O POTENCIAL DO CONSUMO DE GÁS NATURAL PELO SETOR INDUSTRIAL NO BRASIL
Paulo Marcelo de Figueiredo Montes
TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM PLANEJAMENTO ENERGÉTICO
Aprovada por:
_________________________________________ Prof. Roberto Schaeffer, Ph.D.
_________________________________________ Prof. Maurício Tiomno Tolmasquim, D. Sc.
_________________________________________ José Cesário Cecchi, D. Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL. MARÇO DE 2000
ii
Às minhas filhas Ana Beatriz e Ana Clara
À minha esposa Fátima
iii
AGRADECIMENTO
À minha esposa Fátima, pelo apoio recebido, sem o qual teria sido impossível concluir o mestrado.
Às minhas filhas, pelas muitas horas de convívio roubadas durante as suas infâncias. À minha mãe, pela persistência nos meus primeiros passos nos estudos; eu sei que eu não era fácil.
Ao meu pai, pela orientação profissional segura durante a minha adolescência.
Ao meu orientador Professor Roberto Schaeffer, pela Paciência interminável e pela confiança depositada em mim.
Aos Engenheiros Ramos e Hélio Guedes da PETROBRAS/SEGEN/COERJES, que me apoiaram na idéia de fazer o mestrado.
Ao Economista Paulo Roberto da PETROBRAS/SERPLAN e aos meus amigos Antenor e Marcelo Ramos, pelo incentivo inicial para que eu fizesse o mestrado.
Ao Engenheiro Mauro Loureiro do SEGEN/GASBOL/COPROM/COMON, meu chefe imediato, pelo apoio recebido ao longo dos últimos três anos.
Ao Engenheiro Marcelo Renno do SEGEN/GASBOL/COPROM, pelas nossas conversas iniciais, que definiram o tema da tese.
A todos os colegas do GASBOL que direta ou indiretamente me apoiaram na realização da Tese, em especial ao Edwin, José Eduardo, Cátia, Ana Cristina, Simone e Marco. Ao Professor Legey da COPPE/PPE e ao Fernando Torres da Petrobrás Distribuidora, pela ajuda com a parte estatística da tese.
À acolhida dos Professores, funcionários e Alunos do Programa de Planejamento Energético da COPPE/UFRJ, em especial ao Jéferson, Janaína e Aline.
iv
MONTES, PAULO MARCELO DE F. MONTES. O Potencial de Consumo de Gás Natural Pelo Setor Industrial no Brasil [Rio de Janeiro] 2000 IX, 366p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, M. Sc., Planejamento Energético, 2000)
Tese - Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE.
1.Gás Natural 2.Matriz Energética 3.Potencial de Consumo
v
Resumo da tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre em Planejamento Energético (M.Sc.)
O POTENCIAL DO CONSUMO DE GÁS NATURAL PELO SETOR INDUSTRIAL NO BRASIL
Paulo Marcelo de Figueiredo Montes Março/2000
Orientador: Roberto Schaeffer
Programa: Planejamento Energético
O objetivo desta dissertação é avaliar o potencial de Consumo de Gás Natural pelo Setor Industrial no Brasil no período 1998-2010, procurando estimar os ganhos de eficiência energética devidos a uma maior utilização do gás natural, o potencial para introdução de sistemas de cogeração de energia elétrica/calor e alguns benefícios ambientais obtidos devido à baixa emissão de poluentes na queima de gás.
A avaliação do consumo foi realizada através de um modelo analítico de previsão, baseado em três vetores: Indicadores de consumo específico de energia por tipo de consumo (força motriz, calor de processo, aquecimento direto, iluminação, eletroquímica e outras), projeções de produção física dos diversos sub setores da Indústria do país e Coeficientes de substituição inter combustíveis para o gás natural.
Como parâmetro de comparação, foram propostas três hipóteses de consumo de gás natural: crescimento vegetativo sem substituição inter combustíveis, crescimento com substituição intercombustíveis equiparando-se o consumo Brasileiro ao consumo médio dos países da OCDE - União Européia e crescimento com substituição total inter combustíveis, ou seja, uso do gás natural sempre que tecnicamente possível.
Os resultados indicam que o consumo para as hipóteses: crescimento vegetativo, OCDE - União Européia e substituição total; atingem respectivamente em 2010 um volume de aproximadamente 8,7, 11,6 e 51,3 milhões de Nm3/dia. A eficiência energética no setor Industrial Brasileiro sofre uma pequena melhora para as hipóteses OCDE-União Européia e substituição total, passando de 43% para 45% e 49% respectivamente.
vi
Abstract of Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)
NATURAL GAS POTENCIAL CONSUMPTION BY INDUSTRIAL SECTOR IN BRAZIL
Paulo Marcelo de Figueiredo Montes March/2000
Advisor: Roberto Schaeffer
Department: Energetic Planning
The purpose of this thesis is to evaluate the potential consumption of natural gas by Brazilian industrial sector over the period from 1998 to 2010, trying to estimate the efficiency energetic gains on account of a greater use of natural gas, the potential for introduction of co-generation systems (electricity and heat) and some environmental benefits due the low emission of pollutants in the burning of natural gas.
The consumption evaluation was made through an analytical pattern projection, based on three vectors: Indicators of specific energy consumption by a certain type of consumption (motor power, process heat, direct heating, lighting, electrochemical and other), physical production projections of the different sub-sectors of the country industry and the inter-fuel coefficient of substitution for natural gas.
As a parameter for comparison, are proposed three hypothesis of natural gas consumption: vegetative growth with no inter-fuel substitution, growth with inter-fuel substitution, leveling the Brazilian consumption to the average consumption of the OCDE – Europe Union and the growth with total inter-fuel substitution, that is, use of natural gas always that technically possible.
The results indicated that consumption for the hypothesis vegetative growth, OCDE – Europe Union and total inter-fuel substitution, reaches respectively a volume of approximately 8.7, 11.6 and 51,3 million Nm3/day. The energetic efficiency in Brazilian industrial sector under goes a slight improvement for hypothesis OCDE – Europe Union and total inter-fuel substitution, from 43% to 45% and 49% respectively.
vii
SUMÁRIO
APRESENTAÇÃO...…....1
1.INTRODUÇÃO...……..3
2.PARTICIPAÇÃO DO GÁS NATURAL NA MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA E MUNDIAL...…...5
2.1-Breve Histórico da Indústria do Gás Natural...5
2.2-Conjuntura Atual da Indústria do Gás Natural no Brasil...6
2.3-Características do Gás Natural e suas Formas de Utilização...7
2.4-Participação do Gás Natural como Energia Primária no Mundo...8
2.5- Participação do Gás Natural como Energia Primária no Brasil...9
2.6-Reservas, Produção e Consumo de Gás Natural no Mundo...10
2.7-Reservas, Produção e Consumo de Gás Natural no Brasil...10
2.8-Distribuição do Consumo de Gás Natural...….11
3.MODELO DE PROJEÇÃO DE CONSUMO DE GÁS NATURAL PARA A INDÚSTRIA BRASILEIRA...…13
3.1-Definições Básicas...…13
3.2-Estudos Precedentes...…….15
3.3-Principais Fontes de Dados do Modelo...…...17
3.4-Metodologia Utilizada na Projeção da Produção Física dos Sub Setores...17
3.5-Metodologia Utilizada na Análise e Síntese da Energia...20
3.6-Limites do Modelo e Fontes de Erro...…23
3.7-Hipóteses de Consumo de Gás Natural...…24
3.8-Metodologia Utilizada na Comparação entre os Dados da Agencia Internacional de Energia e os Dados do Balanço Energético Nacional...…25
3.9-Metodologia Utilizada para Converter os Dados do Anuário da AIE, Estatísticas de Energia dos Países da OCDE, para Tonelada Equivalente de Petróleo (tEP)...27
viii
3.10-Metodologia Utilizada no Cálculo das Emissões Líquidas de CO2...……29
3.11-Metodologia Utilizada na Avaliação do Potencial de Cogeração...30
4-IMPLICAÇÕES DO AUMENTO DE CONSUMO DE GÁS NATURAL PELO SETOR INDUSTRIAL...…31
4.1-Cimento...…31
4.2-Ferro Gusa e Aço...…43
4.3-Ferro Ligas...…55
4.4-Mineração...66
4.5-Pelotização...…77
4.6-Não Ferrosos e Outros da Metalurgia...89
4.7-Alumínio...101 4.8-Químico...113 4.9-Alimentos e Bebidas...125 4.10-Açúcar...…136 4.11-Têxtil...…146 4.12-Papel e Celulose...158 4.13-Cerâmica...170
4.14-Outros sub setores da Indústria...182
4.15-Total da Indústria...192
4.16-Comparação entre o Perfil de Consumo do Brasil e da OCDE-EU...…..199
5 – CONSIDERAÇÕES FINAIS E CONCLUSÕES...224
6 – BIBLIOGRAFIA...…234
ix
ÍNDICE DE GRÁFICOS
4.1.1-Série Anual do Sub Setor Cimento...35
4.1.2-Regressão do Sub Setor Cimento...36
4.1.3-Valor Unitário do Sub Setor Cimento...37
4.1.4-Indicadores Energéticos do Sub Setor Cimento...38
4.1.5-Eficiência Energética por combustível do Sub Setor Cimento...…..39
4.1.6-Eficiência Energética por Forma de Uso do Sub Setor Cimento...40
4.1.7-Perfil de Cogeração do Sub Setor Cimento...41
4.1.8-Emissões Líquidas do Sub Setor Cimento...42
4.2.1-Série Anual do Sub Setor Ferro Gusa e Aço...47
4.2.2-Regressão do Sub Setor Ferro Gusa e Aço...48
4.2.3-Valor Unitário do Sub Setor Ferro Gusa e Aço...49
4.2.4-Indicadores Energéticos do Sub Setor Ferro Gusa e Aço...…50
4.2.5-Eficiência Energética por combustível do Sub Setor Ferro Gusa e Aço...51
4.2.6-Eficiência Energética por Forma de Uso do Sub Setor Ferro Gusa e Aço...52
4.2.7-Perfil de Cogeração do Sub Setor Ferro Gusa e Aço...53
4.2.8-Emissões Líquidas do Sub Setor Ferro Gusa e Aço...54
4.3.1-Série Anual do Sub Setor Ferro Ligas...58
4.3.2-Regressão do Sub Setor Ferro Ligas...…59
4.3.3-Valor Unitário do Sub Setor Ferro Ligas...….60
4.3.4-Indicadores Energéticos do Sub Setor Ferro Ligas...….61
4.3.5-Eficiência Energética por combustível do Sub Setor Ferro Ligas...62
4.3.6-Eficiência Energética por Forma de Uso do Sub Setor Ferro Ligas...63
4.3.7-Perfil de Cogeração do Sub Setor Ferro Ligas...…64
4.3.8-Emissões Líquidas do Sub Setor Ferro Ligas...65
4.4.1-Série Anual do Sub Setor Mineração...69
4.4.2-Regressão do Sub Setor Mineração...70
4.4.3-Valor Unitário do Sub Setor Mineração...71
x
4.4.5-Eficiência Energética por combustível do Sub Setor Mineração...….73
4.4.6-Eficiência Energética por Forma de Uso do Sub Setor Mineração...74
4.4.7-Perfil de Cogeração do Sub Setor Mineração...75
4.4.8-Emissões Líquidas do Sub Setor Mineração...76
4.5.1-Série Anual do Sub Setor Pelotização...….81
4.5.2-Regressão do Sub Setor Pelotização...….82
4.5.3-Valor Unitário do Sub Setor Pelotização...83
4.5.4-Indicadores Energéticos do Sub Setor Pelotização...84
4.5.5-Eficiência Energética por combustível do Sub Setor Pelotização...…85
4.5.6-Eficiência Energética por Forma de Uso do Sub Setor Pelotização...86
4.5.7-Perfil de Cogeração do Sub Setor Pelotização...87
4.5.8-Emissões Líquidas do Sub Setor Pelotização...88
4.6.1-Série Anual do Sub Setor Não Ferrosos e outros da Metalurgia...93
4.6.2-Regressão do Sub Setor Não Ferrosos e outros da Metalurgia...94
4.6.3-Valor Unitário do Sub Setor Não Ferrosos e outros da Metalurgia...95
4.6.4-Indicadores Energéticos do Sub Setor Não Ferrosos e outros da Metalurgia...96
4.6.5-Eficiência Energética por combustível do Sub Setor Não Ferrosos e outros da Metalurgia...…97
4.6.6-Eficiência Energética por Forma de Uso do Sub Setor Não Ferrosos e outros da Metalurgia...…98
4.6.7-Perfil de Cogeração do Sub Setor Não Ferrosos e outros da Metalurgia...99
4.6.8-Emissões Líquidas do Sub Setor Não Ferrosos e outros da Metalurgia...100
4.7.1-Série Anual do Sub Setor Alumínio...105
4.7.2-Regressão do Sub Setor Alumínio...106
4.7.3-Valor Unitário do Sub Setor Alumínio...107
4.7.4-Indicadores Energéticos do Sub Setor Alumínio...108
4.7.5-Eficiência Energética por combustível do Sub Setor Alumínio...….109
4.7.6-Eficiência Energética por Forma de Uso do Sub Setor Alumínio...110
4.7.7-Perfil de Cogeração do Sub Setor Alumínio...111
xi
4.8.1-Série Anual do Sub Setor Químico...117
4.8.2-Regressão do Sub Setor Químico...118
4.8.3-Valor Unitário do Sub Setor Químico...119
4.8.4-Indicadores Energéticos do Sub Setor Químico...120
4.8.5-Eficiência Energética por combustível do Sub Setor Químico...…..121
4.8.6-Eficiência Energética por Forma de Uso do Sub Setor Químico...122
4.8.7-Perfil de Cogeração do Sub Setor Químico...123
4.8.8-Emissões Líquidas do Sub Setor Químico...124
4.9.1-Série Anual do Sub Setor Alimentos e Bebidas...128
4.9.2-Regressão do Sub Setor Alimentos e Bebidas...129
4.9.3-Valor Unitário do Sub Setor Alimentos e Bebidas...130
4.9.4-Indicadores Energéticos do Sub Setor Alimentos e Bebidas...…131
4.9.5-Eficiência Energética por combustível do Sub Setor Alimentos e Bebidas...132
4.9.6-Eficiência Energética por Forma de Uso do Sub Setor Alimentos e Bebidas...133
4.9.7-Perfil de Cogeração do Sub Setor Alimentos e Bebidas...134
4.9.8-Emissões Líquidas do Sub Setor Alimentos e Bebidas...…135
4.10.1-Série Anual do Sub Setor Açúcar...139
4.10.2-Regressão do Sub Setor Açúcar...140
4.10.3-Valor Unitário do Sub Setor Açúcar...141
4.10.4-Indicadores Energéticos do Sub Setor Açúcar...142
4.10.5-Eficiência Energética por combustível do Sub Setor Açúcar...143
4.10.6-Eficiência Energética por Forma de Uso do Sub Setor Açúcar...144
4.10.7-Perfil de Cogeração do Sub Setor Açúcar...145
4.11.1-Série Anual do Sub Setor Têxtil...150
4.11.2-Regressão do Sub Setor Têxtil...151
4.11.3-Valor Unitário do Sub Setor Têxtil...152
4.11.4-Indicadores Energéticos do Sub Setor Têxtil...153
4.11.5-Eficiência Energética por combustível do Sub Setor Têxtil...154
4.11.6-Eficiência Energética por Forma de Uso do Sub Setor Têxtil...155
xii
4.11.8-Emissões Líquidas do Sub Setor Têxtil...157
4.12.1-Série Anual do Sub Setor Papel e Celulose...162
4.12.2-Regressão do Sub Setor Papel e Celulose...163
4.12.3-Valor Unitário do Sub Setor Papel e Celulose...164
4.12.4-Indicadores Energéticos do Sub Setor Papel e Celulose...165
4.12.5-Eficiência Energética por combustível do Sub Setor Papel e Celulose...166
4.12.6-Eficiência Energética por Forma de Uso do Sub Setor Papel e Celulose...167
4.12.7-Perfil de Cogeração do Sub Setor Papel e Celulose...168
4.12.8-Emissões Líquidas do Sub Setor Papel e Celulose...169
4.13.1-Série Anual do Sub Setor Cerâmica...174
4.13.2-Regressão do Sub Setor Cerâmica...175
4.13.3-Valor Unitário do Sub Setor Cerâmica...176
4.13.4-Indicadores Energéticos do Sub Setor Cerâmica...177
4.13.5-Eficiência Energética por combustível do Sub Setor Cerâmica...178
4.13.6-Eficiência Energética por Forma de Uso do Sub Setor Cerâmica...179
4.13.7-Perfil de Cogeração do Sub Setor Cerâmica...180
4.13.8-Emissões Líquidas do Sub Setor Cerâmica...181
4.14.1-Série Anual do Sub Setor outras Indústrias...185
4.14.2-Regressão do Sub Setor outras Indústrias...186
4.14.3-Intensidade Energética do Sub Setor outras Industrias...187
4.14.4-Eficiência Energética por combustível do Sub Setor outras Indústrias...188
4.14.5-Eficiência Energética por Forma de Uso do Sub Setor outras Indústrias...189
4.14.6-Perfil de Cogeração do Sub Setor outras Indústrias...190
4.14.7-Emissões Líquidas do Sub Setor outras Indústrias...191
4.15.1-Intensidade Energética no Setor Industrial...194
4.15.2-Eficiência Energética por combustível do Setor Industrial...195
4.15.3-Eficiência Energética por Forma de Uso do Setor Industrial...196
4.15.4-Perfil de Cogeração do Setor Industrial...197
xiii
4.16.1-Perfil Energético do Sub Setor não Metálicos (Cimento e Cerâmica)...204
4.16.2-Distribuição de Energéticos do Sub Setor não Metálicos (Cim. e Cer.)...205
4.16.3-Perfil Energético do Sub Setor Ferro Gusa, Aço e Ligas...206
4.16.4-Distribuição de Energéticos do Sub Setor Ferro Gusa, Aço e Ligas...207
4.16.5-Perfil Energético do Sub Setor Mineração incluindo Pelotização...208
4.16.6-Distribuição de Energéticos do Sub Setor Mineração incluindo Pelotização...209
4.16.7-Perfil Energético do Sub Setor Não Ferrosos e outros da Metalurgia incluindo Alumínio...210
4.16.8-Distribuição de Energéticos do Sub Setor Não Ferrosos e outros da Metalurgia incluindo Alumínio...211
4.16.9-Perfil Energético do Sub Setor Química...212
4.16.10-Distribuição de Energéticos do Sub Setor Química...213
4.16.11-Perfil Energético do Sub Setor Alimentos e Bebidas incluindo Açúcar...214
4.16.12-Distribuição de Energéticos do Sub Setor Alim. e Beb. Incluindo Açúcar...215
4.16.13-Perfil Energético do Sub Setor Têxtil...216
4.16.14-Distribuição de Energéticos do Sub Setor Têxtil...217
4.16.15-Perfil Energético do Sub Setor Papel e Celulose...218
4.16.16-Distribuição de Energéticos do Sub Setor Papel e Celulose...219
4.16.17-Perfil Energético do Sub Setor outras Indústrias...220
4.16.18-Distribuição de Energéticos do Sub Setor outras Indústrias...221
4.16.19-Perfil Energético do Setor Industrial...222
xiv
ÍNDICE DE QUADROS:
A- Evolução do Produto Interno Bruto Brasileiro 1974-1998 B- Projeção do Produto Interno Bruto Brasileiro 1999-2010
C- Regressão Linear entre o Produto Interno Bruto e a Produção Física D- Erros Padrões da Regressão Linear
E- Evolução da Energia Final por Sub Setor e Total da Indústria Brasileira 1974-1997 F- Projeção da Energia Final por Sub Setor e Total da Indústria Brasileira 1998-2010 G- Tabela Comparativa da Eficiência Energética entre o Ano de Referência (1997) e as
Três Hipóteses Alternativas para os Sub Setores e Total da Indústria Brasileira por Tipo de Combustível e Forma de Utilização
H- Tabela Comparativa do Perfil do Consumo Energético entre o Ano de Referência (1997), as Três Hipóteses Alternativas e as Estatísticas da OCDE-EU-1996 para os Sub Setores e Total da Indústria Brasileira por Tipo de Combustível
I- Tabela Comparativa do Potencial de Cogeração para o Ano de Referência e as Três Hipóteses Alternativas
J- Tabela de Transformação das Estatísticas da OCDE para a Metodologia do Balanço Energético Nacional
K- Tabelas Sumário da Produção Física de alguns Sub Setores
L- Tabela Comparativa das Emissões Líquidas de CO2 para o Ano de Referência e as
xv
ÍNDICE DE TABELAS:
2.1-Participação do Gás Natural na Matriz Energética Mundial...8
2.2-Participação do Gás Natural na Matriz Energética Brasileira Ano a Ano...9
2.3-Reservas, Produção e Consumo Mundial de Gás Natural...10
2.4-Reservas, Produção e Consumo de Gás Natural no Brasil Ano a Ano...11
2.5-Distribuição do Consumo de Gás Natural Ano a Ano...12
3.1-Coeficientes de Correlação entre o PIB Industrial e os PIB’s Setoriais...18
3.2-Tabela dos Coeficientes de Correlação entre o PIB e a Produção Física...19
3.3-Funções de Projeção de Produção Física...19
3.4-Perfil de Consumo em MtEP dos Sub Setores da Industria da OCDE-EU...28
3.5-Coeficientes de Conversão da Tonelada Equivalente de Petróleo para CO2...29
5.1-Eficiência Energética por Sub Setor da Industria...226
5.2-Participação do Gás Natural na Energia Final por Sub Setor da Industria...227
5.3-Emissões Líquidas Totais de CO2 por Sub Setor da Industria...228
5.4-Relação Energia Elétrica por Calor de Processo por Sub Setor...229
5.5-Taxa Prevista de Crescimento Anual do Gás Natural na Industria...230
5.6-Consumo Previsto de Gás Natural por Sub Setor em Milhões de Nm3/dia...231
1
APRESENTAÇÃO:
Com a entrada em operação do Gasoduto Bolívia Brasil em fevereiro de 1999, o país finalmente passou a dispor de suprimentos de gás natural em quantidades significativas, atingindo, assim, uma escala economicamente competitiva neste tipo de energético. É natural que a disponibilidade de gás natural em grandes quantidades traga questionamentos quanto a sua utilização final. O principal motivo é a grande flexibilidade técnica que o gás natural permite no seu uso, podendo substituir a biomassa, vários derivados do petróleo e mesmo deslocar a hidroeletricidade em aplicações industriais (cogeração e termeletricidade). A sua característica de energético “verde” também contribui fortemente para aumentar esta expectativa, principalmente nos grandes centros urbanos com problemas de poluição atmosférica.
Com este trabalho, pretende-se preencher um espaço vago nos estudos sobre gás natural no Brasil, espaço este que só recentemente começou a ser ocupado. Muito se tem publicado em jornais, seminários, e outros eventos com o objetivo de alertar sobre a importância do gás natural para o desenvolvimento do País. Porém, estudos mais elaborados e abrangentes ainda são raros na bibliografia nacional.
Espera-se que algumas perguntas importantes sobre gás natural no Brasil estarão respondidas ao término desta dissertação, tais como, qual o consumo possível de ser atingido pelo gás natural no Setor Industrial, qual o aumento da eficiência energética devido ao seu uso intensivo, bem como em quais sub setores da indústria existem espaço para a implantação de sistemas de cogeração em larga escala, além de identificar o potencial de redução de CO2.
Para a consecução destes objetivos, no Capítulo 2 apresenta-se um breve panorama geral de utilização do gás natural no Brasil e no Mundo. Tópicos como o nascimento desta indústria, sua evolução, principais regiões consumidoras, importância do gás na matriz energética, perfil de consumo no Brasil e etc. são discutidos com o objetivo de contextualizar os outros capítulos da dissertação
2
O Capítulo 3 apresenta a fundamentação teórica utilizada no estudo. Este capítulo apresenta as premissas básicas adotadas para a efetuação dos cálculos e a metodologia usada na comparação entre as estatísticas da Agência Internacional de Energia e o Balanço Energético Nacional.
Os resultados são apresentados e discutidos no Capítulo 4. Esta apresentação é feita em separado para os 14 sub setores estudados e, ao final, para a indústria como um todo. Os perfis de consumo energéticos entre o Brasil e a OCDE-EU também são comparados.
O Capítulo 5 apresenta algumas considerações finais e as conclusões sobre eficiência energética, participação do gás natural por sub setor da industria, emissões líquidas totais, potencial de cogeração, taxas de crescimento de consumo de gás natural e comparações entre oferta e consumo.
Finalmente o Capitulo 6 apresenta a bibliografia utilizada ao longo trabalho, enquanto o capitulo 7, Anexos, apresenta uma série de quadros contendo a memória de cálculo das projeções feitas pela tese e úteis para se compreender o desenvolvimento do trabalho.
3
1-INTRODUÇÃO:
O objetivo desta dissertação é avaliar o potencial de consumo de gás natural no Brasil no período 1998-2010, procurando estimar os ganhos de eficiência energética devido à maior utilização do gás natural, o potencial de cogeração e os benefícios ambientais decorrentes devido à baixa emissão de poluentes na queima do gás. Para tal assume-se três hipóteses básicas sobre o comportamento futuro do consumo de gás natural, quais sejam: o gás cresce vegetativamente, acompanhando a progressão do Produto Interno Bruto; o gás cresce constantemente até 2010, deslocando outros combustíveis, até atingir o mesmo patamar de consumo por sub setor da indústria que a média dos países pertencentes a Organização para o Desenvolvimento e Cooperação Econômica (OCDE) que estão localizados no continente Europeu; o gás cresce constantemente até 2010 atendendo todo o consumo destinado a calor de processo e aquecimento direto.
Os estudos precedentes no Brasil sobre consumo de gás natural deixam em aberto inúmeros problemas. O primeiro tipo de estudo, tendo como exemplo o “Mercado Potencial para o Gás Natural, Eixo Juiz de Fora – Belo Horizonte 1995 – 2005” (CEMIG-1989), é nada mais que o somatório de demandas regional do gás natural nos diversos setores (indústria, residência, comércio, automóvel e etc.). O objetivo é viabilizar a construção de um Gasoduto para atender estas demandas. O principal problema com este tipo de estudo, são a inclusão de consumos muitos pequenos e distantes geograficamente, o que torna economicamente inviável a construção de ramais para a entrega do gás natural. O segundo tipo de estudo, tendo como exemplo “O gás natural: Impactos na matriz Energética Mundial, Nacional e Regional Amazônica” (Bahia-1996), é econométrico. O objetivo é tecer previsões de médio e longo prazo sobre o comportamento da energia. Os principais problemas são: a
exclusão de fatores que influenciam o comportamento do modelo, por exemplo, o preço,
dos energéticos; a reversibilidade das elasticidades utilizadas e o efeito retardado onde a alteração por longo tempo de certa variável pode afetar as elasticidades assumidas. O terceiro tipo de estudo, tendo como exemplo o “Modelo Prospectivo para a Demanda de Energia a Longo Prazo – Módulo Industrial” (Santos-1990) e “Cenários de Evolução da demanda de Energia no Brasil até 2010” (Tolmasquim-1999) é técnico-econômico. O
4
objetivo é tecer previsões de consumo e oferta de energia. Por se tratar de modelos de previsão muito desagregados, onde o indicador básico para projeção é a energia útil demandada por cada equipamento de uso final analisado, a qualidade da previsão é muito maior se comparado com os modelos econométricos ou levantamento de demanda regional. O primeiro tipo de estudo apresentado é “bottom-up”, ou seja, parte-se do consumo individual para atingir um total. O segundo tipo de estudo é “top-down”, ou seja, parte-se do consumo total de energia e se desagrega até o nível possível. O terceiro tipo parte também do todo, porém o nível de desagregação é suficiente para medir variações sutis de nível de produção física para o setor industrial e eficiência dos equipamentos.
As projeções apresentadas nesta dissertação são baseadas em um modelo técnico econômico baseado no Modelo Integrado de Planejamento Energético (MIPE), elaborado pelo Programa de Planejamento Energético – COPPE / UFRJ.
Quando se trabalha com modelos de previsão deve-se ter em mente que o maior limite é o bom senso do modelador / estimador, o primeiro para não prometer aquilo que o modelo não pode predizer e do segundo de utilizar o modelo dentro da especificação para o qual foi construído. Para que esta dissertação fosse possível alguns limites foram impostos, o primeiro e mais importante é o preço relativo entre os combustíveis, portanto se houver variações significativas nos próximos anos as previsões aqui contidas não mais se aplicarão, o segundo limite é a divisão dos sub setores da indústria, que segue o apresentado pelo Balanço de Energia Útil, apesar de ser bem desagregado o sub setor outros representa 20% da energia primária consumida pelo o setor industrial e poderia ser mais sub dividido, como por exemplo, a indústria de construção e a indústria automobilística.
Ao final desta dissertação demonstra-se o consumo possível de ser atingido pelo gás natural no setor industrial e seus sub setores. Os consumos dos outros setores também são sinalizados, principalmente o setor de transformação, desta forma coteja-se os limites do provável consumo com as possibilidades de oferta de gás natural. O perfil de consumo de gás pela indústria e seus impactos na eficiência energética e emissões também são apresentados.
5
2.PARTICIPAÇÃO DO GÁS NATURAL NA MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA E MUNDIAL
2.1-Breve Histórico da Indústria do Gás Natural
Em 1821 um poço aberto por Willian Hart em Fredonia, Pensilvania, Estados Unidos, produziu gás natural que foi canalizado para as cidades em torno do mesmo com a finalidade de iluminar casas e ruas (Petroleum Economist, 1998). Pode-se dizer que nesta data a moderna indústria do Gás Natural fora fundada.
Por outro lado, até então, o gás utilizado na iluminação na Europa, principalmente Reino Unido, França e Alemanha eram manufaturados a partir do carvão mineral (coqueificação). A partir desta data o gás natural não pararia de crescer, inicialmente como combustível para iluminação, e depois na cocção de alimentos com o surgimento do primeiro fogão a gás em 1878 e o aquecimento de água residencial. Com o advento da luz elétrica, no final do século XIX, o gás para iluminação aos poucos vai perdendo o mercado de iluminação pública e residencial, ficando somente com o aquecimento de água e calefação. Na segunda metade do século XX o Gás Natural se consolida como um dos principais combustíveis industriais e nas ultimas décadas como fonte de energia para geração termoelétrica e para sistemas de cogeração eletricidade/calor (Petroleum Economist, 1999)
No Brasil a distribuição de Gás manufaturado iniciou-se no final do século passado com as redes urbanas no Rio de Janeiro e São Paulo. O Gás Natural somente passou a ser produzido no Brasil na década de 60 com as descobertas de Petróleo na Bahia e ficou restrita a área próxima a sua produção. Na década de 80, com o aumento da produção nacional de Petróleo e com a construção da rede de gasodutos que liga a Bacia de Campos ao Rio de Janeiro e São Paulo, o gás natural foi finalmente disponibilizado para consumo residencial e Industrial na região Sudeste. Da mesma forma no Nordeste do país o gasoduto ligando Guamaré a Cabo foi concluído, possibilitando assim a distribuição de gás natural nos estados de Pernambuco, Paraíba e Rio Grande do Norte (Neiva, 1988). Apesar do esforço em se construir vias de
6
escoamento e transporte da produção de gás, as reservas e produção brasileira sempre foram pequenas perante o consumo total de energia primária do país. Na década de noventa com a assinatura do acordo Bolívia-Brasil, iniciou-se, primeiramente a construção do gasoduto para Belo Horizonte e em seguia a construção do Gasoduto ligando Rio Grande na Bolívia a Campinas no Brasil (concluído em 1999), e posteriormente Porto Alegre (atualmente em fase de conclusão). No Nordeste a rede de gasodutos foi ampliada e atualmente atravessa os estados da Bahia, Sergipe, Alagoas, Pernambuco, Paraíba, Rio Grande do Norte e Ceara.
2.2-Conjuntura Atual da Indústria do Gás Natural no Brasil
O Brasil vem nos últimos anos migrando do sistema estatal, onde o governo federal (produção e transporte) e o governo estadual (distribuição) eram operadores exclusivos, para um sistema misto, onde o capital privado e o capital estatal concorrem com a regulamentação sendo exercida pela Agencia Nacional do Petróleo
Atualmente quase todo o gás produzido no país é da Petrobras, com exceção do gás da bacia de Santos, descoberto via contrato de risco. A importação de gás da Bolívia também é realizada pela Gaspetro, Subsidiária da Petrobras. O transporte do Gás é realizado pela Transpetro, subsidiária da Petrobras ou pela Transportadora Brasileira Gasoduto Bolívia-Brasil (TBG) empresa onde cinqüenta e um por cento do capital pertence Gaspetro, que é subsidiária da Petrobras. Em breve mais duas transportadoras de Gás entrarão no mercado, a TSB (Transportadora Sul Brasileira de Gás) com o gasoduto que ligará a cidade fronteiriça de Uruguaiana a Canoas ambas no Rio Grande do Sul e a multinacional Americana ENRON com o gasoduto (ramal do Gasoduto Bolívia –Brasil) ligando San Jose dos Chiquitos na Bolívia a Cuiabá no Brasil.
Na distribuição, o mercado já se encontra mais dividido, no Rio de Janeiro a CEG foi privatizada pelo governo estadual e passou para o controle da multinacional Espanhola “Gás Natural”; a Riogas foi criada com a participação da Petrobras e governo Fluminense e absorveu os grandes clientes que antes eram abastecidos diretamente pela Petrobras; em São Paulo a Congas foi privatizada também pelo governo do estado e passou para o controle da ENRON, recentemente o governo Paulista levou a leilão uma
7
segunda área abrangendo parte do interior do estado; em Minas Gerais a Gasmig foi criada pelo governo estadual; nos estados de Alagoas, Bahia, Ceará, Espírito Santo, Paraíba, Pernambuco, Rio Grande do Norte, Sergipe, Rio Grande do Sul e Paraná a Petrobras distribuidora é acionista juntamente com os governos estaduais das empresas de distribuição de gás que se encontram em operação, nos estados do Mato Groso do Sul e Santa Catarina a Petrobras Distribuidora também é acionista juntamente com os governos estaduais das empresas de distribuição de gás que entrarão em operação após a conclusão das Obras do Gasoduto Bolívia – Brasil. A divisão do mercado em 1999 foi de aproximadamente 46% para o grupo Petrobras, 6% para a Gasmig, 19% para a CEG e 29% para a COMGAS em volume de vendas. (Petrobrás Distribuidora – 1999)
2.3-Características do Gás Natural e suas formas de utilização
O gás natural sem dúvida alguma pode ser considerado como uma forma nobre de energia. Tem alto poder calorífico por unidade de massa; é encontrado na natureza praticamente pronto para o consumo, se comparado às outras fontes de energia; quando queimado produz baixos níveis de emissão de dióxido do carbono, óxidos de nitrogênio e particulados; seu transporte apesar de exigir grandes investimentos iniciais na construção de rede de dutos, é dos mais seguros e confiáveis; permite redução da freqüência na manutenção dos equipamentos que o consomem em comparação com outros combustíveis fósseis; não necessita de formações de estoque por parte do consumidor final; sua utilização é ampla e praticamente pode substituir qualquer tipo de combustível em qualquer aplicação com exceção do querosene de aviação.
A sua utilização pode se dar de quatro formas: como fluído de recuperação secundária, como selante em máquinas rotativas e como força motriz em turbo -compressores na indústria do Petróleo; como matéria prima o gás natural pode ser utilizada na indústria de fertilizantes, química, petroquímica e siderúrgica (como redutor do minério de ferro); como energia secundária o gás pode ser usado nos setores residencial, comercial, público, agropecuário e industrial, principalmente em aquecimento direto ou calor de processo e finalmente como energia primária na geração de eletricidade em centrais termelétricas ou centrais de cogeração eletricidade/calor (CONPET, 1996) e (BNDES, 1997a).
8
2.4-Participação do Gás Natural como Energia Primária no Mundo
A tabela 2.1 abaixo mostra a participação do gás natural como energia primária em diversas regiões do mundo. Observa-se que a média mundial, em 1997, foi de 23,5%. A União Soviética aparece com o maior consumo relativo, 51,8%, em grande parte explicada pela suas imensas reservas de gás natural e pelo clima frio que favorece o uso em calefação. O Oriente Médio vem em segundo lugar com 41,2% de participação relativa do gás na matriz energética, em grande parte por preferir exportar o petróleo e consumir gás produzido em associação com o petróleo. A América Latina tem 21,4% de participação relativa do gás na matriz energética. Somente a Venezuela e a Argentina contam com uma indústria de gás natural plenamente desenvolvida. A participação do gás na matriz energética nestes dois países é de 53,9% e 48,4% respectivamente contra uma média de 21,4% na região como um todo e 8.8% excluindo a Venezuela e a Argentina.
Tabela 2.1 – Participação do Gás Natural na Matriz Energética Mundial
Região Dados de1997 106 tEP Petróleo Gás Natural Carvão Energia Nuclear
Hidroeletricidade Total Partic. GN
OCDE A. do Norte 1.008,0 664,9 560,2 194,7 62,1 2.490,0 26,7% OCDE Europa 710,8 342,5 332,7 234,7 44,0 1.664,5 20,6% OCDE Pacífico 413,6 91,2 170,0 103,0 9,9 787,8 11,6% América Latina 211,7 75,4 18,5 2,8 44,1 352,7 21,4% Não OCDE Europa 38,3 32,2 33,5 10,1 4,4 118,4 27,2% União Soviética 186,7 465,9 175,2 52,0 19,0 899,0 51,8% África 109,4 41,6 92,7 3,4 6,5 253,6 16,4% Oriente Médio 201,8 146,7 6,3 - 1,0 356,0 41,2% Ásia 320,4 112,5 227,4 12,1 16,3 688,8 16,3% China 185,6 17,4 649,3 3,7 16,1 872,1 2,0% Total 3.386,3 1.990,3 2.265,8 616,5 223,4 8.482,9 23,5%
Fonte: Elaboração Própria com base em BP Amoco Statistical Review of World Energy 1999
2.5- Participação do Gás Natural como Energia Primária no Brasil
A tabela 2.2 abaixo mostra a evolução da participação do gás natural como energia primária na matriz energética Brasileira. Vê-se que de 74 a 97, o gás teve um
9
aumento de 1154% e sua participação subiu dos inexpressivos 0,51% para 2,79%, o que ainda é muito baixo se comparado com a situação mundial e até regional. O Brasil, durante muitos anos não deu importância ao gás natural, pois o objetivo do governo era atingir a auto suficiência na produção de petróleo. Recentemente, com o relatório da comissão do gás natural no Governo Collor é que o País começou a tomar ações efetivas para inserção do gás natural na Matriz Energética.
Tabela 2.2 – Participação do Gás Natural na Matriz Energética Brasileira Ano a Ano
Ano 106tEP
Petróleo Gás
Natural
Carvão Urânio U308 Energia Hidráulica Outras Primárias Total Primária Participa ção GN 74 39.991 502 2.517 0 19.047 37.070 99.127 0,51% 75 44.213 557 3.018 0 20.963 37.202 105.953 0,53% 76 47.028 621 3.449 0 24.045 36.551 111.694 0,56% 77 48.141 747 4.196 0 27.109 37.316 117.509 0,64% 78 53.672 903 4.602 0 29.796 37.140 126.113 0,72% 79 55.855 946 5.076 0 33.808 38.872 134.557 0,70% 80 54.590 1.065 5.517 0 37.383 40.772 139.327 0,76% 81 52.740 1.018 5.688 0 37.922 41.069 138.437 0,74% 82 52.115 1.365 5.934 1.154 40.928 41.743 143.239 0,95% 83 51.159 1.859 6.646 0 43.928 46.090 149.682 1,24% 84 54.394 2.347 8.303 0 48.312 50.672 164.028 1,43% 85 54.852 2.873 9.881 0 51.729 52.653 171.988 1,67% 86 58.371 3.361 10.069 0 52.902 50.887 175.590 1,91% 87 59.757 3.803 10.115 814 53.824 54.405 182.718 2,08% 88 59.709 3.951 10.043 353 57.737 52.643 184.436 2,14% 89 59.771 4.155 9.907 0 59.360 52.484 185.677 2,24% 90 59.264 4.230 9.533 0 59.945 48.221 181.193 2,33% 91 58.191 4.248 10.232 1.154 63.157 48.204 185.186 2,29% 92 59.678 4.483 9.896 0 64.769 47.014 185.840 2,41% 93 60.360 4.805 10.165 432 68.169 46.302 190.233 2,53% 94 61.812 5.000 10.210 1.348 70.384 48.851 197.605 2,53% 95 61.827 5.289 10.680 756 73.632 47.074 199.258 2,65% 96 67.802 5.798 11.219 0 77.073 47.534 209.426 2,77% 97 71.570 6.336 11.373 7.184 80.902 49.896 227.261 2,79%
Fonte: Elaboração Própria com base em Balanço Energético Brasileiro 1998
2.6-Reservas, Produção e Consumo de Gás Natural no Mundo.
A tabela 2.3 abaixo apresenta a distribuição das reservas de gás natural pelas várias regiões do mundo. A União Soviética e o Oriente Médio detêm 72,8% das reservas Mundiais, a OCDE América do Norte e a União Soviética participam com
10
60,9% da produção mundial e com 55,8% do consumo. A relação entre as reservas e produção está bem acima da referencia para mineração de hidrocarbonetos, que é de 15 anos, Somente a OCDE América do Norte é que apresenta a relação R/P abaixo deste índice, com 6,8 anos.
Tabela 2.3 – Reservas Produção e Consumo Mundial de Gás Natural
Reservas Produção e Consumo Mundial de Gás Natural
Região Reservas Produção Consumo Import/Export R/P
Dados de 1997 10^6 Nm3 10^6 Nm3/ano 10^6 Nm3/ano 10^6 Nm3/ano Ano OCDE Am. do Norte 5.064.000 740.497 737.781 2.716 6,8 OCDE Europa 8.360.000 289.118 423.535 (134.417) 28,9 OCDE Pacífico 657.000 37.468 106.701 (69.233) 17,5 América Latina 6.292.000 87.765 84.299 3.466 71,7 Não OCDE Europa 498.000 17.892 40.073 (22.181) 27,8 União Soviética 55.949.000 657.979 544.633 113.346 85,0 África 9.865.000 100.166 52.571 47.595 98,5 Oriente médio 48.848.000 154.781 154.449 332 315,6 Ásia 7.255.000 188.042 133.174 54.868 38,6 China 1.160.000 22.447 20.152 2.295 51,7 Total 143.948.000 2.296.155 2.297.368 62,7
Fonte: Elaboração Própria com base em Natural Gas Information 1997 AIE
2.7-Reservas, Produção e Consumo de Gás Natural no Brasil.
As reservas de gás natural do Brasil sempre foram modestas. Em 1997 o país contava apenas com 0,16% (227.650/143.948.000 10^6Nm3) das reservas mundiais No período de 83-98 a razão reservas / produção oscilou em torno de 19 anos estando assim acima do mínimo preconizado que são 15 anos. Atualmente as reservas provadas brasileiras são de 247,5 bilhões de Nm3 e as reservas totais são de 430,0 bilhões de Nm3, a produção média diária é de aproximadamente 35,2 milhões de Nm3 resultando em uma relação R/P de 19 anos.
11
2.4 – Reservas Produção e Consumo de Gás Natural no Brasil Ano a Ano
Anos Reservas Produção Consumo R/P
10^6Nm3 10^6Nm3 10^6Nm3 ANOS 1983 81.606,0 4.013,2 1.739,0 20,3 1984 83.892,0 4.902,5 2.024,0 17,1 1985 92.734,0 5.467,1 2.539,0 17,0 1986 95.834,0 5.686,5 2.958,0 16,9 1987 105.343,0 5.780,7 3.302,0 18,2 1988 108.900,0 6.076,0 3.324,0 17,9 1989 116.008,0 6.105,0 3.408,0 19,0 1990 114.570,0 6.279,0 3.414,0 18,2 1991 123.776,0 6.597,0 3.458,0 18,8 1992 136.700,0 6.976,0 3.695,0 19,6 1993 137.400,0 7.355,0 4.016,0 18,7 1994 146.476,0 7.756,0 4.263,0 18,9 1995 154.306,0 7.955,0 4.435,0 19,4 1996 157.704,0 9.156,0 5.094,0 17,2 1997 227.650,0 9.825,0 5.408,0 23,2 1998 227.650,0 10.788,0 5.737,0 21,1
Fonte: Elaboração Própria com base em Balanço Energético Brasileiro 1998
2.8-Distribuição do Consumo de Gás Natural
A tabela 2.5 abaixo mostra a evolução da participação dos diversos setores no consumo de gás natural. No período de 83-98 a participação da indústria cresceu de 11,19% para 29,03%. O gás natural começou a ser consumido pelos setores residencial, comercial, público e transporte no final de década de 80 e ainda participa de forma insignificante no total, apenas 2,7%. A parcela de produção não aproveitada e reinjeção caiu no período de 51,23% para 37,86%, mostrando assim um esforço real em aproveitar o gás natural de forma racional, dando condições de transporte da produção até o consumo final.
12
Tabela 2.5 – Distribuição do Consumo de Gás Natural Ano a Ano
Ano 106Nm3/dia N.Aproveitada e Reinjeção Transfor mação Consumo Final Não Energético Setor Energético Residen cial Comercial e Público Transporte Industrial 1983 5,63 0,60 2,19 1,34 - - - 1,23 1984 6,85 1,04 2,40 1,72 - - - 1,42 1985 6,69 1,34 2,60 2,50 - - - 1,86 1986 6,14 1,33 2,84 2,88 - - - 2,39 1987 5,19 1,60 3,03 2,91 0,00 0,00 - 3,10 1988 5,76 1,78 3,25 2,56 - - 0,01 3,28 1989 5,39 2,00 3,46 2,45 0,01 0,00 0,01 3,41 1990 5,80 2,05 2,77 2,35 0,01 0,01 0,01 4,21 1991 6,53 2,07 2,91 2,10 0,02 0,01 0,01 4,43 1992 6,80 2,19 2,85 2,30 0,02 0,01 - 4,95 1993 6,95 2,20 2,84 2,67 0,05 0,04 0,07 5,33 1994 7,21 2,36 3,07 2,81 0,08 0,05 0,13 5,55 1995 7,21 2,43 2,62 2,71 0,14 0,10 0,13 6,45 1996 8,80 2,33 2,41 3,28 0,20 0,13 0,10 7,84 1997 9,84 2,26 2,10 3,36 0,22 0,25 0,13 8,75 1998 11,19 2,64 2,32 4,03 0,24 0,34 0,22 8,58 Fonte: Elaboração Própria com base em Balanço Energético Nacional 1998
13
3-MODELO DE PROJEÇÃO DE CONSUMO DE GÁS NATURAL PARA A INDÚSTRIA BRASILEIRA
Os cálculos do consumo futuro de gás natural foram efetuados por um modelo matemático semelhante ao MIPE, porém adaptado especialmente para avaliar o potencial de substituição intercombustíveis no setor industrial. A seguir, algumas definições básicas são apresentadas para melhor entendimento do texto:
3.1-Definições Básicas
As definições a seguir estão conforme o Balanço Energético Nacional (B.E.N.):
Energia Primária: É a energia em sua forma natural, ou seja, sem
transformação alguma. O Balanço Energético Nacional classifica a energia primária em Petróleo, Gás Natural, Carvão Vapor, Carvão Metalúrgico, Urânio U308, Energia Hidráulica, Lenha, Produtos da Cana e Outras Primárias.
Energia Secundária: É a energia após o beneficiamento em um centro de
transformação. O Balanço de Energético Nacional classifica a energia secundária em Óleo Diesel, Óleo combustível, gasolina, GLP, Nafta, Querosene, gás, coque de carvão mineral, urânio com U02, eletricidade, carvão vegetal, álcool etílico, outras secundárias do petróleo, produtos não energéticos do petróleo e alcatrão de carvão mineral.
Energia Final: É a energia realmente consumida para a realização de um
trabalho.
Energia Útil: É a energia necessária para a realização de determinado trabalho.
Eficiência energética: E o rendimento obtido na utilização da energia final por
forma de uso, ou seja, indica a parcela da energia realmente aproveitada na realização de determinado trabalho.
14
Formas de Uso: Segundo o Balanço de Energia Útil 1984 tem-se a seguinte
formas de uso:
“energia motriz: energia usada em motores elétricos ou a combustíveis, destinado às mais diversas finalidades (transporte, mistura, deformação, compressão de ar, ar condicionados, bombeamento, refrigeração, etc.);
calor de processo: energia usada para aquecimento de fluídos (em caldeiras,
aquecedores de fluído térmico, aquecedores de água, chuveiros, torneiras elétricas, ferros de passar, etc. ) que serão usados para transferir calor a outros processos;
aquecimento direto: energia usada para aquecimento por convecção ou radiação
em fornos, fornalhas, estufas, fogões, aquecedores de ambiente, inclusive os fornos infravermelho;
iluminação: energia usada para produzir luz (em lâmpadas ou lampiões de todos
os tipos possíveis;
eletroquímica: energia consumida em processos de eletrólise, galvanoplastia, e
outros processos eletroquímicos;
energia para outros fins: energia consumida em aparelhos eletrônicos (rádio,
televisão, equipamentos de som), máquinas de escritório (máquinas de escrever, xerox, calculadoras), computadores, equipamentos de telecomunicações, etc.”
Indicadores de consumo: Segundo o Handbook on International Comparisons
of Energy Efficiency in the Manufacturing Industry tem-se os seguintes indicadores de eficiência energética:
Consumo Específico de Energia: é o consumo de energia necessário para a
15
Intensidade Energética: é o consumo de energia necessário para a produção de
uma unidade monetária do produto em questão.
Produção Física: é quantidade produzida de determinado produto em unidade
de massa.
3.2 - Estudos Precedentes
Modelo Integrado de Planejamento Energético (MIPE)
O modelo Integrado de Planejamento Energético, desenvolvido pelo Programa de Planejamento Estratégico da COPPE/UFRJ (Tolmasquim-1999) serve de base ao presente estudo. A seguir descreve-se o modelo: “...o MIPE foi elaborado para simular o mercado de energia no Brasil, que se divide entre os setores: energético, industrial, agropecuário, residencial, comercial, público e de transportes e projetar a matriz energética brasileira até 2010. Na projeção enfatizaram-se os seguintes aspectos: os impactos sobre o setor energético do ritmo e do conteúdo do crescimento energético; a evolução de variáveis de cenário como os modos de consumo residencial, a distribuição modal dos transportes, a taxa de urbanização e outras, que, embora não diretamente relacionadas à previsão de demanda, afetam a análise; e, finalmente, o tipo de escolha tecnológica, de cuja a decisão a variável energética é apenas uma integrante, associada a aspectos particulares da estrutura técnica e sócio econômica do país
O MIPE é um modelo técnico – econômico de previsão, que se baseia na desagregação detalhada dos setores de consumo e transformação da energia, até o nível dos equipamentos de uso final de energia. O indicador básico de projeção é a energia útil demandada por cada equipamento de uso final analisado.
A utilização do modelo fundamenta-se em três procedimentos básicos: (1) a cenarização macroeconômica para todas as variáveis e fatores cuja evolução está ligada a escolhas e decisões políticas não necessariamente relativas ao setor energético; (2) a análise detalhada da demanda de energia no nível das formas de utilização (destinação), em cada segmento de consumo; (3) para cada uso final da energia, o estabelecimento da
16
demanda da energia útil, dos rendimentos de conversão de energia útil em final e, conseqüentemente, da demanda de energia final. Esses procedimentos são adotados em quatro módulos distintos:
- Módulo 1 : Módulo Macroeconômico, onde se definem as variáveis de cenário e a distribuição do produto entre os setores de demanda.
- Módulo 2 : Módulo de Demanda de energia, onde se definem as variáveis de análise de cada seguimento de cada setor, para obtenção das demandas de energia útil e final.
- Módulo 3 : Módulo de Consumo final de energia, onde se agregam os resultados do módulo anterior e os resultados do consumo de energia do setor energético referentes ao módulo 4, obtendo-se tanto a energia final demandada pelos setores de consumo – inclusive o setor energético – quanto a parcela de eletricidade auto produzida ou cogerada no setor de consumo.
- Módulo 4 : Módulo de Oferta, onde se definem as variáveis de análise para oferta de energia, obtendo-se tanto as quantidades ofertadas de energia primária e secundária quanto o consumo de energia do setor energético.”
Modelos Apresentados no Congresso Brasileiro de Energia
Em pesquisas nos anais do Congresso Brasileiro de Energia foram identificados dois trabalhos publicados com ou sobre modelos de projeção de consumo de gás natural. O primeiro, “Modelo Prospectivo para demanda de energia a longo prazo – Módulo Industrial” – (Santos-1990) faz uma proposta de trabalho baseado na intensidade energética por tipo de combustível e classe de uso e sub setor e nas projeções macroeconômicas de valor agregado, porém o autor considera que naquele momento faltam dados para utilização deste modelo, pelo menos na Bahia, e propõe um modelo
17
substituto bem mais simplificado baseado na intensidade energética final por sub setor e fatores de capacidade para avaliar o potencial de conservação de energia e fatores de relação para estimar o potencial de cogeração. O segundo modelo foi utilizado no trabalho “O Gás Natural: Impactos na Matriz Energética Mundial, Nacional e Regional Amazônica” (Bahia –1996). Este é um modelo econométrico muito agregado, que estabelece projeções da matriz energética mundial, brasileira e para a região amazônica; baseado em projeções de demanda total de energia primária, crescimento populacional e crescimento do PIB.
3.3 - Principais Fontes de Dados do Modelo
As principais fontes de dados do modelo foram o Balanço Energético Nacional e o Balanço de Energia Útil; do primeiro utilizou-se a energia final consumida por tipo de combustível e setor de atividade e o Produto Interno Bruto; do segundo, utilizaram-se os rendimentos de transformação da energia final para um setor de atividade com relação ao uso final e a proporção da energia final por setor de atividade destinado a um uso final.
3.4 - Metodologia Utilizada na Projeção da Produção Física dos Sub Setores
Projeção do Produto Interno Bruto
A projeção do produto interno bruto (PIB) foi elaborada a partir dos dados publicados pelos Balanços Energéticos Nacional de 1990 e 1999, totalizando 25 anos de dados (74-98). Para o ano de 1999 foi assumido crescimento do PIB total igual a zero, para os demais anos foram assumidos 3,5% ao ano. O PIB dos setores serviço, agropecuário, industrial e energético foi extrapolado através da regressão linear do PIB setorial com o PIB total, da mesma forma o PIB dos Sub setores da indústria foram extrapolados através da regressão do PIB do sub setor com o PIB da indústria. A tabela 3.1 a seguir apresenta os valores do coeficiente de correlação das diversas regressões efetuadas, bem como as agregações feitas entre os setores e sub setores.
18
Tabela 3.1 –Coeficientes de Correlação entre o PIB Industrial e os PIB’s Setoriais
Balanço Energético Nacional 1990 E 1999 Projeção do PIB 3,5%a/a Setores T O T A L Correlação r2 Serviços 0,996194 Comércio E Outros (1) Transportes Agropecuário 0,981041 Indústria 0,907924 Extrativa Mineral (2) 0,831343 Transformação 0,998831 Não Metálicos 0,888090 Metalurgia 0,969375 Química (3) 0,914809 Alimentos e Bebidas 0,842685 Têxtil (4) (0,009265) Papel E Celulose 0,863598 Outros (5) 0,971825 Energético (6) 0,982619 Tributos Indiretos (7)
Notas: (1) Corresponde a comércio, comunicações, instituições financeiras, administrações públicas, aluguéis, outros serviços e SIUP menos geração elétrica.(2) Exclusive extração de petróleo(3) Exclusive
refino de petróleo, destilação de álcool e produção de coque(4) Têxtil mais vestuário, calçados e artefatos de tecido(5) Corresponde a soma mecânica, material elétrico e comunicação, material de transporte,
madeira, mobiliário, borracha, farmacêutica, perfumes, sabões e velas, produção de matérias plásticas, fumo, construções e diversos(6) Corresponde a soma de extração de petróleo, refino de petróleo,
destilação de álcool, geração de eletricidade e produção de coque(7) Corresponde a tributos indiretos menos imputação dos serviços de intermediação financeira, menos subsídios
Fonte: Elaboração própria com base no anexo B
Projeção da Produção Física
A produção física dos diversos sub setores da indústria foi projetada através da regressão múltipla com o PIB do setor industrial ou sub setorial. A tabela 3.2 a seguir mostra os coeficientes de correlação para o PIB setorial, PIB industrial e para regressão múltipla com “dummy”. Devido ao baixo coeficiente de correlação encontrado na regressão simples foi utilizada a técnica de regressão múltipla com “dummy”. Desta forma aqueles valores discrepantes com a tendência histórica, foram isolados. Os demais dados foram aproveitados no cálculo da melhor reta de projeção. O sub setor outros da indústria por ser muito heterogêneo, teve a projeção baseada no seu próprio PIB.
19
Tabela 3.2 – Tabela dos Coeficientes de Correlação PIB x Produção Física
Coeficiente de correlação Regressão no Período de 1974 a 1998
SETOR PIB setorial PIB industrial Com dummy
Cimento 0,665 0,691 0,919 Ferro gusa e aço 0,814 0,721 0,865 Ferro liga 0,600 0,546 0,825 Mineração 0,879 0,738 0,928 Pelotização 0,857 0,823 0,927 Não ferrosos 0,781 0,793 0,840 Alumínio 0,677 0,548 0,767 Químico 0,852 0,728 0,887 Alimentos e bebidas 0,965 0,667 0,975 Açúcar 0,768 0,348 0,910 Têxtil 0,085 0,798 0,903 Papel e celulose 0,973 0,701 0,987 Cerâmica 0,209 0,499 0,933 Outros da indústria 0,944 0,977
Fonte: Elaboração própria com base no anexo C
A tabela 3.3 abaixo apresenta as funções para projeção da produção física para todos os sub setores, com exceção do sub setor outros da indústria onde a produção é monetária.
Tabela 3.3 – Funções de Projeção de Produção Física
Função
SETOR A dummy B
Cimento 0,255 (6.142,648) (20.117,315) Ferro gusa e aço 1,871 2.932,721 (15.800,686) Ferro liga 0,057 253,115 (416,719) Mineração 131,378 (102.628,548) (143.816,785) Pelotização 3,674 (7.821,536) 802,173 Não ferrosos 0,016 217,547 (1.217,711) Alumínio 0,107 (352,556) (1.188,808) Químico 2,524 4.257,827 (26.871,852) Alimentos e bebidas 6,202 5.866,792 (53.721,278) Açúcar 0,631 (2.142,659) (2.686,261) Têxtil 0,007 164,266 (342,855) Papel e celulose 2,122 (1.015,310) (4.121,043) Cerâmica 0,099 (17.806,528) 5.188,660 Outros da indústria 0,482 (5.028,866) 6.565,051 Notas: A produção física está expressa em 103 toneladas com exceção do sub setor outros da industria que está expresso em 106 US$ de 1998. O PIB está expresso em 106 US$ de 1998
20
Cálculo do Erro Padrão
Para o cálculo do erro padrão foi utilizada a formula abaixo para um intervalo de predição de 95% de um Y0 individual ao nível X0:
Y0 = (a+bX0) + - SE, SE= t0,25 s ((1/n)+((X0-X)2/Σx2)+1)1/2
Onde: Y0=Produção Física e X0=Produto Interno Bruto
3.5 - Metodologia Utilizada na Análise e Síntese da Energia
O fluxograma a seguir apresenta a metodologia utilizada pelo modelo:
Eq. 1
Eq. 2
Eq. 3 e 4
Eq. 5
Energia final por sub setor e combustível
Energia útil por sub setor, combustível e forma de uso
Consumo específico de energia por sub setor e forma de uso
Energia útil projetada por sub setor, combustível e forma de uso
Energia final projetada por sub setor e combustível
Coeficientes de destinação por sub setor, combustível e forma de uso
Rendimento da transformação por sub setor combustível e forma de uso
Produção física por sub setores
Projeção da produção física por sub setores
Rendimento da transformação por sub setor, combustível e forma de uso
Coeficientes de
distribuição por sub setor, combustível e forma de uso
21
Desagregação da Energia Final pelos Seus Tipos de Uso e Transformação da Energia Final em Útil
EUjik = EFji * pjik * rjik Equação 1
Onde:
EUjik = Energia Útil i no setor de atividade j destinado ao uso final k
EFji = Energia Final i no setor de atividade j
pjik = Parcela de energia final i no setor de atividade j destinado ao uso final k
rjik = Rendimento da transformação da energia final i no setor de atividade j
destinado ao uso final k
Cálculo dos Consumos específicos de energia útil por Tipo de Uso
CEEUjk = EUjk / PFj Equação 2
Onde:
EUjk= Energia útil do setor de atividade j para o uso final k
CEEUjk= Consumo específico de energia útil do setor de atividade j para o uso
final k
PFj = Produção física do setor de atividade j
O CEEUjk utilizado nos cálculos é a média aritmética dos cinco anos entre 1993
e 1997
Cálculo da Projeção Futura do Consumo de Energia Útil Ano a Ano
Para o gás natural
22
Para os outros combustíveis
EUaijk= CEEUjk * PFa * (EU (a-1)ijk / TEU(a-1)jk) * FRajk Equação 4
FRajk=((1-(EU(a-1)gnjk/ TEU(a-1)jk)) /(((1-(EU(a-1)gnjk/ TEU(a-1)jk) * (1+∆ jk %)))
Onde:
EUagnjk = Energia útil do ano a, fonte gás natural, setor de atividade j, para o uso
final k
CEEUjk= Consumo específico de energia útil do setor de atividade j para o uso
final k
PFa = Produção Física prevista para o ano a
∆jk% = crescimento percentual do gás natural ano a ano por uso final
EU (a-1)gnjk =Energia útil do ano a-1, fonte gás natural, setor de atividade j, para o
uso final k
TEU(a-1)jk= Total de Energia útil do ano a-1, setor de atividade j, para o uso final
k
EUaijk= Energia útil do ano a, outra fonte que não seja o gás natural , setor de
atividade j, para o uso final k
EU (a-1)ijk= Energia útil do ano a-1, outra fonte que não seja o gás natural, setor
de atividade j, para o uso final k
FRajk = Fator de Redução do ano a para os outros combustíveis que não sejam
gás natural , setor de atividade j, para o uso final k
Transformação da Energia Útil Projetada em Energia Final
EFaji =EUajik / rjik Equação 5
Onde:
EUjik = Energia Útil i no setor de atividade j destinado ao uso final k no ano a
EFji = Energia Final i no setor de atividade j no ano a
rjik = Rendimento da transformação da energia final i no setor de atividade j
23
3.6 - Limites do modelo e fontes de erro:
Um modelo é uma representação de algum fenômeno ou sistema do mundo real, e como toda representação, assume certas simplificações para que a sua construção e funcionamento sejam exeqüíveis. Portanto, qualquer modelo já é limitado em sua própria concepção e os seus resultados tem de ser analisados dentro das limitações assumidas quando da sua elaboração. Algumas fontes de erro incorridas no modelo em questão serão analisadas a seguir:
O primeiro erro foi de exclusão. Neste modelo não se incluiu a variação dos preços dos combustíveis como determinante do seu consumo total. Os coeficientes de distribuição que, em última forma, refletem a preferência por determinado combustível são de 1993, portanto as alterações relativas de preços ocorridas até hoje não foram levadas em conta. Cabe ressaltar que os coeficientes distribuição (estes coeficientes refletem a participação de cada tipo de combustível em determinado setor) não são função exclusiva do preço, a tecnologia utilizada na produção também exerce influencia capital na escolha do energético. Desta forma não é tão simples trocar de combustível. O gás natural, neste caso, é um dos poucos energéticos que tem grande flexibilidade técnica para deslocar outros combustíveis.
O segundo erro foi de agregação. O ideal é que a desagregação dos dados seguisse o proposto pelo Handbook on international Comparisons of Energy Efficiency in the Manufacturing Industry, que sugere um consumo específico de energia em nível de sub setor onde o divisor em toneladas seja homogêneo. Infelizmente os dados disponíveis no Balanço Energético Nacional e no Balanço de Energia Útil são ainda bastantes agregados, principalmente o sub setor outros da indústria.
O terceiro erro foi de “range”. O consumo específico de energia útil do setor de atividade j para o uso final k (CEEUjk) foi levantado para um nível de atividade entre os
anos 1993/1997, não garantindo que o aumento da produção seja feita com a mesma eficiência energética.
24
3.7- Hipóteses de Consumo de Gás Natural
Sem Substituição de Combustíveis, opção zero
Nesta hipótese considera-se que o gás natural não consegue substituir nenhum combustível, ou seja, sua variação ao longo dos anos depende unicamente da variação do PIB tendo assim crescimento vegetativo.
Com Substituição Parcial, opção OCDE-EU
Nesta hipótese considera-se que o gás natural penetrará no setor industrial com o mesmo perfil da indústria dos países pertencentes a Organização para o Desenvolvimento e Cooperação Econômica (OCDE) que estão localizados no continente Europeu. Desta forma, cada sub setor da indústria no Brasil tem a participação do gás natural (na forma de energia útil de calor de processo e aquecimento direto) acrescida ano a ano até 2010, quando a participação do gás no sub setor Brasileiro é finalmente equiparada a participação do gás no mesmo sub setor da OCDE-EU em 1996.
Com Substituição Total, opção total
Nesta hipótese considera-se que o gás natural ao longo do período analisado 1999-2010 substitua toda energia de calor de processo e aquecimento direto. Desta forma, ano a ano, o consumo de gás natural vai aumentando e o das outras fontes de energia vão decrescendo de forma proporcional até que todo o consumo de energia para calor de processo e aquecimento direto seja fornecido pelo gás natural. Cabe ressaltar que esta hipótese é economicamente absurda, o único objetivo ao propô-la é limitar as fronteiras do consumo.
25
3.8-Metodologia utilizada na comparação entre os dados da Agencia Internacional de Energia e os dados do Balanço Energético Nacional
O ponto central desta dissertação é justamente a comparação entre um bloco de países desenvolvidos (OCDE-EU) e o Brasil, por isto toda atenção deve ser dada para que o ajuste dos dados seja o melhor possível.
Comparações de dados sempre são difíceis, a premissa básica, é que a metodologia de levantamento de dados seja igual. Infelizmente o mundo econômico e energético não é tão padronizado internacionalmente que os dados já estejam prontos para serem usados. Desta forma algumas agregações serão feitas para que os dados da Agência Internacional de Energia sejam comparáveis aos do Balanço Energético Nacional.
O Balanço Energético Nacional segue o código de atividades da receita federal para a classificação do consumo setorial, enquanto a Agencia Internacional de Energia segue a Norma Internacional de classificação de todas as Atividades Econômica das Nações Unidas (ISIC - International standard industrial classification - revision 3).
A seguir enumeram-se todos os sub setores da indústria e demonstra-se a correspondência entre os dois padrões de classificação energética e contábil, com as respectivas diferenças de agregação dos dados:
O sub setor de Química, (ISIC divisão 24) não apresenta problemas de comparação pois os seus conteúdos são os mesmos, portanto não será necessário agregações.
O sub setor Ferro e Aço (ISIC grupo 271 e classe 2731) equivalem a soma dos setores Ferro Gusa e Aço e Ferro Liga do BEN;
O sub setor Metais não Ferrosos (ISIC grupo 272 e classe 2732) e o sub setor máquinas (ISIC divisões 28, 29, 30, 31 e 32) equivalem a soma dos setores não ferrosos e outros da metalurgia, incluindo alumínio do BEN. As divisões 30, 31 e 32, que são
26
respectivamente máquinas de escritório e equipamentos de informática, máquinas e aparelhos elétricos e aparelhos eletrônicos e comunicação no Brasil pertencem ao sub setor outros da indústria. Neste caso não é possível desagregar os dados da AIE, portanto estes valores serão desprezados no sub setor outros e serão agregados no sub setor não ferrosos e outros da metalurgia incluindo alumínio. De qualquer forma, devido ao baixo conteúdo energético deste tipo de aparelho, a incorreção é de pequena monta.
O sub setor Mineração e Pedreiras (ISIC divisão 13 e 14) equivale ao sub setor mineração incluindo pelotização.
O sub setor Alimentos e Tabaco, (ISIC divisão 15 e 16) equivale ao sub setor Alimentos e Bebidas, incluindo açúcar. A divisão 16, Tabaco, no Brasil pertence ao sub setor Outros da Indústria, neste caso não é possível desagregar os dados da AIE, portanto estes valores serão desprezados no sub setor outros e serão agregados no sub setor Alimentos e Bebidas incluindo açúcar. De qualquer forma devido ao baixo conteúdo energético deste tipo de produto a incorreção é de pequena monta
O sub setor Polpa, Papel e Gráfica (ISIC divisão 21 e 22) equivale ao sub setor Papel e Celulose. A divisão 22, Gráfica, no Brasil pertence ao sub setor Outros da Indústria, neste caso não é possível desagregar os dados da AIE, portanto estes valores serão desprezados no sub setor outros e serão agregados no sub setor Papel e Celulose. De qualquer forma, devido ao baixo conteúdo energético deste tipo de serviço, a incorreção é de pequena monta
O sub setor Têxtil e Couro (ISIC divisões 17, 18 e 19) equivale ao sub setor Têxteis. A divisão 19, Couros, no Brasil pertence ao sub setor Outros da Indústria, neste caso não é possível desagregar os dados da AIE, portanto estes valores serão desprezados no sub setor outros e serão agregados no sub setor Têxteis De qualquer forma, devido ao baixo conteúdo energético deste tipo de produto, a incorreção é de pequena monta
