Cogeração de energia elétrica em unidade sucroenergética - Perspectivas e viabilidade

Mestrado Profissional em Produção
e Gestão Agroindustrial

Prof. Ms. José Paulo Leandro
Prof. Dr. Celso Correia de Souza

A COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
EM UMA UNIDADE
SUCROENERGÉTICA DE MATO
GROSSO DO SUL – PERSPECTIVAS E
VIABILIDADE

• IMPORTÂNCIA DO SETOR NO CENÁRIO
NACIONAL ;
• CRESCIMENTO DA PARTICIPAÇÃO DA
BIOENERGIA NA MATRIZ ENERGÉTICA
BRASILEIRA;
• RESOLUÇÃO ANEEL 482 DE 17/04/2012;
INTRODUÇÃO

• POTENCIAL DO ESTADO DE MATO GROSSO DO
SUL FRENTE AO CENÁRIO NACIONAL;
• IMPORTÂNCIA DO ASSUNTO COMO FONTE DE
PESQUISA.
INTRODUÇÃO

MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA
o DEMANDA DE ENERGIA – FORTE CRESCIMENTO
NOS PRÓXIMOS 25 ANOS
o CRESCIMENTO SUSTENTÁVEL
o CRESCIMENTO DA RENDA PER CAPITA E SUA
MELHOR DISTRIBUIÇÃO
• Tolmasquim (2007)
REVISÃO GERAL DE LITERATURA

FONTES 2005 2010 2011 2012
Não renováveis 52,7 52,6 54,3 54,0
Petróleo 42,0 42,1 42,5 41,6
Gás natural 8,8 9,0 9,3 9,9
Carvão 1,3 0,8 0,8 1,0
Urânio 0,7 0,7 1,6 1,5
Renováveis 47,3 47,4 45,7 46,0
Energia hidráulica 14,5 13,7 14,4 13,9
Lenha 14,2 10,3 10,1 10,0
Produtos da cana 15,5 19,3 16,9 17,5
Outras renováveis 3,2 4,1 4,4 4,6
Fonte: Adaptado de EPE (2013)
PARTICIPAÇÃO NA MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA
POR FONTE PRIMÁRIA EM PERCENTUAL
Fonte: Adaptado de EPE (2013)

Fonte: Adaptado do EPE (2013)
Oferta Interna de Energia Elétrica em 2012 em percentual

SETOR INDUSTRIAL 0,3%
SETOR RESIDENCIAL 2,10%
Fonte: EPE (2013)
CRESCIMENTO DO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA – BRASIL – 2012
PARTICIPAÇÃO DE FONTES RENOVÁVEIS – OFERTA INTERNA DE ENERGIA
BRASIL (2012) 44,1%
MUNDO (2010) 13,2%

• A GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
Conversão eletromecânica de energia
Fonte: Adaptado de TORO (1994, p.108).

AGENTES DO SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO:
• OPERADOR NACIONAL DO SISTEMA ELÉTRICO
(ONS);
• SISTEMA INTERLIGADO NACIONAL (SIN).

Representação simplificada do sistema de energia elétrica
Fonte: Adaptado de Xavier (1998)
CENÁRIOS DO SETOR DA ENERGIA ELÉTRICA NO BRASIL

Tipo por tecnologia
Quantidade
(un.)
Potência
(KW) ( % )
CGH 15 5.959 0.07
PCH 11 215.328 2.45
UHE 6 6.788.800 77,3
UFV 8 27 0
UTE 36 1.771.805 20,18
Total 61 8.347.695 100
COMPOSIÇÃO DA MATRIZ ENERGÉTICA DO MS EM 2013
Fonte: MME (2013)
CGH – CENTRAIS HIDRELÉTRICAS ATÉ 1 MWh
PCH - CENTRAIS HIDRELÉTRICAS ATÉ 30 MWh
UHE - CENTRAIS HIDRELÉTRICAS DE GRANDE PORTE
UFV - CENTRIAS FOTOVOLTÁICAS
UTE - ENTRAIS TERMELÉTRICAS

COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
A COGERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA, PERMITE
ATRAVÉS DO MESMO ELEMENTO ENERGÉTICO, A
OBTENÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA, VAPOR OU
ENERGIA MECÂNICA E CALOR (CLEMENTINO, 2001).

 Menor custo de energia (elétrica e térmica);
 Maior confiabilidade de fornecimento de energia;
 Melhor qualidade de energia produzida;
 Menor custo de transmissão e de distribuição de eletricidade;
 Maior eficiência energética;
 Menor emissão de poluentes (vantagens ambientais);
 Criação de novas oportunidades de trabalho e negócios.
VANTAGENS:

Esquema de um sistema de cogeração
Fonte: Adaptado de Paladino (2004)

TIPOS DE EQUIPAMENTOS UTILIZADOS PARA PRODUÇÃO
DE ENERGIA ELÉTRICA POR COGERAÇÃO
 TURBINA A VAPOR
 TURBINA A GÁS
 CICLO COMBINADO
 MOTORES ALTERNATIVOS
Contrapressão
Condensação

Sistema de turbina em contrapressão
Fonte: Adaptado de Clementino (2001)

Sistema de turbina em condensação
Fonte: Adaptado de Clementino (2001)

SETOR SUCROALCOOLEIRO
FONTE/ANO 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Toneladas equivalentes em petróleo (tep)
Renováveis 108.947 114.553 112.46 119.973 117.322 118.31
Produtos da Cana de Açúcar 40.458 45.019 44.775 48.852 43.27 45.132
PRODUÇÃO DE ENERGIA PRIMÁRIA EM 10.000 tep - BRASIL
Fonte: BIOSUL(2013).

SETOR SUCROALCOOLEIRO
Período
Cana de açúcar
(mil toneladas)
Açucar
(mil toneladas)
Etanol
(mil litros)
Bioenergia
(gwh)
2009/2010 23.100 746 1.262 660
2010/2011 33.500 1.326 1.848 1.100
2011/2012 33.860 1.588 1.620 1.300
CAPACIDADE DE MOAGEM DA CANA-DE-AÇÚCAR E PRODUÇÃO DE SEUS
DERIVADOS NA SAFRA 2011/2012 EM RELAÇÃO ÀS SAFRAS ANTERIORES. - MS.
Fonte: BIOSUL(2013).

0
200
400
600
800
1000
1200
1400
2010/2011 2011/2102 2012/2013
Produção bioenergia no MS em GWh
PRODUÇÃO DE BIOENERGIA EM MATO GROSSO DO SUL EM GWH.
Fonte: BIOSUL (2013).

Processo de extração e obtenção do bagaço da cana de açúcar
Fonte: ETH (2013).

Processo de produção de energia elétrica.
Fonte: ETH (2013)

OBJETIVOS
Geral:
 Investigar a viabilidade econômica na
produção de energia elétrica a partir do
bagaço da cana de açúcar no Estado de Mato
Grosso do Sul, comparando os custos de
produção com outros sistemas de geração de
de energia elétrica de pequeno porte e as
suas vantagens socioeconômicas.

OBJETIVOS
Específicos:
 Investigar o sistema de cogeração de energia
elétrica por bagaço;

 Determinar o custo de produção por MWh
considerando o estudo de caso na ETH
Bioenergia;
 Analisar a viabilidade do investimento na
produção e comercialização de excedentes;

OBJETIVOS
Específicos:
 Analisar as vantagens do sistema quanto aos
aspectos socioeconômicos e desenvolvimento
regional.

Questões da pesquisa:
• Quais os princípios básicos da cogeração de
energia elétrica pela queima de bagaço da
cana de açucar?
• O custo do MWh é competitivo frente a
outras tecnologias?
• O sistema é viável para a produção de
energia elétrica excedente?
• Qual a importância do setor para a matriz
energética de Mato Grosso do Sul?

PESQUISA REALIZADA NA USINA SANTA LUZIA DA
ETH BIOENERGIA DO GRUPO ODEBRECHT
MUNICÍPIO DA NOVA ALVORADA DO SUL (MS)
ABORGAGEM METODOLÓGICA DE CARÁTER
EXPLORATÓRIO E DESCRITIVO ATRAVÉS LE
LEVANTAMENTOS DE DADOS JUNTO AO CENTRO DE
OPERAÇÕES AVANÇADAS (COE)
MATERIAL E MÉTODOS

USINA DE SANTA LUZIA
INÍCIO DE OPERAÇÃO NO ESTADO: 2009
CAPACIDADE INSTALADA:
 MOAGEM DE CANA DE AÇUCAR: 6 MILHÕES DE TONELADAS;
 PRODUÇÃO DE ETANOL: 640 MILHÕES DE ETANOL;
 PRODUÇÃO DE ELETRICIDADE: 518 MIL MW.

METODOLOGIA UTILIZADA PARA O CÁLCULO DO CUSTO DO MWh E
VIABILIDADE ECONÔMICA
SOUZA et. al, CUSTO DA ELETRICIDADE GERADA EM
CONJUNTO MOTOR GERADOR UTILIZANDO BIOGÁS DA
SUINOCULTURA, 2004
AVACI et al, FINANCIAL ECONOMIC SCENÁRIO FOR
MICROGERATION ENERGY FROM SWINW CULTURE –
ORIGINATES BIOGAS, 2013

1)1(
)1(
1


 n
n
j
jj
FRC
FRC – Fator de Recuperação do Capital
j – Taxa de desconto
n – Prazo de amortização
EQUAÇÕES PRINCIPAIS
PE
CABCAG
Ce


Ce – Custo de energia elétrica
CAG – Custo anualizado do conjunto
motor-gerador
CAB – Gasto anual com bagaço da cana
PE – Produção de eletricidade

EQUAÇÕES PRINCIPAIS
n
n
t
t
t
r
VR
r
FC
IVPL
)1()1(1 


 

I – Valor do investimento inicial;
FC – Valor líquido do fluxo de caixa na data t;
r – Custo do capital;
VR – Valor residual do projeto na data do período final de análise.

RESULTADOS E DISCUSSÃO
DESCRIÇÃO VALOR UNIDADE
Taxa de desconto 8 %
Prazo para amortização do investimento 20 Ano
Custo investimento caldeira-gerador 161.000.000 R$
Custo operação e manutenção 800.000 R$ ano
Consumo de bagaço pelo conjunto caldeira-gerador 1.150.288 Toneladas/ano
Disponibilidade da planta 6.240 Horas/ano
Produção de bagaço de cana 1.168.914 Toneladas/ano
Gasto anual com energia elétrica adquirida na rede 50.000 R$/ano
Gasto com operação e manutenção da planta 800.000 R$/ano
Valores de referência de projeto. Unidade de Santa Luzia (MS). 2013
Fonte: ETH (2013).

Custo de Produção (MWh). Unidade de Santa Luzia (MS). 2013
Fator Descrição Valores
FRC Fator de recuperação de capital 0,11119
CIG Custo investimento do conjunto motor/gerador R$ 41.000.000,00
CAG Custo anualizado do investimento do conjunto motor/gerador
R$ 84.537.900
CIB Custo investimento da caldeira R$ 120.000.000,00
CB Custo do bagaço R$ 10,77
CNB Consumo de bagaço pelo conjunto motor/gerador 1.168.914 t/ano
CAB1 Gasto anual com bagaço R$ 14.220.000
Pot Potência nominal da planta 130.000KWh
T Tempo de disponibilidade da planta 6.240 h/ano
PE Produção de energia elétrica 811.200 MWh/ano
Ce Custo de energia elétrica produzida por bagaço R$ 121,74/MWh

Custo de Produção do MWh por tempo de operação.
Unidade Santa Luzia (MS). 2013
121,74

FONTE R$
Óleo diesel 491,61
Óleo combustível 330,11
Eólica 197,95
Gás natural 140,60
Nuclear 138,75
Carvão 135,05
Hidrelétrica 118,42
PCH 116,55
Biomassa (cana de açúcar) 101,75
Custos de produção de energia elétrica no Brasil, em 2008
Fonte: ANEEL (2008).

CENÁRIO 1
Considera que toda a energia excedente ( média de 66MWh)
é comercializada a um valor médio de R$136,77 tendo como
base, os valores alcançados nos Leilões de Energia Nova
(LEN), e que a receita resultante remunera o capital investido

CENÁRIO 2
Considera apenas a energia gerada para utilização da própria
indústria (média de 33 MWh), caso fosse comercializado,
considerando o mesmo valor de remuneração do cenário 1.
Nesse caso supõem-se que o investimento foi realizado para
a produção de energia equivalente ao consumo da própria
usina.

RESULTADOS
VPL = R$148.777.133,65

RESULTADOS
Produção média de 66MWh
Valor de comercialização de R$ 136,77
Tempo de operação de 6240 horas
VPL encontrado - R$ 210.747.356,00
Tempo de retorno do investimentos de 4,2 anos

Produção média de 33MWh
Valor de comercialização de R$ 136,77
Tempo de operação de 6240 horas
VPL encontrado - -R$ 65.767.907,00
RESULTADOS

Variação do VPL em relação a produção MWh
RESULTADOS
-R$ 50.000.000
R$ 0
R$ 50.000.000
R$ 100.000.000
R$ 150.000.000
R$ 200.000.000
35 40 45 50 55 60 65
VARIAÇÃO DO VPL EM RELAÇÃO A PRODUÇÃO (MWh)
VPL

RESULTADOS
0
2
4
6
8
10
30 40 50 60
TEMPO DE RETORNO INVESTIMENTO
TRI
MWh

RESULTADOS
(R$100.000.000)
(R$50.000.000)
R$0
R$50.000.000
R$100.000.000
R$150.000.000
R$ 130 R$ 140 R$ 150 R$ 160 R$ 170 R$ 180 R$ 190 R$ 200 R$ 210 R$ 220 R$ 230
VPL
Variação do VPL em relação a tarifa aplicada no fornecimento de energia
considerando a produção de 33MW.

A cogeração por bagaço de cana de açúcar é uma
excelente oportunidade como complemento de produção de
energia elétrica na composição da matriz energética
brasileira;
Disponibilidade de uma energia limpa e sustentável a
preços competitivos;
CONCLUSÕES
Apresenta vantagens econômicas devido a produção estar
próximo aos centros consumidores;
Pela sua lucratividade, impulsiona o desenvolvimento
econômico do estado produtor.

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