Casasolar2011

Centro de Pesquisas de Energia Elétrica

As energias solar e eólica
no Brasil

Bruno Montezano Rio de Janeiro, 21/10/10
DTE
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel CASA SOLAR | 2011

CEPEL

• Centro de P&D do Sistema Eletrobrás
• Maior centro do Brasil em P&D de energia elétrica
• Maiores laboratórios de alta tensão e potência na América Latina
• Associação sem fins lucrativos fundada em 1974
• Mais de 500 funcionários e 100 parceiros de Universidades
• Infra-estrutura de P&D de US$ 300 milhões
• Orçamento anual de cerca de R$ 135 milhões
• Apoio Técnico para o Sistema Eletrobrás, Governo (MME),
Entidades Setoriais (ONS, CCEE, EPE e ANEEL), concessionárias e
indústria

Unidade Ilha do Fundão Unidade Adrianópolis


Centro de Referência para Energia
Solar e Eólica Sérgio Brito – CRESESB

Promover o desenvolvimento das energias solar e eólica
através da difusão de conhecimentos, da ampliação do
diálogo entre as entidades envolvidas e do estímulo à
implementação de estudos e projetos.


Sumário

• Introdução

• Contexto Nacional e Internacional da Energia Eólica

• Contexto Nacional e Internacional da Energia Solar

• Casa Solar Eficiente


Características do Setor Elétrico
Brasileiro

Matriz Matriz Energética Brasileira - 2009
Energética Brasileira - 2009
PETRÓLEO e
DERIVADOS

GÁS NATURAL 8,8%
37,9%
4,8%
CARVÃO MINERAL 1,4%

URÂNIO

HIDRÁULICA e
RENOVÁVEIS 15,2%

BIOMASSA

DERIVADOS DA
CANA-DE-AÇÚCAR
18,0% Renováveis
32,0%
LENHA E CARVÃO Brasil: 47,2 %
10,1%
VEGETAL
OECD: 7,2 %
OUTRAS
RENOVÁVEIS
3,8% Mundo: 12,7 %

(Fonte: Resenha Energética 2009. MME, Mar/2010)

Características do Setor Elétrico
Brasileiro
Capacidade de Geração Elétrica no Brasil
Matriz Elétrica Brasileira
Total: 122,7 GW
Hidro
Gás 66.50%
Petróleo
Biomassa
6.66%
Nuclear
Carvão Mineral
Eólica
0.81%
Importação
1.58%
1.64%
6.64%
5.42%
Total: 122,7 GW 10.75%

(Fonte: Banco de Informações de Geração. ANEEL, 8/6/2011)

Setor Elétrico Brasileiro

Capacidade Instalada
Fonte Potência [MW] %
Hidrelétrica 81.602 71,23
Térmica 21.801 19,03
Biomassa 8.149 7,11 114,6 GW
Nuclear 2.007 1,75
Eólica 999 0,87
Total 114.558 100,00

 Linhas de Transmissão: 97.703 km (alta voltagem)

 98% do mercado de energia elétrica é suprido através do Sistema
Interligado Nacional (SIN); o sistema isolado representa 2% do mercado
concentrando 3% da população

Consumidores 63.3 milhões
Energia Gerada 499 TWh/ano
Pico de consumo 64,9 GW
(Fonte: ANEEL, 2011, MME,2009)

Características do Setor Elétrico 8

Brasileiro

Linhas de Transmissão de dimensões continentais

BRASIL
3,900 km
EUROPA

(Fonte: MME, 2009)

Recursos Renováveis no Brasil
Manual de Inventário Hidrelétrico

Potencial Hidrelétrico

Norte
111.396 MW
Nordeste
26.268 MW

Sudeste e
Centro-oeste
Brasil 78.716 MW
Potencial: 260 GW
Aproveitado: 30%
Inventariado: 40%
Sul
Estimado: 30% 42.030 MW

(Fonte: WEC 2005)


Energia Hidráulica

• As vantagens de uma usina hidrelétrica são o fato de sua
operação não ser poluente e de a água ser uma fonte
renovável. As barragens também controlam a vazão dos
rios, minimizando os efeitos das enchentes.

• As desvantagens são a desapropriação de terras
produtivas pela inundação e o impacto ambiental do
alagamento, que provoca a perda de vegetação e da
fauna terrestres. Além disso existem estudos que indicam
emissão de gás de efeito estufa do reservatório devido a
decomposição da matéria orgânica submersa com a
construção do reservatório (COPPE/UFRJ).


Usinas Hidrelétricas do Brasil
USINAS HIDRELÉTRICAS em Operação UHE (MW)
Usina [MW] Proprietário Município Rio
Outorgada 17.174,8
Tucuruí I e II 8.370,0 ELETRONORTE Tucuruí – PA Tocantins
Em Obras 8.347,0
Itaipu (Parte
7.000,0 Itaipu Binacional Foz do Iguaçu – PR Paraná
Brasileira)
Em Operação 81.602,0
Companhia Energética Ilha Solteira - SP /
Ilha Solteira 3.444,0 Paraná
de São Paulo Selvíria – MS UHE (no de
Canindé de São Francisco empreendimentos)
Xingó 3.162,0 CHESF São Francisco
- SE / Piranhas – AL
Outorgada 237
Delmiro Gouveia - AL /
Paulo Afonso IV 2.462,4 CHESF São Francisco
Paulo Afonso - BA Em Obras 62

USINAS HIDRELÉTRICAS em Construção Em Operação 908

Energia Sustentável do
Jirau 3.300,0 Porto Velho - RO Madeira
Brasil S.A. Potência Total:
Santo Antônio 3.150,4 Santo Antônio Energia S.A. Porto Velho - RO Madeira 81,6 GW Instalados
USINAS do tipo UHE em Outorga
Total:
908 Usinas
Belo Monte 11.233,1 Norte Energia S.A. Vitória do Xingu - PA Xingu em Operação
Grupo de Empresas Ananás - TO /
Santa Isabel 1.087,0 Araguaia
Privadas Palestina do Pará – PA


Pespectivas da Energia Hidráulica

• É a fonte de energia que ainda apresenta os menores
custos de geração. Os custos da energia gerada pelas
Usinas Hidrelétricas brasileiras é na faixa de 70-80
R$/MWh.
• Os maiores potenciais remanescentes estão localizados
em regiões com fortes restrições ambientais e distantes
dos principais centros consumidores.
• As Pequenas Centrais Hidréletrica (PCHs), com potências
de 1-30 MW, operam a fio d’água com reservatórios
limitados. Essa modalidade de aproveitamento hidráulico
apresenta um menor impacto ambiental sendo
enquadrada com uma fonte alternativa.


Tecnologias em Foco
(energia renovável complementar)

Eólica

Solar fotovoltaica

Solar térmica


Aplicações da Energia Eólica

Catavento –
Bombeamento d’água

• Residências

• Fazendas

• Aplicações Remotas


Aplicações da Energia Eólica

Pequeno Porte Intermediário
(10 kW) (10-250 kW)
• Residências • Sistemas
• Fazendas Híbridos

• Aplicações • Geração
Remotas Distribuída

Grande Porte
(250 kW - 5+MW)
• Parques Eólicos
• Geração Distribuída


Configurações de Aerogeradores

Cubo
Rotor
Eixo
Multiplicador
Gerador
Nacele
Torre

(Fonte: CRESESB, 2008)

Desenvolvimento da Tecnologia

Evolução da potência dos
7.000 kW
aerogeradores
5,000 kW
140
Diâmetro do rotor (m)

Aerogeradores de Série 2,500 kW
120
Protótipos
1,500 kW
100

80
600 kW
60 500 kW

40
300 kW
50 kW
20

0
1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

Ano
(Fonte: DEWI, 2006)

Potência Eólica Instalada
no Mundo

196,6 GW instalados no mundo em 2010

(Fonte: WWEA, 2011. World Wind Energy Report 2010)

Potencial Eólico Brasileiro

Potencial Eólico: 143,5 GW
Altura de Referência: 50m

(Fonte: Atlas do Potencial Eólico Brasileiro. CEPEL, 2001)

Complementaridade sazonal entre
os ventos e as vazões hídricas

Sazonalidade das Usinas Eólicas do Proinfa
6.000 350.000
Eólicas - NE

PROINFA - Eólicas do NE (MWh)
300.000
5.000

250.000
Vazão (m3/s)

4.000
200.000
3.000
150.000

2.000
100.000

1.000 50.000
Vazão do Rio São Francisco
0 0
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ

Potencializa maior estabilidade sazonal de oferta


Atlas do Potencial Eólico
Iniciativas Estaduais
• Alagoas
http://www.desenvolvimentoeconomico.al.gov.br/min
as-e-energia/mapa-eolico/

• Bahia
http://www.coelba.com.br/

• Ceará
http://www.seinfra.ce.gov.br/

• Espírito Santo
http://www.aspe.es.gov.br/atlaseolico/

• Minas Gerais
http://www.cemig.com.br/atlas_eolico_2010/index.ht
m

• Paraná
http://www.copel.com/download/mapa_eolico/Atlas_d
o_Potencial_Eolico_do_Estado_do_Parana.pdf
http://www.copel.com/download/mapa_eolico/Mapa_d
o_Potencial_Eolico_do_Estado_do_Parana.pdf

• Rio de Janeiro
Governo do Estado - Secretaria de Estado de Energia,
da Indústria Naval e do Petróleo

• Rio Grande do Norte
http://www.cosern.com.br/ARQUIVOS_EXTERNOS/PD
F/mapa_eolico.pdf

• Rio Grande do Sul
http://www.semc.rs.gov.br/index.php?menu=atlaseoli
co


Usinas Eólicas do Brasil

Potência Total Instalada:
USINAS EÓLICAS em Operação
Usina MW Proprietário Município
998,5 MW (0,81%)

Eólica Formosa Geração e
51 Plantas em operação
Praia Formosa 104,4 Comercialização de Energia Camocim – CE
S.A.
Parque Eólico PROINFA – Eólica (MW)
70,0 Elebrás Projetos S.A Tramandaí – RS
Elebrás Cidreira 1
Contratado 1.422,9
Bons Ventos Geradora de
Canoa Quebrada 57,0 Aracati – CE
Energia S.A. Em Operação 902,4
Eólica Icaraizinho Geração e
Em Construção 520,5
Eólica Icaraizinho 54,6 Comercialização de Energia Amontada – CE
S.A.

Alegria I 51,0
New Energy Options Geração
Guamaré - RN PROINFA – Eólica
de Energia S/A
(# Projetos)
Situação Atual dos Empreendimentos de Energia Eólica Contratado 57
# Projetos Situação Atual Potência [MW] Em Operação 43
115 Outogardos 3.771,7
Em Construção 14
35 Em construção 928,0

51 Em operação 998,5


Sistemas de Grande Porte

Mucuripe – 2,4 MW (Fortaleza, CE) Osório – 50 MW (Osório, RS)

(http://www.suzlen.com)

RN 15 – 49,3 MW (Rio do Fogo, RN) Paracuru – 23,5 MW (Paracuru, CE)

Benefícios da Energia Eólica

• É uma fonte de energia limpa e renovável que não produz
a emissão de gases de efeito estufa ou resíduos tóxicos.
Contribui para o combate às mudanças climáticas.
• Projetada para operar por mais de 20 anos e, ao final de
sua vida útil, a área pode ser restaurada com baixo
financeiros e ambientais. É uma forma de
desenvolvimento essencialmente reversível.
• Melhora da segurança e confiabilidade do fornecimento
de energia elétrica com a diversificação da matriz.
• Reduz a dependência de importação de energia.
• A geração de empregos com desenvolvimento do
mercado de energia eólica.


Perspectivas da Energia Eólica


Perspectivas da Energia Eólica

• Energia limpa e renovável é uma alternativa a expansão de geração térmica
contribuindo para mitigação das mudanças climáticas (um único aerogerador
de 1,8 MW poupa a emissão de mais de 2 ton de CO2 anualmente).
• Perspectivas de crescimento com o custo da eletricidade gerada em queda
contínua. Entre 1990 e 2008, a capacidade instalada no mundo dobrava a cada
3 anos coincidindo reduções de 15% nos preços.
• O grande potencial eólico brasileiro e a evolução tecnológica dos aerogeradores
apontam a energia eólica como uma alternativa viável econômica e
ambientalmente.
• Nos leilões realizados em ago/2011, foram comercializados o equivalente a
1.928,8 MW instalados, distribuídos entre 78 projetos, com preço médio da
energia de 99,56 R$/MWh. O preço de referência da energia hidrelétrica
homologado pela ANEEL é de R$ 64,69/MWh.
• Apresenta fatores de capacidade entre 42% e 32%, enquanto usinas elétricas
convencionais apresentam em média 60%.

Energia Eólica
X Complementares
Energia de Fonte Hídrica


Energia Solar

O Sol envia para a Terra energia
equivalente a cerca de 10.000 vezes o
consumo mundial de energia bruta


Radiação Solar Global

40º N

O “Cinturão”
Solar

35º S

(Fonte: Wikipedia)


Potencial Solar

(Fonte: Atlas Solarimétrico do Brasil. UFPE, 2000)

Painéis fotovoltaicos
Potência instalada em nível mundial

(Fonte: SOLARBUZZ, 2009/ PHOTON INTERNATIONAL, 2008)

Venda anual em nível mundial

(Fonte: IDEAL, 2011, http://www.americadosol.org/vendas/)

Consumo anual por Aplicação

(Fonte: IDEAL, 2011, http://www.americadosol.org/vendas/)

Efeito Fotovoltaico

Efeito Fotovoltaico – Conversão direta de energia luminosa (fótons)
em energia elétrica
Célula Fotovoltaica – construída a partir de uma junção p-n de
material semicondutor, tem a propriedade de implementar o efeito
fotovoltaico.

(Fonte: http://micro.magnet.fsu.edu/primer/java/solarcell/index.html, 05/2009)


Módulos Fotovoltaicos
disponíveis no mercado

a) Silício Cristalino (c-SI) (a) m-SI

b) Silício amorfo hidrogenado (a-Si)
c) Telureto de cádmio (CdTe)
d) Disseleneto de cobre (gálio) e índio
(CIS e CIGS)
e) Módulos coloridos
(a) p-SI
f) Módulos High Power
(b)
(e) (c)

(Fonte: IDEAL, 2011, http://www.americadosol.org/tecnologias-no-mercado-3/)

Células Fotovoltaicas de Si

Silício monocristalino Silício policristalino Silício amorfo
(mono-Si) (poly-Si) (a-Si)
• Rendimento: 18% • Rendimento: 16% • Rendimento: 8%
• Custo Elevado • Menor Custo de fabricação • Menor Custo
• Vida Útil: 20-40 anos comparado a célula de • Vida Útil: 15-25 anos
silício monocristalino
• Vida Útil: 20-40 anos

Sistema Fotovoltaico Isolado

Sistema Isolado com Inversor de Tensão

Instalado em áreas de difícil acesso a rede elétrica, normalmente zonas rurais,
neste caso a energia fotovoltaica é a única fonte de eletricidade e é necessário
algum armazenamento, como baterias. Tais sistemas podem ser de geração
apenas para uma residência ou pode ser instalado em mini-redes para atender
uma pequena comunidade.

Sistema Fotovoltaico Híbrido
Sistema Híbrido com Geração Eólica


A geração fotovoltaica funciona em conjunto com outros, como geradores
eólicos ou diesel. Considerados mais complexos, tais sistemas exigem um
controle capaz de integrar as diferentes formas de geração de energia. Estes
sistemas podem estar conectados a rede, isolados ou ter o apoio da rede.

Sistema Fotovoltaico
Residencial Conectado à Rede

(Fonte: www.wright-way.com/solar-power.htm)

Este é o tipo mais popular de instalações PV, normalmente sobre o telhado de
casas e escritórios, e no qual é necessário a presença de um inversor, para
transformar a energia em corrente contínua para corrente alternada. A energia
gerada pelos painéis é entregue a rede elétrica convencional.

Mercado mundial de
painéis fotovoltaicos

• Incentivos governamentais expressivos têm sido utilizados para
o desenvolvimento deste mercado (feed-in, incentivos fiscais,
linhas de financiamento especiais, etc.)
• Centenas de fabricantes de painéis fotovoltaicos no mundo
• Predominância de aplicações conectadas na rede elétrica
• Custos: US$ 2,00/W (célula); US$ 5,00/W (módulo completo)
• Evolução tecnológica: Si amorfo com eficiência de 11,3%
• Brasil: Maior exportador de Si grau metalúrgico do mundo

(Fonte: PHOTON INTERNATIONAL, 2009)


Instalações Fotovoltaicas

(Fonte: CEPEL, 1999) (Fonte: CEPEL, 1999)

Crianças assistindo à TV pela primeira Sistema de bombeamento da
vez na comunidade de Boa Sorte. comunidade de Boa Sorte.
Município de Dianópolis - Tocantins Município de Dianópolis - Tocantins


Sistema de Bombeamento
Fotovoltaico

(Fonte: CEPEL, 1999)

Sistema energético no posto de saúde e
(Fonte: CEPEL, 1999) bombeamento da comunidade de Lago Novo
Município de Tartarugalzinho - AMAPÁ
Abastecimento comunitário de água
da comunidade de Amapá Grande
Município de Amapá - AMAPÁ

Universalização:
metas e desafios

(Fonte: MME, 2004)


Perspectivas

• Tem sido utilizada, no Brasil, em aplicações distantes da
rede, em particular na região amazônica e no interior da
região nordeste (exemplo: PRODEEM / Luz para Todos).
• Os custos médios variam de 400-1200,00 R$/MWh.
• No Brasil, se houver uma redução de custos ainda mais
significativa do que a que já está se verificando,
aplicações interligadas podem contribuir num cenário
distante de substituição de fontes térmicas.
• Proposta de regulamentação para microgeração de
energia com fontes renováveis (<100 kW) foi
apresentada pela ANEEL em out/2011. (ANEEL, 2011)


Solar Térmico
Aquecimento solar residencial

Grande oportunidade de crescimento da utilização de coletores
solares planos para aquecimento de água.

É desejável que uma legislação adequada e a disponibilidade
de financiamento estimulem sua utilização.

(Fonte: http://www.komeco.com.br/assets/)

Aquecimento Solar Residencial
Reservatório de Água Quente

Instalação

(Fonte: http://www.komeco.com.br/assets/)


Solar Térmico
Aquecimento solar residencial

• O Brasil possui a sétima maior área de coletores solares
instalados do mundo: 3,1 milhões de m²:

– 84% no setor residencial;

– 15% no setor terciário (hotéis e serviços);

– 1% no setor industrial.

• Em termos populacionais, o Brasil possui apenas 1,72 m² de
área coletora instalada para cada 100 mil habitantes, muito
atrás de Chipre (84,4), Barbados (26,9) e Turquia (13,5).

• A taxa média de crescimento anual da área coletora instalada
no Brasil é de 14%, enquanto no Canadá é de 50%, na
Alemanha de 39% e na França e na Grécia, de 34%.
(Fonte: Solar Heat Worldwide, Edition 2008)

Solar Térmico
Geração de Energia Elétrica - Heliotermia

Potência Instalada (MW)

Concentrador
468 MW
Parabólico
Torre Central 11 MW
Torre Central

(Fonte: Wikipedia, 2008)

Concentrador parabólico Disco parabólico


Solar Térmico
Geração de Energia Elétrica - Heliotermia

• Custos de Instalação:
– Plantas sem armazenamento térmico : 5000 Euros/kW
– Plantas com armazenamento térmico : 6000 - 7000
Euros/kW
• Custos da Energia Gerada:
– Plantas comerciais : 0,22 Euros/kWh (2007)

Desde que haja uma diminuição de custos muito significativa, a
geração heliotérmica poderá ser empregada,
em particular na Região Nordeste.
Iniciativa governamental de criação de grupos para
estabelecimento de uma agenda de P&D


Casa Solar Eficiente


Planta Baixa

1. Painel Rastreador
2. Aerogerador
3. Banco de Baterias
4. Painel Fotovoltaico
5. Iluminação Pública
6. Aquecimento Solar
Térmico
7. Sistema de
Bombeamento
8. Sala de Controle
9. Cozinha
10. Auditório
11. Sala de Eficiência
Energética
12. Banheiro


Configuração Elétrica
Painel Fotovoltaico: 1993 Wp
Baterias: 750Ah/48Vcc (20 unidades)
Inversor: 48Vcc/120Vca/60Hz-4kW
Autonomia: 72 horas
Consumo: 7,5 kWh
Rad. Média Anual: 4,75 - 5,25 kWh/m2.dia


Obrigado!

Bruno Montezano

www.cepel.br/cresesb
crese@cepel.br


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