de níveis de atividades em cada setor econômicos Preparação de dados de Balanço Energético relacionando consumo com atividade econômica Alocar demanda por setores, através de modelo de intercâmbio de recursos considerando preços relativos, potencial de conversão, capacidade de importação, etc. Estimar faixas de potencial de oferta por combustível Comparação entre potenciais de demanda e oferta

Incertezas relacionadas a Modelos Demanda parcialmente controlada por suposições de disponibilidade de oferta, crescimento econômico e conservação de energia Aspectos da oferta condicionados a variantes políticas e dependência parcial ou total de crescimento econômico Incertezas na estimativa de Conservação Energética

LEAP (Long-Range Energy Alternatives Planning System) Ferramenta de modelagem energética baseada em cenários. Consideração da utilização, conversão e produção da energia dentro de uma região ou economia. Quatro módulos: Variáveis condicionantes: População, Economia; Demanda: Setores que utilizam energia como uso final; Transformação: Cálculo para diversas formas de energia; Recursos: Reservas de energia da região.

Exercício de Parâmetros

Exercício de Parâmetros Porcentagem de casas no campo/cidade Crescimento de 2,5% ao ano no consumo de TV, VCR e ventiladores nas residências

LEAP no Médio Paranapanema Comparação MPP / São Paulo Fonte: SEADE

Panorama da Região Recursos Disponíveis Fonte: Relatórios Internos do PEA

Considerações para o Traçado dos Cenários Continuidade da Evolução da Curva de Carga Característica linear do consumo de energia elétrica na última década. Característica da Origem da Energia Elétrica Consumida Geração local considerada preferencial pois energia consumida na região é praticamente toda importada de outras regiões. Possibilidade de Uso do Gás Natural na Região Dependendo do plano de ação adotado, possibilitando a substituição do uso de eletricidade em algumas aplicações.

Cenários Considerados Energia Limpa Enfoque nas fontes de energia renováveis (solar, eólica e hidrelétrica, uso de resíduos e biomassa). Baixo Custo Uso de gás natural, eólica, PCHs, resíduos e biomassa. Gás possibilitará que outros setores o utilizem, melhorando o ganho de energia global uma vez que ele será utilizado no consumidor final.

Cenário de Energia Limpa – Parâmetros Adotados Inclusão de geração por célula fotovoltaica na região em 2007 valor máximo de aproveitamento em 2030 (aproximação linear); Inclusão de energia eólica em 2010 atingindo o potencial máximo em 2012 (inclusão de cinco GWh/ano a cada ano); Inclusão de PCHs em 2010 atingindo o valor máximo do potencial em 2018 (inclusão de 10 GWh/ano a cada quatro anos); Inclusão da utilização dos resíduos a partir de 2010 (inclusão de 1/3 do potencial a cada dois anos); Utilização do potencial da biomassa a partir de 2010 (2 módulos de 50MW, um em 2010 e outro em 1013).

Cenário de Baixo Custo – Parâmetros Adotados Inclusão de energia eólica em 2010 atingindo o potencial máximo em 2012 (inclusão de cinco GWh/ano a cada ano); Inclusão de PCHs em 2010 atingindo o valor máximo do potencial em 2018 (inclusão de 10 GWh/ano a cada quatro anos); Inclusão da utilização dos resíduos a partir de 2010 (inclusão de 1/3 do potencial a cada dois anos); Utilização do potencial da biomassa a partir de 2010 (um módulo de 50MW); Utilização de gás natural em uma térmica de 100MW a ser instalada em 2015.

Análise de Resultados – Cenário de Energia Limpa Surgimento de emissões de poluentes devido a implantação de usinas para a queima de resíduos e do bagaço da cana. Retorno social na forma de geração de empregos na área rural e talvez até na urbana devido a coleta e tratamento do bagaço. Geração local somente em operação em 2007, consumo de energia até lá provém da rede elétrica, interligada ao sistema. De 2013 à 2024 não há importação de energia para o Médio Paranapanema. A partir de 2025: nova importação indicando a necessidade de novas usinas geradoras. Recursos naturais em seu limite, opção do gás natural que poderá surgir como uma alternativa até para as células combustíveis que poderão ter o preço mais competitivo neste momento.

Análise de Resultados – Cenário de Baixo Custo Opção de energia solar descartada pelo preço. Mesmo durante o período em estudo a possibilidade de redução de preço de painéis fotovoltaicos é muito baixa. Alternativas tradicionais de geração como PCHs e termelétricas a gás. Com a chegada do gás na região, estimada em 2015, abrem-se opções também para o consumo residencial e industrial (aquecimento). Com a possibilidade de exploração do, gás a potência instalada na região também pode ser maior, além de uma reserva energética bem mais confortável. Desvantagem de gasto com combustível sujeito a variações cambiais e a emissão de CO2 que, diferentemente da geração com biomassa como combustível, não é recapturada.