Arnaldo Walter awalter@fem.unicamp.br DE/FEM e NIPE – Unicamp

1. A Biomassa Moderna e a Geração Distribuída no BrasilFórum Permanente de Energia e Ambiente – Universalização do Atendimento de Energia Elétrica e Geração Distribuída Arnaldo Walter awalter@fem.unicamp.br DE/FEM e NIPE – Unicamp

2. Conteúdo da apresentação • “Biomassa moderna” • Geração Distribuída • Aspectos de sustentabilidade • Geração elétrica a partir da biomassa, no Mundo e no Brasil: situação atual • Tecnologias: convencionais e modernas • Perspectivas, para o Brasil

3. Biomassa moderna • Conceito associado à conversão da biomassa em vetores tais como eletricidade, combustíveis gasosos e líquidos. • Necessidade de desenvolvimento de novas tecnologias (necessidade de competitividade técnico e econômica) e/ou da superação das barreiras tecnológicas das alternativas já comerciais. • Aspecto ambiental também é importante condicionante: sustentabilidade.

4. Geração Distribuída • Geração distribuída – GD – (caso específico de “recursos distribuídos”) é o novo termo para o que, no passado, era conhecido como geração descentralizada (atendimento da demanda por unidades de geração de pequeno ou médio porte, localizadas próximas aos pontos de consumo). • Há várias definições de GD e uma delas estabelece como sendo a geração que prescinde de sistemas de transmissão para atendimento do mercado consumidor. • Quanto à capacidade, aceitam-se como GD unidades até 300 MW.

5. Geração Distribuída Fonte: International Power Generation (1997) Desenvolvimento dos mercados e do suprimento de energia elétrica

6. Características da sustentabilidade em cenários energéticos (WEA, 2000) • Aspectos sociais – erradicação da pobreza, diminuição das desigualdades, promoção do acesso universal, redução das tarifas. • Aspectos ambientais – redução da poluição atmosférica, redução dos impactos à saúde, redução das emissões de GHGs, redução do uso de materiais tóxicos. • Aspectos energéticos / tecnológicos – aumento do uso endógeno de recursos, melhora da eficiência de suprimento e de uso final, maior difusão tecnológica.

7. A Geração Elétrica com Biomassa • Algumas informações sobre o quadro mundial em 1998 (WEA, 2000): 40 GW em operação ( 1,5% da capacidade total), taxas de crescimento da capacidade de 3% a.a., 160 TWh de geração ( 1% da geração total), fatores de capacidade de 25-80%, custos de investimento entre 900 e 3000 US$/kW, custos de geração entre 5 e 15 ¢/kWh e custos projetados de 4 a 10 ¢/kWh. • Tecnologia dos ciclos a vapor de pequena capacidade (cogeração e termelétricas < 50 MW).

8. A Geração Elétrica com Biomassa • Algumas informações sobre o quadro no Brasil. Geração de 37,3 TWh de energia elétrica em 2002 (4,0% do total, considerando “outras recuperações” como biomassa) (em 1998, 23,2 TWh, i.e., 15% da geração mundial). A capacidade total instalada em biomassa em Março de 2004 somava 2.730 GW (3,1% da capacidade total). Havia, ainda, mais 12,2 MW em construção e 495,6 MW outorgados. • Tecnologia dos ciclos a vapor. Majoritariamente instalações de cogeração e poucas termelétricas.

9. A Geração Elétrica com Biomassa Participação da biomassa (%) na geração elétrica no Brasil Fonte: BEN (2003)

10. A Geração Elétrica com Biomassa Os números do World Survey of Descentralized Energy 2002-2003 para o Brasil indicam que em 2000 a capacidade de geração distribuída (biomassa inclusive) representava 4% da capacidade total instalada, sendo a geração efetiva equivalente a 3% da geração total (ver figura ao lado).

11. A Geração Elétrica com Biomassa, no Brasil Fonte: ANEEL (2004)

12. Tecnologias Fonte: (Nussbaumer et al., 1998) Estado da arte das tecnologias de produção de energia elétrica a partir da biomassa

13. Tecnologias de geração elétrica • As tecnologias comerciais são as de conversão direta da biomassa (ciclos a vapor de qualquer capacidade). • Todas as tecnologias que podem resultar maior eficiência de geração elétrica (a partir de derivados gasosos ou líquidos) ainda não atingiram fase comercial. • As condições de viabilidade econômica para o Brasil não correspondem exatamente ao que é apresentado na figura anterior.

14. Tecnologias de geração elétrica • Gaseificação e turbinas a gás – variante mais promissora, já tendo sido atingido estágio pré-comercial para gaseificação de madeira. Custos de capital ainda altos. Co-firing pode ser alternativa para redução dos riscos e ganhos de eficiência. Em princípio, instalações > 150-200 MW poderiam ser viáveis. Grande interesse para emprego da biomassa residual da cana de açúcar.

15. Tecnologias de geração elétrica Esquema de uma instalação BIG-CC, segundo proposta da TPS

16. Tecnologias de geração elétrica Semi integração de um sistema BIG-GT à uma usina de açúcar e álcool

17. Tecnologias de geração elétrica • Gaseificação e motores de combustão interna – tecnologia dominada, mas ainda não totalmente comercial, pois ainda há restrições à operação contínua, com baixo custo de manutenção. Uma vez superados os problemas associados à limpeza dos gases (pode haver, também, uma restrição ambiental), a tecnologia pode ocupar nichos de mercado.

18. Tecnologias de geração elétrica • Combustão e turbinas a ar quente (turbinas de combustão externa). Não houve sequer demonstração da tecnologia. Há restrições de custos de capital (alto custo do material do trocador de calor) e/ou restrições associadas à menor eficiência térmica. • Combustão (externa) e motores Stirling – alguns projetos de desenvolvimento de unidades muito pequenas (3-10 kW), ou pequenas (20-100 kW), ainda sem comprovação da operação contínua por longo tempo.

19. Tecnologias de geração elétrica • Pirólise e uso do óleo em motores de combustão interna ou turbinas a gás. Alternativa que tem a vantagem de permitir desacoplar a produção do óleo da geração elétrica. Há experiências de uso do bio-óleo, com ou sem mistura com diesel, em motores de 80-1.500 kW, mas sempre em períodos relativamente curtos. Há, ainda, as restrições associadas à pirólise.

20. Perspectivas, para o Brasil • O estágio de desenvolvimento de tecnologias mais eficientes ainda é incipiente, e pouco foi feito no Brasil no que diz respeito a algumas delas. • Entretanto, o potencial técnico-econômico é significativo no que diz respeito às tecnologias comerciais (ciclos a vapor). • A indústria brasileira é capaz de fornecer praticamente todos os itens de uma termelétrica ou unidade de cogeração a biomassa de pequena e média capacidade baseada em ciclo a vapor.

21. Perspectivas, no Brasil • Ademais, os custos de capital são muito mais baixos, no Brasil, para os ciclos a vapor para queima de biomassa (em muitos casos, 50%). • Outro aspecto fundamental para a viabilidade econômica é o baixo custo da biomassa (efetivo ou de oportunidade) (< 1-1,5 US$/GJ). • Há um potencial significativo para o emprego de biomassa residual, a baixo custo ou mesmo a custo negativo. • O números a seguir representam uma estimativa preliminar do potencial para três biomassas residuais.

22. Perspectivas, no Brasil • Biomassa residual da cana de açúcar (bagaço e pontas e folhas) = 4.000 MW adicionais (potencial passível de viabilização a curto-médio prazo). Tecnologia tal qual a apresentada a seguir. • Biomassa residual do arroz = 340 MW e biomassa residual da madeira = 290 MW. • Há concentração desses potenciais nas regiões Sul e Sudeste. • Condições ideais de fomento: política estável de médio-longo prazo de incentivos e compra da eletricidade produzida a partir da biomassa. PROINFA é parte da solução.

23. Perspectivas, no Brasil Esquema de sistema de cogeração com com turbinas de dupla extração e condensação