Energia e Meio Ambiente
28 a 30 de maio de 2008 Salvador - BAO CENÁRIO DA GERAÇÃO DE ENERGIA NO BRASIL
*Ivaldete da Silva Dupim1 Otávio Castor de Abreu Junior
João Manoel Losada Moreira Pedro Carajilescov Patricia Teixeira Leite
Marcelo A. Cicogna
1. RESUMO
Os valores referentes à produção de energia elétrica nacional atual, à evolução da composição e da potência instalada da matriz elétrica entre os anos 1980-2005, as perspectivas da demanda e da oferta de energia segundo o Plano Decenal de Energia (2006-2015) foram utilizados como base de informação para realização deste estudo, bem como a análise de algumas características peculiares do gerenciamento do setor energético no Brasil. O objetivo principal foi destacar a importância da geração hidrelétrica no Brasil. Finalizando buscou-se fazer a comparação dos custos de geração hidrelétrica em relação a outras fontes alternativas disponíveis no país.
Palavras-chave: Planejamento Energético, Matriz Energética Elétrica, Planejamento de Operação.
2. INTRODUÇÃO
1
Universidade Federal do ABC Santo André – São Paulo – Brasil
Em 2007, o Brasil figura como o 9º maior produtor mundial de energia elétrica (ANEEL, 2007). Neste ano o parque de geração de energia elétrica nacional apresentou 100.267MW de potência instalada somando as diferentes fontes (hidrelétricas, eólica, solar, termelétrica e termonuclear) sendo que 76,66% deste valor provém de plantas hidráulicas. (ANEEL, 2007)
Apesar do número elevado de usinas, o Brasil necessita importar energia elétrica da Venezuela, do Uruguai, Argentina e grande parte da parcela da energia do Paraguai produzida na usina Binacional Itaipu para atender sua demanda. (ANEEL, 2007) (ISASI, 2007)
O potencial estimado de reservas hídricas nacionais é de 260GW, dos quais atualmente há aproveitamento de cerca de 30% (HOLLAUER, 2006). Este grande potencial hídrico nacional e a política adotada pelo governo brasileiro no setor energético ao longo dos tempos propiciaram que a geração de eletricidade no Brasil se concentrasse eminentemente nas usinas hidrelétricas. O Brasil é o terceiro maior produtor de energia hidrelétrica do mundo em valores absolutos, estando atrás apenas de Canadá e China (ANEEL, 2005). As usinas hidrelétricas respondem atualmente por mais de 80% do mercado de fornecimento de energia elétrica no Brasil (considerando-se as importações) conforme os dados de 2006 (BEM, 2007), apresentados na figura 1.
Fonte: ANEEL, 2005
Figura 1 – Estrutura da oferta interna de energia elétrica – Brasil 2006
O objetivo deste artigo é fazer uma analise econômica entre diversas fontes de energia e estimar a partir de dados e valores de diversas bibliografias, qual fonte energética seria mais viável economicamente para implantação hoje em dia utilizando como parâmetro de instalação da usina de hidroelétrica Binacional Itaipu.
Na próxima seção estão expostas algumas características do planejamento da Operação de Sistemas Hidrotérmicos de Potência, bem como, algumas informações de fontes termoelétricas e seus custos de geração e mencionando a importância da geração hidráulica no Brasil. Na seção 4 é destacada a
importância da usina hidrelétrica Binacional Itaipu no cenário energético brasileiro. Na seção 5 é demonstrado um estudo de caso onde foi feito uma comparação com os parâmetros da usina hidrelétrica Itaipu Binacional. E para finalizar, na seção 6 apresenta-se a conclusão do artigo em relação a viabilidade econômica de implantação da usina de Itaipu e de outras usinas termoelétricas.
3. PLANEJAMENTO DE OPERAÇÃO DE SISTEMAS HIDROTÉRMICOS DE POTÊNCIA
Em sistemas com grande participação de geração hidroelétrica, como no caso do Brasil, pode-se utilizar à energia potencial da água armazenada nos reservatórios, gerenciando a convenientemente, para atender a demanda e substituir de forma racional a geração dispendiosa das unidades térmicas.
Entretanto, o volume de água afluente aos reservatórios depende basicamente das afluências que irão ocorrer no futuro. Além disso, a disponibilidade de energia hidroelétrica é limitada pela capacidade de armazenamento nos reservatórios. Isso introduz uma relação entre uma decisão de operação em uma determinada etapa e as conseqüências futuras desta decisão.
Por exemplo, segundo (Silva, 2001), se a decisão for utilizar energia hidroelétrica para atender o mercado e no futuro ocorrer uma seca, poderá ser necessário utilizar geração térmica de custo elevado ou interromper o fornecimento de energia. Por outro lado, se a opção for o uso mais intensivo de geração térmica, conservando elevados os níveis dos reservatórios, e ocorrerem vazões altas no futuro, poderá haver vertimento no sistema, que representa um desperdício de energia e, em conseqüência, um aumento desnecessário do custo de operação, conforme mostrado na Figura 2.
Figura 2 – Diagrama de decisões do sistema hidrelétrico
Devido às características do Sistema Brasileiro, o Planejamento da Operação de Sistemas Hidrotérmicos de Potência (POSHP) pode ser classificado como um problema de otimização dinâmico, de grande porte, com função objetivo não
linear, não separável e não convexa como mostrado por (Soares and Carneiro, 1991) e (Leite, 2003).
O objetivo do POSHP é determinar uma estratégia de geração para cada usina, que minimize o valor esperado dos custos operativos no período de planejamento e atenda a demanda dentro de um limite de confiabilidade. Desta forma, em sistemas com grande participação hidroelétrica, o objetivo econômico do planejamento da operação é substituir, na medida do possível, a geração de origem termoelétrica, de custo elevado, por geração de origem hidroelétrica, de custo praticamente nulo, de forma racional, como demonstrado por (Carneiro et al., 1990).
Esta complementação tem o papel de promover a confiabilidade na oferta de energia. Logo, a ampliação da oferta energética deve vislumbrar tanto o aumento global como o aumento isolado da potência instalada das usinas térmicas e hidráulicas. Dados da ampliação da potência instalada de geração de energia elétrica, hidráulica e térmica, no período 1980-2005 são apresentados na figura 3.
Fonte: MME/EPE/BEN 2005 e MME 2006
Figura 3 – Dados da ampliação de geração de energia elétrica entre os anos de 1980 a 2005.
O Sistema Elétrico Nacional é composto pelo Sistema Integrado Nacional (SIN) que responde por 96,6% da capacidade de geração de eletricidade e pelos sistemas isolados. Nestes a participação de geração térmica assume uma importância considerável. Ressalta-se que os sistemas isolados podem ser encontrados principalmente nos estados da região amazônica: Roraima, Amazonas, Rondônia, Acre e Amapá. (ISASI, 2007), (ANEEL, 2005), (NOS, 2007) Dados de 2005 mostram que o Brasil produziu 400,523TWh com a energia elétrica, sendo 92% desta energia de fonte hidráulica (ISASI, 2007). Fato marcante é que de todas as hidrelétricas, duas usinas se sobressaem em relação ao valor de potência instalada, Itaipu e Tucuruí, respondendo por 18,2% e 10,9%
respectivamente. Somadas apresentam 29,1% da potência instalada de usinas hidrelétricas nacionais. Temos em operação atualmente 214 CGHs (centrais geradoras hidrelétricas com potência até 1MW), 290 PCHs (pequenas centrais hidrelétricas com potência de até 30MW) e 158 UHEs (usinas hidrelétricas com potência acima de 30MW). (ANEEL, 2007)
O aumento da demanda de energia é uma constante em função do crescimento econômico do país, da expectativa de melhoria do nível sócio-econômico da população e do aumento demográfico. Sendo assim, há a necessidade continua da ampliação do parque de geração de energia elétrica do país, o que torna necessária uma programação para o desenvolvimento desta ação. Para tanto são realizados estudos de longo, médio e curto prazo pelo governo, através do Ministério de Minas e Energia na figura atual da EPE, resultando em informações que podem ser encontradas em documentos como o Balanço Energético Nacional e o Plano Nacional de Energia que acabam por referenciar e traçar diretrizes para Planos Decenais de Energia que visam subsidiar políticas para o setor elétrico (HOLLAUER, 2007). No Plano Decenal de Energia existe a preocupação em garantir uma margem de segurança entre a demanda energética e a energia assegurada (CAIO, 2006), conforme visto na figura 4.
Fonte: Departamento de Agronegócios/Fiesp - 2007 Figura 4 – Plano Decenal de Expansão (2006 – 2015)
Apesar de se verificar um grande valor de potência instalada nas usinas hidrelétricas no Brasil a comparação oferta x demanda não pode ser feita em termos potência instalada x demanda máxima, como é comum em outros países, pelo fato de hidrelétricas e térmicas de mesma potência produzirem quantidades diferentes de energia firme. A energia firme das usinas hidrelétricas corresponde a aproximadamente 55% da potência instalada ao passo que nas usinas térmicas corresponde a 92% (CAIO, 2006). Isso faz com que no planejamento da implementação de futuras usinas este fator seja considerado quando da
programação da expansão do parque de geração de energia elétrica. Um quadro que apresenta alguns fatores relacionados a tipos específicos de usinas, tomando como pressuposto a disponibilidade de 1000MW (Hollauer, 2007) é mostrado na tabela 1:
Tabela 1: Avaliação da competitividade entre diversas fontes
Fonte: Hollauer, G. – 2007
Analisando a tabela acima, percebe-se que, inicialmente, o valor pago pelo MWh gerado a partir de uma usina hidroelétrica possui o menor valor.
4. USINA HIDROELÉTRICA “BINACIONAL ITAIPU”
A usina hidrelétrica Itaipu se destaca, em 2007, por ser a maior usina de produção de energia elétrica do mundo. Localizada no rio Paraná, que é formado pelo rio Grande e pelo rio Paranaíba, recebe outros afluentes ao longo de seu percurso antes da usina de Itaipu, que é a última usina deste rio. Sendo assim, essa bacia reúne considerável vazão de água proveniente do sudeste, centro-oeste e do estado do Paraná como mostra a figura 5.
Figura 5 - Bacia do Rio Paraná
Além disso, há nos rios supracitados inúmeras usinas hidrelétricas, cujos reservatórios são operados de maneira a regularizar a vazão e a otimizar a produção de Itaipu, que trabalha em regime fio d’água. Todos estes fatores associados à concepção deste grandioso projeto (20 máquinas com potência máxima de 700 MW, queda líquida de quase 110 m, vazão máxima do vertedouro de 62,2 mil m3/s (o que corresponde a 40 vezes a vazão média das Cataratas do Iguaçu) e uma vazão de uma turbina de 700 m3/s (CICOGNA, 2007) (ITAIPU BINACIONAL, 2007) faz com que Itaipu tenha condição de produzir uma grande quantidade de energia elétrica. A partir destas informações observa-se a importância desta usina frente a produção de energia hidrelétrica no país.
Vale ressaltar que, embora Itaipu seja a maior produtora mundial de energia até os dias de hoje, comparando-se com usinas nacionais ela tem apenas o quarto maior reservatório nacional em volume total absoluto e volume útil e, em área alagada máxima, apenas o sexto maior reservatório do país. (CICOGNA, 2007). No ano de 2000, obteve-se o recorde mundial de produção de energia na usina de Itaipu com a marca histórica de 93.400GWh (com 18 unidades geradoras instaladas) montante capaz de suprir 24% da demanda por energia elétrica do Brasil e 95% do consumo no Paraguai naquele ano. A produção correspondeu a 10.636 MW médios, o que corresponde a um rendimento de 85%. Em 2006, Itaipu atingiu sua segunda marca histórica com 92.689GWh o que supriria por 81 dias todo o consumo energético do país (ITAIPU BINACIONAL, 2007). A tabela 2 mostra o histórico de produção anual de Itaipu nos anos de 1984-2006:
Tabela 2 – Número de unidades instaladas e produção de energia em Itaipu de 1984 a 2006
Fonte: ITAIPU BINACIONAL – 2007
5. ESTUDO DE CASO
No intuito de avaliar se Itaipu foi um investimento adequado do ponto de vista econômico, foi realizada uma comparação do seu custo de implantação e o custo operacional de produção de energia (R$/MW), verificando assim o impacto econômico na geração através de outras fontes. As usinas utilizadas foram, nuclear de potência equivalente, tomando-se como referência Angra 3, uma a gás natural, uma solar e uma eólica.
Tabela 3 – Comparação de custos de implantação e tarifa entre Itaipu e outros tipos de usinas geradoras de energia elétrica.
Itaipu (14000MW) Equivalente Nuclear Angra 3 (14000MW) Térmica a Gás Natural (14000MW) Solar (14000MW) Eólica (14000MW) Custo de implantação xUS$ 109 16,0[9]-17,5[3] 28,0[3]–37,3[11]* 12,6[3] 140,0[3] 28,0[3] Tarifa de equilíbrio R$/MW 116,4[3] 151,6[3] 175,0[3] 1798,4[3] 307,3[3]
* Neste cálculo considerou-se o custo de Angra 3 como R$ 7,2 bilhões[11] ~ US$3,6 bilhões
Através da metodologia adotada neste artigo para análise baseada na tabela 3, percebe-se que a usina hidráulica é o segundo melhor empreendimento em relação ao custo de implantação, perdendo apenas para a usina térmica a gás natural. Entretanto a usina hidrelétrica é a que tem menor índice de tarifa de equilíbrio em virtude de seu combustível não demandar de custos para utilização e não estar sujeito a pressões de mercado como verificado com o gás natural atualmente, representando o empreendimento mais viável dentre os observados. Para o Brasil gerar a mesma energia de Itaipu em plantas termelétricas seria necessário queimar 434 mil barris de petróleo por dia ITAIPU BINACIONAL, 2007. Concernente ao montante de energia produzida em Itaipu ao longo de sua operação (1.483.602GWh entre 1984-2006) e o custo atual da tarifa de energia (R$116,4/MWh) baseados nos dados da tabela 1 e 2 obtém-se, através de um cálculo simples, a seguinte estimativa de custo de geração:
Tabela 4 – Custos de geração elétrica de Itaipu e angra 3
Energia produzida em Itaipu (1984-2006)
Preço atual da tarifa de
energia (R$/MWh) Custo total Hidroelétrica Itaipu 1.483.602GWh 116,4 R$172,691bilhões US$86bilhões Termonuclear Angra 3 1.483.602GWh 151,6 $224,914bilhões US$112bilhões
A energia gerada por uma termonuclear teria um custo superior cerca de 30,24 % a mais em relação a mesma quantidade de energia gerada por Itaipu, ou seja, aproximadamente US$ 26 bilhões.
6. CONCLUSÃO
Diante das análises realizadas ao longo deste trabalho podemos observar que a geração hidrelétrica nacional permanecerá por muito tempo concentrada na matriz hidráulica. Entretanto a crescente demanda de energia combinada com a diversificação da matriz de energia, o agravamento da questão ambiental das hidrelétricas e a exaustão dos maiores potenciais próximos aos grandes centros consumidores ampliarem percentualmente e em valores absolutos a participação
das usinas termelétricas em nosso país, no intuito de se ofertar mais energia e garantir o fornecimento em situações de afluências desfavoráveis nos reservatórios das hidrelétricas.
No que se refere à usina de Itaipu, apesar de ser uma usina que consumiu grande quantidade de investimentos financeiros, tempo e demandou de inúmeros recursos humanos para sua construção, além do grande impacto ambiental que o seu reservatório proporcionou e da extinção de regiões como o Salto de Sete Quedas, ela foi vital para a constituição do parque de usinas geradoras de eletricidade de nosso país, tendo em vista sua potência instalada e o custo de geração hidrelétrica ser o menor dentre todas as usinas em operação atualmente. Sua posição estratégica no final da bacia do Paraná (que apresenta importante regularidade hidrológica), permitiu normatizar que todas usinas a jusante desta devam utilizar os seus reservatórios em função de uma maximização e regularização na produção de Itaipu, que trabalha em regime fio d’água. Com isto aproveita-se ao máximo o recurso hídrico, minimizando assim o vertimento.
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANEEL. Site da Agência Nacional de Energia Elétrica. Atlas de energia elétrica do Brasil – 2 ed. Brasília: ANEEL, 2005, p 243.
ANEEL. Site da Agência Nacional de Energia Elétrica. www.aneel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil/capacidade brasil.asp. Acesso em 06 dez. 2007.
BEN. Balanço Energético Nacional 2007 ano-base 2006. EPE. MME.
Caio, Leonardo S. Perspectivas da Oferta de Energia. Departamento de Agronegócio/Fiesp, São Paulo, 2007.
Carneiro, A. A. F. M., Soares, S. and Bond, P. S. (1990) A Large scale Application of an Optimal Deterministic Hydrothermal Scheduling Algoritm, IEEE Transaction on Power Systems, v. 5, n. 1: p. 204-210, February.
Cicogna, M. A. Aplicativo Hydrodata. Programa Gerenciador dos Dados de Usinas Hidrelétricas. Hydrolab Engenharia e Consultoria.
Energia nuclear: Inserção no sistema elétrico nacional in XI Congresso Brasileiro de Energia. Rio de Janeiro, 2006.
Hollauer, G. “Perspectivas da Matriz Energética Nacional 2030” in Departamento de Planejamento Energético, Secretaria de Planejamento e Desenvolvimento Energético, Brasília, 2007.
Isasi, Ramon Antonio G., Celso Villar Torino, Carlos Antonio Vergara Baez, Marco Antonio Amarilla Ayala, Francisco H. P. Cavalcanti. “Treinamento na Operação: A Experiência da Usina Hidrelétrica ITAIPU Binacional” in 12º Encontro Ibero-Americano do CIGRÈ, Foz do Iguaçu, 2007.
