A energia elétrica produzida no ano 1 pelas plantas ficou em torno de 3.950 MWhe. A pequena flutuação acontece devido às frações de biomassa e biocarvão simuladas, gerando variação da potência elétrica estimada da planta, entre 454 e 459 kWe. Pode-se perceber que a quantidade de biomassa vai diminuindo, mas a energia elétrica produzida no ano um mantém-se na mesma faixa, conforme apresenta a figura 14.
Figura 14: Comparação da energia elétrica gerada conforme se variam as frações de capim elefante e biocarvão.
Fonte: Elaboração própria.
3.970 3.946 3.965 3.950 3.935 3.954 3.939 3.000 3.200 3.400 3.600 3.800 4.000 4.200 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 En ergi a an u al (MW h ) Qu an ti d ad e d e b iomas sa (T BS /an o )
57 Em todas as simulações o fator de capacidade se manteve o mesmo, 99%, uma vez que a carga parasitária foi a mesma (1%).
Ao se analisar a figura 15, em que mostra as taxas e as eficiências térmicas líquidas, percebe-se que, conforme a taxa líquida de calor diminui, a eficiência térmica aumenta, sendo que é necessário menos combustível para se gerar a mesma quantidade de energia elétrica, uma vez que a energia elétrica é resultado da energia térmica produzida multiplicada pelo seu rendimento.
Figura 15: Comparação da taxa líquida de calor e da eficiência térmica líquida.
Fonte: Elaboração própria.
*Btu: British Thermal Unit, ou seja, unidade de medida de energia térmica, que equivale a 1.055 joules.
Ao se analisar a energia perdida no gás de combustão apresentada na tabela 20, pode-se perceber que, comparativamente, na simulação I a perda é muito mais significativa que na simulação VII, uma vez que quando o combustível é capim elefante, o calor perdido na chaminé pelo gás de combustão, calculado pelo software, é alto, pois tradicionalmente a queima de biomassa em termoelétricas e em fornos de grelhas apresenta formação de isolamento térmico nas tubulações devido à presença de inorgânicos do tipo enxofre, potássio e sódio, diminuindo a transferência de energia térmica do combustível para o fluido. Além disso, a queima em grelhas é ineficiente e o carbono não reagido é incorporado às cinzas. Essa energia térmica perdida diminui os rendimentos térmicos do ciclo.
Com o desenvolvimento de caldeiras de leito fluidizado, esse efeito da queima da biomassa foi diminuído, bem como a energia térmica perdida na chaminé e nas
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0 10 20 30 40 50 Simulação I Simulação II Simulação III Simulação IV Simulação V Simulação VI Simulação VII Ef ici ên ci a (% ) Tax a (MMBtu /MWh )
58 cinzas. Por este motivo, a caldeira de leito fluidizado foi escolhida para esta simulação. No entanto, o programa parece ainda levar em conta a característica da biomassa como combustível, cujos inorgânicos ainda causariam o efeito de isolamento térmico na caldeira, levando a perdas significativas pela chaminé.
Na ITERF, inicialmente haveria só capim sendo digerido por digestão anaeróbia, gerando assim o biocarvão. A partir disso, a caldeira seria alimentada pelo mix de biocarvão e de capim elefante, conseguindo assim utilizar ambas as matérias primas e reutilizar o gás que seria inicialmente perdido.
Assim, levando em consideração os resultados das simulações e, considerando a energia perdida no gás de combustão e no combustível não queimado (cinza), foi possível calcular a energia térmica perdida nesses dois pontos do ciclo, que seria utilizada como parte da energia térmica para gerar os 459 kWe e, portanto, aumentaria o rendimento da planta que utiliza somente a herbácea.
Para isso, foram feitos os seguintes cálculos:
I. Cálculo da potência térmica gerada considerando a massa de capim elefante utilizada em um ano e o PCI da herbácea.
. . � ℎ � ℎ � , ��= . , �
II. Cálculo da energia térmica perdida na chaminé e na cinza.
, � − , � + � 3− � 3 = . . �ℎ
III. Cálculo da potência térmica gerada com a energia térmica recuperada, levando em consideração a energia térmica perdida no gás de combustão e no combustível não queimado.
. . �ℎ � ℎ = . , �
IV. Cálculo da nova potência térmica.
59 V. Cálculo do novo rendimento térmico do ciclo para a mesma potência
elétrica de 459 kWe.
�
. , � = , %
Comparando com o resultado de eficiência térmica do ciclo de 7,59% calculado pelo software, ao se considerar as perdas na chaminé e nas cinzas o rendimento térmico do ciclo quase dobrou, chegando a 16,86%.
Ainda assim, comparativamente, o rendimento térmico do ciclo para a simulação VII, em que se utiliza somente biocarvão, é muito maior, uma vez que o poder calorífico inferior dele é superior (24 MJ/kg) que o do capim elefante (18,4 MJ/kg) e pelo fato de não gerar inorgânicos que formam a fase vítrea nas tubulações, permitindo melhor aproveitamento da energia térmica gerada.
Ao se analisar os resultados financeiros, pôde-se perceber duas tendências, que são ilustrativamente apresentadas pelas figuras 16 e 18.
Quando o parâmetro leva em consideração a matéria prima, os valores vão diminuindo nas simulações com menor fração de capim elefante, visto que a quantidade necessária de matéria-prima a cada simulação é menor e o custo com o capim elefante é muito maior do que com biocarvão. Esse fenômeno está representado na figura 18 e a mesma tendência é observada nos seguintes parâmetros: custo nivelado de energia (LCOE) nominal e real, valor presente líquido e período de retorno. Seus gráficos podem ser vistos no apêndice C, figura 33 e nas figuras 17 e 18.
Ainda, observando o custo nivelado de energia, ao se comparar com as médias encontradas na literatura, sendo de 9,7 ₵ de dólar/kWhe de uma termoelétrica convencional de carvão mineral e de 9,1 ₵ de dólar/kWhe de uma termoelétrica à biomassa utilizando resíduos agrícolas, o custo nivelado de energia das simulações realizadas é mais baixo, independente da proporção de matéria prima utilizada, o que torna as plantas com mix de biocarvão e capim elefante atraentes ao mercado.
60 Quando as métricas financeiras não dependem da quantidade de biomassa utilizada, mas somente da energia elétrica gerada no ano um, as variações seguem a tendência da potência e não possuem variação significativa, conforme ilustra a figura 16. O mesmo acontece para as seguintes métricas: economia líquida, custo líquido de capital, capital próprio e débito. Seus gráficos podem ser vistos no apêndice C, figuras 34, 35 e 36.
Nas simulações, o SAM calcula o custo do primeiro ano de compra de eletricidade de um provedor de serviços de eletricidade para dois cenários, com e sem sistema de energia renovável e, em seguida, calcula a economia líquida, que é a diferença entre os dois. Para os custos sem sistema, em todas as simulações o valor é zero, uma vez que não haveria necessidade de compra para atender a instalação, visto que não há instalação. Já os custos com sistema são negativos, sendo que para esse projeto, toda a energia produzida em excesso foi vendida para a rede. Assim, a economia líquida é positiva, pois sem o sistema não haveria venda e com o sistema pode-se vender uma boa quantidade de energia.
Figura 16: Economia líquida e potência nas simulações.
Fonte: Elaboração própria.
Quando se compara a métrica de valor presente líquido nas simulações, a influência da quantidade e preço das matérias-primas utilizadas são cruciais, uma vez que esse parâmetro leva em conta os custos e a receita. Em geral, o índice de valor presente líquido positivo significa um projeto economicamente viável, enquanto um valor negativo indica um projeto economicamente inviável. A figura 17 apresenta os resultados do valor presente líquido para as simulações.
400 410 420 430 440 450 460 470 300000 310000 320000 330000 340000 350000 360000 370000 380000 Simulação I Simulação II Simulação III Simulação IV Simulação V Simulação VI Simulação VII Po tên ci a (kW e ) U SD
61 Figura 17: Valor presente líquido.
Fonte: Elaboração própria.
A partir da figura 17, pode-se concluir que, conforme se diminui a quantidade de biomassa e se utiliza maior quantidade de biocarvão, que possui um preço mais barato, o valor presente líquido vai aumentando, ou seja, a planta se torna mais lucrativa.
Ao analisar os períodos de retorno simples e com descontos, conforme mostra a figura 18, quando a fração de biocarvão aumenta e a de capim elefante diminui, o tempo de retorno reduz, uma vez que a quantidade necessária de matéria-prima a cada simulação é menor e o custo com o capim elefante é muito maior do que com biocarvão.
Figura 18: Período de retorno simples e com descontos nas simulações.
Fonte: Elaboração própria.
-600.000 -100.000 400.000 900.000 1.400.000 1.900.000 Simulação I Simulação II Simulação III Simulação IV Simulação V Simulação VI Simulação VII U SD
Valor presente líquido
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Simulação I Simulação II Simulação III Simulação IV Simulação V Simulação VI Simulação VII Período de retorno simples (anos) Período de retorno com descontos (anos)
62 O custo líquido de capital, o capital próprio e o débito são três métricas que só dependem do custo de instalação da planta, ou seja, o custo com matéria-prima e custos nos anos seguintes não influenciam esses parâmetros. Desta forma, em todas as simulações as variações não são significantes, são apenas por conta da variação da potência da planta. As figuras apresentadas no apêndice C apresentam os resultados destas três métricas detalhadamente.
Levando em consideração a projeção da energia elétrica anual nos 25 anos de funcionamento das plantas, todas as simulações têm a mesma tendência, gerando aproximadamente 2.000 MWh no ano 25 da planta, conforme pode ser observado nas figuras do apêndice A. Esse fato se dá pela degradação da planta, fixada em 3% ao ano por 10 anos, ser a mesma em todas as simulações e por todas terem a mesma faixa de potência, 459 kWe.
Já as projeções do fluxo de caixa são bastante divergentes, uma vez que o preço e quantidade de matéria-prima influenciam diretamente nos gastos da planta.
Na simulação I, a projeção apresenta uma queda brusca e alteração do fluxo de caixa para negativo com o passar dos anos, pois existe a depreciação da planta, tendo diminuição da energia gerada e grande gasto com o capim elefante, conforme se observa na figura 26 do apêndice B.
As simulações II e III apresentam queda do fluxo de caixa a partir do décimo ano, uma vez que existe a depreciação e o preço com a matéria-prima, entretanto, como a quantidade de capim elefante já não é tão grande, o gasto não é suficiente para deixar o fluxo de caixa negativo, conforme se observa nas figuras 27 e 28 do apêndice B.
A partir da quarta simulação, o gasto com capim elefante é menor e já não interfere no fluxo de caixa a ponto de diminuir o fluxo de caixa, tendo assim as plantas um bom lucro.
Pode-se perceber que em todas as simulações, a partir do décimo ano há um aumento no fluxo de caixa, conforme mostras as figuras do apêndice B. Esse aumento acontece pois o pagamento da dívida referente ao empréstimo termina
63 em 10 anos, o que permite as plantas aumentar o caixa com a finalização do financiamento.
Levando em conta todas as simulações realizadas a as análises abordadas acima, a planta que obteve melhor resultado foi a que utiliza apenas biocarvão, uma vez que durante os 25 anos gerou quantidade de energia elétrica igual às outras utilizando menor quantidade de matéria-prima, tendo menor taxa de calor e melhor eficiência térmica, melhor valor presente líquido, menores LCOE e período de retorno do investimento e um fluxo de caixa bastante consistente.
Apesar do melhor resultado na planta que utiliza somente biocarvão, o rendimento térmico calculado com o reaproveitamento da energia térmica perdida pelo gás de combustão na planta de capim elefante foi bastante positivo, uma vez que esse tipo de usina é comumente descartado pelo seu baixo rendimento.