Eficiência Energética na Iluminação Pública

Eficiência Energética na Iluminação Pública

Pedro Paulo dos Santos (LATEC/UFF)

ppsantos28@hotmail.com

Resumo: A iluminação pública tem papel de grande importância em uma sociedade, pois ela é

uma das responsáveis por promover a qualidade de vida em uma comunidade.

A segurança das áreas residenciais, bem como o desenvolvimento econômico de uma determinada região, com a atração de indústrias, comércio e turismo são alguns das ações permitidas por ela.

Com a inertização da geração de energia e a grande demanda da mesma nos últimos tempos, principalmente devido ao grande aumento populacional e grande consumo de aparelhos eletrônicos, vê-se a necessidade de criar meios e tecnologias para redução do consumo de energia.

No Brasil existe o Programa Nacional de Iluminação Pública e Sinalização Semafórica Eficiente, o PROCEL/RELUZ, este programa é voltado para área de eficiência energética em iluminação pública, e foi instituído pela Eletrobrás em 2000.

Segundo a Eletrobrás a iluminação pública no Brasil corresponde a aproximadamente 4,5% da demanda nacional e a 3,0% do consumo total de energia elétrica do país. O que equivale a uma demanda de 2,2 GW e a um consumo de 9,7 bilhões de kWh/ano (PROCEL/RELUZ, 2011). Hoje, estima-se que aproximadamente 63% das lâmpadas utilizadas na iluminação pública seja as de vapor de sódio, 31% vapor de mercúrio e os outros 6% distribuídos entre incandescente, fluorescente, multi-vapor metálico e outras. Até então as lâmpadas de vapor de sódio eram consideradas as mais eficientes, porém esta tecnologia pode ser considerada ultrapassada se comparada com os LEDs.

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1. Introdução

Cada vez mais a eficiência energética tem sido um meio necessário para se resolver as questões dos problemas de energia no país e no mundo, apesar de algumas pessoas ainda terem a visão de que a única forma de se ofertar energia é a construção de novas hidrelétricas, termelétricas e usinas nucleares. Estão à nossa disposição novas tecnologias que podem ser utilizadas para economizar e gerar energia, e essas serem disponibilizadas no sistema elétrico nacional.

O Plano Nacional de Eficiência Energética (PNEf), do Ministério de Minas e Energia, propõe em seu item de potencial de redução de consumo a substituição integral de todos os tipos de lâmpadas hoje existentes na iluminação pública, por lâmpadas de vapor de sódio. Considerando esta substituição pode-se verificar que existe na iluminação pública um potencial de redução de aproximadamente 9% da demanda e na economia de energia (MINISTÉRIO DAS MINAS E ENERGIA, 2010).

Quadro1: Quantidade e participação por tipo de lâmpada na iluminação pública no Brasil

QUANTIDADE PARTICIPAÇÃO Vapor de Sódio 9.294.611 62,9% Vapor de mercúrio 4.703.012 31,8% Multi-vapor metálico 108.173 0,7% Incandescentes 210.417 1,4% Mistas 328.427 2,2% Fluorescentes 119.535 0,8% Outras 5.134 0,03% TOTAL 14.769.309 --- Fonte: Eletrobrás/Procel,2008

3 Quadro2: Alternativas de substituição propostas

Tipo de Lâmpada Existente Alternativa de substituição proposta

Vapor de Mercúrio 80 W Vapor de Sódio 70 W

Vapor de Mercúrio 125 W Vapor de Sódio 100 W

Vapor de Mercúrio 250 W Vapor de Sódio 150 W

Vapor de Mercúrio 400 W Vapor de Sódio 250 W

Incandescente 100 W Vapor de Sódio 70 W

Incandescente 150 W Vapor de Sódio 70 W

Incandescente 200 W Vapor de Sódio 70 W

Mista 160 W Vapor de Sódio 70 W

Mista 200 W Vapor de Sódio 70 W

Mista 250 W Vapor de Sódio 70 W

Mista 500 W Vapor de Sódio 150 W

Fonte: Eletrobrás/Procel,2008

Existem aproximadamente 5.475.698 pontos de iluminação pública de acordo com as características da coluna 1 do quadro 1. Aplicando essas premissas de substituição de lâmpadas ao cadastro obtido em 2008, pode se chegar as estimativas apresentadas no quadro 3:

4 Quadro3: Dados do cadastro de Potencial Econômico

Cadastro de 2008

Potência total instalada 2.425 MW

Consumo total, calculada considerando 4.380h/ano

10.624 GWh/ano

Participação no consumo de energia elétrica 3,96% do total

faturado no Brasil

Fonte: ANEEL

Cenário Potencial Técnico (aplicando substituições propostas)

Nova potência instalada 2.217 MW

Consumo total, considerando 4.380h/ano 9.713 GWh/ano

Reduções Obtidas no Cenário Técnico

Potencial de redução de demanda de ponta 208 MW

Potencial de economia de energia 911 GWh/ano

Fonte: Eletrobrás/Procel,2008

1 – SITUAÇÃO PROBLEMA

Apesar do Plano de Nacional de Eficiência Energética (PNEf) ter como meta a troca de todos os tipos de lâmpadas hoje existentes na iluminação pública, pelas lâmpadas de vapor de sódio (LVS), pois essas podem gerar uma economia em torno de 9% da demanda e na economia de energia, podemos verificar que em uma das linhas de ação proposta pelo próprio plano nacional de eficiência energética esta a promoção de estudos de viabilidade de criação da indústria nacional de Light Emitting Diodes (LEDs), de alta potência para aplicação na iluminação pública.

Porém os custos para implantação da tecnologia LED são considerados altos. Haja vista que 80% dos municípios brasileiros estão em dívida com as distribuidoras, este fato pode dificultar o levantamento de recursos para a implantação de projetos de eficiência energética na iluminação pública (GESEL,2011).

5 2 . OBJETIVOS

A partir da definição da situação problema o objetivo geral deste trabalho é mostrar que existem tecnologias para utilizarmos na redução do consumo de energia da iluminação pública.

E para atingir esse objetivo demostrarei as vantagens e desvantagens da adoção da tecnologia Light Emitting Diodes (LEDs) e que esta tecnologia pode proporcionar melhores resultados quando comparados com as lâmpadas de vapor de sódio (LVS).

3. ESTRUTURA DO TRABALHO

Este estudo é uma análise comparativa de dois tipos de tecnologias viáveis para eficiência energética na iluminação pública, e tem o proposito de demonstrar quais vantagens uma tem sobre a outra.

O trabalho esta organizado em oito seções, iniciando pelo resumo onde é feito uma breve descrição da eficiência energética em iluminação pública no Brasil, a introdução onde está descrito o cenário atual da iluminação pública no Brasil, a situação problema onde apontamos o entrave para implantação da tecnologia estudada, a seguir o objetivo do trabalho, o referencial teórico onde veremos as vantagens e desvantagens de uma das tecnologias, a comparação entre as tecnologias que são os objetos de nosso estudo, e em seguida o resultado, a conclusão e as referências bibliográficas.

3 – REFERENCIAL TEÓRICO

3.1 - LEDS – VANTAGENS E DESVANTAGENS

Hoje, no Brasil, temos aproximadamente 10 milhões de pontos de iluminação funcionando com lâmpadas de vapor de sódio (LVS), isso corresponde a aproximadamente 63% do total de pontos existentes. Se comparado com os LEDs, essa tecnologia pode ser considerada ultrapassada, já que os LEDs têm uma vida útil que corresponde a mais do dobro das LVS, cerca de 50.000 horas, e ainda possui um baixo consumo de energia, que pode chegar a uma redução 50% menor que as LVS.

6 Segundo Novick & Martinez (2008) levando-se em conta que o consumo diário para iluminação pública é de 11 a 12 horas e que estas lâmpadas têm uma vida útil de aproximadamente 50.000 horas, a necessidade de substituição seria de pelo menos 12 anos, o que proporciona um baixo custo na manutenção e na substituição. Já as LVS tem uma vida útil de aproximadamente 24.000 horas o que levaria a ter uma substituição a cada 6 anos.

Além de ter uma vida útil maior e um menor consumo de energia pode-se dizer também que as lâmpadas de LED proporcionam maior segurança, já que por operarem em baixa tensão os riscos de acidentes diminuem. Também não emitem radiação ultravioleta, evitando a atração de insetos à luminária e sua degradação, não possui substâncias perigosas, possui uma resistência maior a impactos e vibrações, e por sua iluminação ser direcionada ela contribui para diminuição da poluição luminosa, e ainda pode ser considerado um estimulo à pesquisa e inovação.

Por operarem em baixa tensão os LEDs trabalham com tensões e correntes contínuas, podendo assim dispensar o auxílio da corrente elétrica e utilizar baterias eletroquímicas. Isso pode possibilitar que os projetos atuais para iluminação em vias públicas integrem uma fonte eólica ou fotovoltaica aos postes. Isso tornaria possível prover iluminação para as cidades e rodovias que não têm linhas de transmissão.

Ainda de acordo com o exposto por Novick & Martinez (2008), os LEDs também possuem algumas desvantagens, como a temperatura, o custo de implantação elevado, como toda nova tecnologia, e o alto investimento em dispositivos de segurança para evitar danos que podem danificar as luminárias de LED devido aos eventuais distúrbios no sistema elétrico.

Apesar dos custos para implantação de sistemas de iluminação pública com LEDs ainda serem maiores que os da LVS, este cenário pode mudar, com o incentivo de políticas públicas voltadas para esta área e que permitam o desenvolvimento de tecnologia e ganho de escala.

De toda energia gerada pelas centrais elétricas 3% é consumida pela atual configuração iluminação pública no Brasil, a substituição do modelo existente pela tecnologia LED significaria uma menor queima de combustíveis fosseis, madeira consumida e CO2 lançado no ar.

7 "A iluminação de casas e ruas está no topo da lista de emissão de gás carbônico no planeta. Os LEDs são uma possibilidade para reduzir isso", diz s Berthold Velthuis, gerente de produtos da multinacional Philips. (REVISTA ÉPOCA,2006)

3.2 – COMPARAÇÃO ENTRE LVS E LED

O laboratório de luminotécnica do LATEC (Instituto de Tecnologia para Desenvolvimento) na Universidade Federal do Pará realizou um ensaio das luminárias para a coleta de seus dados, as lâmpadas utilizadas nesse ensaio foram as seguintes: Vapor de Sódio 70W, HB-LED (Protótipo), BBE LU2, Leotek SL 75W e Shenzhen SSTL-05

Quadro 4: Comparativo de luminárias

Dados Técnicos VS 70W HB-LED

Protótipo BBE LU2 Leotek SL 75W Shenzhen SSTL-05 Potência (W) 84 39,8 66 48 50 Fluxo Luminoso (lm) 3.500 612 4.200 3.200 3.000 Eficiência (lm/W) 42 15,4 63,6 66,7 60 Vida Mediana (horas) 24.000 50.000 50.000 50.000 50.000 Temp. Cor (K) 1900 5.126 3.000 7.000 5.500 5.000

Fonte: Novick & Martinez (2008)

A partir deste quadro comparativo podemos reafirmar a informação descrita no item 3.1 deste trabalho, a vida mediana de uma LED é de 50.000 horas e o consumo diário na iluminação pública é de 11 a 12 horas, o que nos leva a ter um tempo de operação desta lâmpada de aproximadamente 12 anos. Já a LVS tem uma vida mediana de 24.000 horas e também utilizando o consumo diário de 11 a 12 horas temos um tempo de operação desta lâmpada de aproximadamente 6 anos, ou seja, a metade do tempo de uma LED, o que automaticamente reduz o tempo de necessidade da substituição delas.

A potência (W) que é a grandeza que determina a quantidade de energia concedida por uma fonte a cada unidade de tempo foi menor entre as LEDs do que nas LVS.

8 A eficiência luminosa (lm/w) que é um indicador de eficiência utilizado para avaliar o rendimento da conversão de energia em luz por uma determinada fonte luminosa foi maior entre as LEDs do que a LVS, com exceção da HB- LED (Protótipo).

Em relação ao fluxo luminoso (lm), que é a radiação total emitida em todas as direções por uma fonte luminosa que pode produzir estímulo visual, as LEDs, com exceção do modelo BBE LU2, foi menor que as LVS.

Em relação a temperatura de cor, que expressa a aparência de cor da luz emitida pela fonte de luz a das LEDs são muito superios as das LVS, com isso podemos afirmar que as LEDs podem ser classificadas como “super branca” o que torna o ambiente mais estimulante.

O melhor desempenho entre todas as LEDs que foram comparadas com a LVS 70W, foi a o “LED Leotek SL 75W”, como se vê a seguir:

a) Eficiência de aproximadamende 67 lúmenes, ante 42 lúmenes da tradicional LVS;

b) Potência requerida de 48W, quase 50% inferior a LVS que requer 84W;

c) Potencial de redução da demanda no horário de ponta de 312 MW, ante 208 MW das LVS;

d) Potencial de economia de energia de 1.366GWh/ano, ante 911 GWh/ano da LVS. (NOVICK & MARTINEZ,2008).

Diante dos resultados aferidos por Novick & Martinez (2008), podemos destacar os principais benefícios indicados pelo Operador Nacional do Sistema (ONS), decorrentes da redução da demanda no horário de ponta, fator sempre crítico para um sistema elétrico:

a) Investimento evitado na expansão da geração;

9 c) Economia de combustível na geração térmica, possibilitando redução das emissões de CO2 e da tarifa ao consumidor;

d) Possibilita ao Operador Nacional do Sistema otimizar a gestão do despacho de energia, que deve, entre outras condicionantes, seguir o critério de atender a demanda ao menos custo operacional possível, com garantia dos padrões de segurança e qualidade, conforme a Lei 9.648/98, regulamentada pelo Decreto 2.655/98.

3.3 – LEDS NO BRASIL

A COPEL – Companhia Paranaense de Energia - possui diversos projetos de eficiência energética envolvendo o uso de LEDs. Um deles é Eficientização Energética do Sistema de Sinalização Semafórica de Curitiba, que tem como objetivo combater o desperdício de energia elétrica, através da substituição de 30087 lâmpadas incandescentes de baixa eficiência utilizada no sistema de sinalização semafórica, por 30087 conjuntos de alta eficiência luminosa desenvolvidos com tecnologia LED, a energia economizada será de aproximadamente 7.164,52 MWh/ano. A aplicação de equipamentos mais eficientes proporcionará a melhoria do nível de iluminamento, contribuindo para o aumento da confiabilidade do sistema e a melhoria das condições de trânsito.

O projeto possibilitou a COPEL atender novos consumidores sem investimentos adicionais, postergando investimentos em sistemas de geração, transmissão e distribuição;

O uso de lâmpadas a LED, devido a sua vida útil, reduz de forma sensível as intervenções nas manutenções convencionais, reduzindo consequentemente os altos custos com serviços especializados. O custo de energia economizado vai ser aproximadamente de 166,65 R$/MW. Ano. (COPEL/2011).

A COPEL ainda tem outros projetos de implantação de LEDs no sistema de sinalização semafórica nas cidades de Maringá, Londrina, São José dos Pinhais, Apucarana, Cascavel e Ponta Grossa.

Diversos outros projetos de implantação de LED estão sendo feitos em várias cidades do Brasil, como no Rio de Janeiro, São Paulo, Niterói, Santos, Búzios.

10 No Rio de Janeiro, o Cristo Redentor e a Catedral Metropolitana foram iluminados por LEDs através de uma parceria com a Rio Luz e uma empresa privada. Além dos LEDs Não conterem material pesado que possam ser maléficos tanto aos seres humanos quanto a natureza, são extremamente eficientes sob aspecto energético. O consumo no Cristo Redentor que era equivalente a 40 chuveiros residências, agora não será maior do que o de dois chuveiros elétricos, ou seja, ou seja, trata-se de uma obra extremamente sustentável (OSRAM, 2011).

Segundo a os resultados divulgados pela PROCEL RELUZ, em 2011, o total de economia de energia elétrica e de redução de demanda no horário de ponta, decorrente das ações desenvolvidas no âmbito deste programa, correspondeu a 58,03 milhões de kWh e 13.213kW, respectivamente.

Tais resultados foram oriundo da substituição de mais de 223 mil pontos de iluminação pública em 65 municípios, distribuídos em 8 estados brasileiros. A substituição desses pontos envolveu investimentos de aproximadamente R$ 91 milhões, valor 176% superior aos recursos de 2010.

Além do financiamento de projetos para modernização dos sistemas de iluminação pública e de semáforos destacou-se a indicação do Procel Reluz aos 10 finalistas do “Prêmio Green Best" de 2011, que é o maior prêmio de sustentabilidade realizado na internet.

Também foi divulgada pela PROCEL RELUZ a ação que trata do convênio com a Universidade Federal de Juiz de Fora – UFJF para avaliação de um sistema piloto de iluminação pública com lâmpadas LED, contemplando, ainda, a análise de componentes, a reprodução em laboratório de determinados itens do sistema e a análise de desempenho elétrico e luminotécnico da instalação ao longo dos próximos anos. Em 2011, foram realizados diversos ensaios em laboratório de luminárias LED, garantindo assim os parâmetros mínimos de qualidade do produto.

11 4 – RESULTADOS

Com os problemas de falta de energia que já atingiram o Brasil e os que ainda podem vir, principalmente por causa do excesso do consumo de energia advindos do aumento da população, consumismo exagerado e pela falta de chuva, e somando-se a isso o fato de que as usinas não estão dando conta da demanda atual de energia. Temos que nos preocupar mais com a eficiência energética, aproveitar que hoje em dia já temos a nossa disposição métodos e tecnologias para que possamos otimizar o uso das fontes e energia tendo a mesma quantidade de valor energético. Caso contrário, poderemos ter novamente apagões como os ocorridos entre 2001 e 2002.

O projeto de Eficientização Energética do Sistema de Sinalização Semafórica de Curitiba, realizado pela COPEL, teve inicialmente um investimento previsto de R$ 9.883.821,52, porém o valor do investimento realizado foi de R$ 7.547.579,56, após o projeto todo implantado a energia economizada será de 7164,52 MWh/ano, com um custo de energia economizada de 166,56 (R$/MWh.ano), isto significa que em aproximadamente 7 anos a soma da economia gerada irá pagar integralmente o projeto, daí se vê que o projeto possui viabilidade econômica.

Foram descritas as vantagens e desvantagens da utilização da tecnologia Light Emitting Diodes (LED) e foram feitas algumas comparações com as lâmpadas de vapor de sódio, que são atualmente o tipo de lâmpada mais utilizado na iluminação pública no Brasil. O Plano Nacional de Eficiência Energética (PNEf) têm como alternativa a substituição de todas as lâmpadas de vapor de mercúrio, multi vapor metálico, incandescente, fluorescente e mista pela de vapor de sódio. Porém após a análise feita, inclusive utilizando como base alguns projetos já feitos no Brasil, verificamos que esta substituição poderia ser realizada com as lâmpadas de LED.

5 - CONCLUSÃO

O objetivo deste estudo foi mostrar as vantagens e desvantagens da utilização da tecnologia LED na iluminação pública, e fazer uma comparação com as lâmpadas de vapor de sódio (LVS).

A substituição integral pelas lâmpadas de vapor de sódio realmente demonstram uma significante redução de consumo de energia para iluminação pública, porém nesta comparação verificamos que as LEDs têm mais vantagens que as LVS, não só na parte econômica, mais também na ambiental.

12 Ações com utilização de lâmpadas de LED já existem no Brasil, como vimos nos cases do Cristo Redentor e da COPEL, porém este número ainda é muito tímido em relação aos benefícios que esta tecnologia pode nos proporcionar.

Os resultados dessa análise comparativa podem ser utilizados para desenvolver essa questão e ampliar as discussões e reflexões inclusive em nível de política pública sobre o uso dos LEDs em nossa iluminação pública.

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