(briquete de casca de arroz) – caso real

ANALIAÇÃO DE PLANTA TÉRMICA COM BIOMASSA (BRIQUETE
DE CASCA DE ARROZ) – CASO REAL “FAZENDA
EXPERIMENTAL DO CENTRO UNIVERSITÁRIO LUTERANO DE
PALMAS”
ROGÉRIO OLAVO MARÇON1
DR. JOEL CARLOS ZUKOWSKI JUNIOR2
ITALO RICARDO LOPES CAVALCANTE3
1
Doutorando Planejamento Energético - CEULP/ULBRA-Palmas-TO,
2
CEULP/ULBRA-Palmas-TO
3
Acadêmico de Eng. Agrícola - CEULP/ULBRA-Palmas-TO
RESUMO
O panorama estabelecido no cenário atual sinaliza que as fontes de energia renováveis devem
assumir papel crescente na matriz energética mundial, forçada pela perspectiva de redução das
reservas de combustíveis fósseis e, cada vez mais, por questões ambientais. Entre as inúmeras
fontes renováveis de energia, a biomassa mostra-se como uma alternativa bastante promissora,
entre a energia eólica e solar.
Neste contexto a utilização de fontes alternativas de energia, em particular a biomassa (resíduos
de cana de açúcar e de madeira, além da casca de arroz), aparecem como uma oportunidade de
particular importância para colaborar na oferta de energia do sistema interligado do Brasil, na
forma de geração descentralizada e próxima aos pontos de consumo, através de equipamentos e
combustível nacionais (exemplo resíduos de processo); vantagens estas que, aliadas aos
benefícios ambientais amplamente conhecidos, fazem com que a biomassa seja uma opção
estratégica para o país, que só depende de políticas adequadas para a sua viabilização.
Por outro lado, ainda existem áreas no Brasil, especificamente na região Norte, que não
pertencem ao Sistema Interligado, com geração exclusivamente baseada em óleo diesel, o que
corresponde a um gargalo importante na nossa matriz energética. O Brasil, além de importador de
petróleo bruto para refinar, é obrigado a importar óleo diesel puro para garantir a oferta deste
combustível. Nos últimos dez anos a importação de óleo diesel puro aumentou aproximadamente
dez vezes,segundo dados da ANP (www.anp.gov.br).
Além desta questão da importação do diesel e das emissões poluentes decorrentes do seu uso,
tais como: óxidos de enxofre, material particulado e gases de efeito estufa, entre outros, a geração
nos Sistemas Isolados com motores diesel (em grande parte antigos e ineficientes) é baseada nos
subsídios da Conta Consumo de Combustível (CCC), que paga um adicional de US$ 100 por
MWh gerado neste sistema alternativo.
As opções convencionais para substituição destes motores a diesel dependem de investimentos
elevados em sistemas de transporte e distribuição do gás natural um substituto de menor impacto
ao óleo, e ainda os impactos ambientais causados pela construção de gasodutos através da
floresta Amazônica.
Neste contexto, a utilização de biomassa produzida localmente (ou geradas, como resíduos) nas
comunidades para produção de energia aparece como uma possibilidade viável e sustentável para
este modelo. Óleos vegetais em motores diesel adaptados e resíduos agrícolas como combustível
em sistemas de geração de pequeno porte apresentam-se como alternativas tecnológicas
possíveis e, agora, viáveis economicamente, em função da utilização da CCC para energias
renováveis - o que passou a ser possível pela recente regulamentação da ANEEL.
Vale ressaltar que os distintos cenários apresentados nas macrorregiões do país influenciam
diretamente nos parâmetros de utilização da biomassa como energético. De maneira geral, a
biomassa assim empregada enquadra-se perfeitamente no conceito do desenvolvimento
sustentável, pois permite a criação de empregos na região, dinamiza as atividades econômicas,
reduz os custos relativos à distribuição e transmissão da energia gerada e, quando utilizada de
forma sustentável, apresenta nulas as emissões de carbono, não agredindo, desta forma, o meio
ambiente.
Entretanto, sabe-se que a viabilidade econômica de um projeto de geração depende, em primeiro
lugar das características da própria unidade, da tarifa de energia elétrica e do custo do
combustível para o consumidor. Especificamente, a viabilidade de cada instalação é determinada
no projeto conceitual onde se realiza o estudo de fluxo de caixa e do custo da energia por
modalidade de combustível.
A avaliação econômica de um projeto consiste em ponderar os fatores que envolvem a tomada de
decisão, com maior probabilidade de sucesso no desenvolvimento de um projeto de investimento.
Após a decisão de execução de um projeto, definidas suas características, seu local de
implementação, os equipamentos, a mão-de-obra e materiais necessários, é preciso calcular todos
os custos envolvidos e qual será o investimento necessário.
O sucesso de qualquer projeto passa por uma analise o mais exata possível de todo o
investimento necessário à implementação, desde investimento em terrenos, edificações,
equipamento, gastos com pessoal na produção e manutenção, à gestão do projeto, etc., bem
como a determinação da sua rentabilidade ou o seu “lucro”. Após estes cálculos, será necessário
verificar se existem alternativas de investimento que se tornem mais vantajosas em termos de
investimento e seu retorno, por isso é necessário fazer a comparação de alternativas.
ABSTRACT
The panorama established in the current scenery signals that the sources of energy renewed they
should assume growing paper in the world energy head office, forced by the perspective of
reduction of the reservations of fossil fuels and, more and more, for environmental subjects. Among
the countless sources you renewed of energy, the biomass is shown as an alternative one quite
promising, among the energy of the win and solar.
In this context the use of alternative sources of energy, in particular the biomass (residues of cane
of sugar and of wood, besides the peel of rice), they appear as an opportunity of private importance
to collaborate in the offer of energy of the interlinked system of Brazil, in the form of decentralized
generation and close to the consumption points, through equipments and national fuel (example
process residues); advantages these that, formed an alliance thoroughly with the environmental
benefits known, they do with that the biomass is a strategic option for the country, that only
depends on politics adapted for its situation.
On the other hand, areas still exist in Brazil, specifically in the North area, that they don't belong to
the Interlinked System, with generation exclusively based on oil diesel, what corresponds to an
important the bottom net in our energy head office. Brazil, besides importer of gross petroleum to
refine, it is forced to import oil pure diesel to guarantee the offer of this fuel. In the last ten years the
import of oil pure diesel increased ten times data of ANP approximately (www.anp.gov.br).
Besides this subject of the import of the diesel and of the emissions current west of its use, such
as: oxides of sulfur, material powder and gases of effect stove, among other, the generation in the
Isolated Systems with motors diesel (largely old and inefficient) it is based on the subsidies of the
Bill Consumption of Fuel (CCC), that pays an additional of US$ 100 for MWh generated in this
alternative system.
The conventional options for substitution of these motors to diesel depend on investments elevated
in transport systems and distribution of the natural gas a substitute of smaller impact to the oil, and
still the environmental impacts caused by the gas pipe line construction through the Amazon forest.
In this context, the biomass use produced locally (or generated, as residues) in the communities for
production of energy appears as a viable and maintainable possibility for this model. Vegetable oils
in adapted motors diesel and agricultural residues as fuel in systems of generation of small load
come as possible technological alternatives and, now, viable economically, in function of the use of
CCC for energy renewed - what became possible for the recent regulation of ANEEL.
It is worth to stand out that the different sceneries presented in the regions of the country influence
directly in the parameters of use of the biomass as energy. In a general way, the biomass like this
maid perfectly in the concept of the maintainable development, because it allows the creation of
employments in the area, economic activities, it reduces the relative costs to the distribution and
transmission of the generated energy and, when used in a maintainable way, it presents null the
emissions of carbon, not attacking, in this way, the environment.
However, it is known that the economic viability of a generation project depends, in first place of the
characteristics of the own unit, of the tariff of electric energy and of the cost of the fuel for the
consumer. Specifically, the viability of each installation is determined in the conceptual project
where he/she takes place the cash flow study and of the cost of the energy for modality of fuel.
The economic evaluation of a project consists of pondering the factors that involve the taking of
decision, with larger success probability in the development of an investment project.
After the decision of execution of a project, defined its characteristics, its implementation place, the
equipments, the labor and necessary materials, it is necessary to calculate all the involved costs
and which will be the necessary investment.
The success of any project goes by one it analyzes the most exact possible of the whole necessary
investment to the implementation, from investment in lands, constructions, equipment, expenses
with personnel in the production and maintenance, to the administration of the project, etc., as well
as the determination of its profitability or its " profit ". After these calculations, it will be necessary to
verify investment alternatives that become more advantageous in investment terms and its return
exist, that it is necessary to do the comparison of alternatives.
1
Desenvolvimento
Um investimento em equipamentos produtivos, por exemplo, pressupõe a inserção no processo
produtivo da empresa, de novas tecnologias, que permitam a obtenção de uma melhor
“performance” tanto dos produtos como do processo de fabricação. Para tal exige que se façam
estudos rigorosos no sentido de otimizar os esforços de investimentos, por fase, de modo a
permitirem tomadas de decisão acertadas para o futuro da empresa (Bom et al 1992).
O ciclo de desenvolvimento de um projeto de investimento é composto por três grandes fases:
fase de pré-investimento, fase de investimento e a fase de exploração.
Cada uma destas três fases principais podem subdividir-se em várias etapas, algumas delas
constituindo importantes atividades empresariais.
1ª Fase – Pré – Investimento
Identificação e seleção de idéias ou esquemas com interesse – estudos de oportunidades.
Preparação do anteprojeto com estudos de mercado, estudos técnicos e uma primeira
aproximação dos custos de funcionamento e investimento, e acima de tudo realização de estudo
do contexto aos níveis jurídicos, econômicos, financeiro, político e humano – estudos de préviabilidade.
Formulação do projeto para decisão final com avaliações econômica, financeira e analise de risco.
Deve ainda nesta fase constituir-se variantes alternativas para o projeto, preparando-se um
relatório bem fundamentado para tomada de decisão – estudos de viabilidade.
Avaliação e decisão de investir
2ª Fase – Investimento
Preparação do projeto para execução, com estudos de engenharia, consulta de fornecedores,
formação profissional, aquisição dos equipamentos e elaboração do plano de realização do projeto
– execução física do projeto.
3ª Fase – Implementação/Exploração
Fase de controle de implementação do projeto.
Fase de pleno funcionamento.
Convém salientar que são desenvolvidas diversas atividades em paralelo no decorrer de cada
uma das fases.
A partir do momento em que as etapas iniciais de estudo de pré-investimento tenham fornecido
indicações suficientemente seguras, quanto a viabilidade do projeto, passam-se-á à promoção do
investimento e planificação da execução, embora o esforço dos promotores se reserve para etapa
de avaliação final e para fase de investimento.
Fatores econômicos
Os Sistemas de Geração devem ser submetidos a uma detalhada análise técnica –econômica
para verificação de sua viabilidade. O levantamento das cargas elétricas e térmicas deve ser o
mais fiel possível. Em sistemas existentes, o melhor procedimento é a verificação das contas de
energia por um período mínimo de 12 meses, avaliando-se então a participação de cada tipo de
energético empregado, seu pique de demanda e sua curva horária, semanal e mensal de
consumo.
Em sistemas novos, em fase de projeto, o mesmo tipo de informação é necessária, porém deve
ser avaliada sempre que possível com auxilio de programas de computador para simulação
energética.
A simulação deverá analisar de forma dinâmica, fatores como formas de tarifação de energia
elétrica, sazonalidade das cargas elétricas e térmicas, e o desempenho dos equipamentos que
compõe cada alternativa (inclusive em carga parcial).
Os fatores de custo inicial a serem considerados incluem:
Custo do capital;
Custo inicial do Sistema de Geração, incluindo os elementos auxiliares, tais como caldeiras,
trocadores de calor, unidades de absorção, bombas, controladores, etc;
Dedução do valor do custo inicial dos elementos substituídos pelo Sistema de Geração (caldeiras
convencionas, chillers elétricos, geradores de emergência, nobreaks, etc.);
Redução de custos de componentes correlatos tais como os derivados da redução de tamanho da
subestação elétrica, cabos, chaves, etc.
Os elementos básicos de custo operacional são:
Análise dos custos de energia (elétrica e térmica) no sistema convencional e no de cogeração;
Valor de manutenção e operação (pessoal, materiais etc.) para as duas alternativas. Não deve ser
esquecido que a análise de energia deve incluir todos os produtos gerados pelo Sistema de
Cogeração (vapor, água quente, água gelada, frio, etc.), não se limitando a energia elétrica.
Os elementos de análise financeira incluem o capital próprio investido, a taxa de juros, incentivos
(depreciação acelerada, impostos, etc).
A composição econômica de todos os elementos acima, tais como custo inicial, operacional,
manutenção e custos financeiros por um determinado prazo (em geral de vinte anos), deve ser
então comparada nas duas alternativas, e os números em geral procurados como indicadores são
o IRR (Internal Revenue Rate) e o prazo de amortização. Taxas de juros atrativas com prazos de
amortização e carência adequados estão disponíveis hoje em dia para os projetos de co-geração.
Iniciando o estudo de viabilidade econômica mostramos os principais aspectos técnicos referentes
a esse empreendimento destacando suas vantagens e desvantagens frente a outros tipos de
sistemas de conversão de energia, seus custos e suas peculiaridades sempre nos focando com
relação às particularidades do estudo de caso que estaremos abordando mais a frente.
Centrais Termelétricas
As Centrais Termelétricas podem ser classificadas atendendo os seguintes critérios:
Produto Principal;
Tipo de Combustível;
Tipo de máquina térmica;
Tipo de Caldeira;
Potência;
Viabilidade Econômica
A analise econômica consiste em fazer estimativas de todo o gasto envolvido com investimento
inicial, operação e manutenção, custos de combustível e receitas geradas durante um
determinado período de tempo, para assim montar-se o fluxo de caixa relativo a esses
investimentos, custos e receitas e determinar quais serão os indicadores econômicos com o que
se espera obter com outras alternativas de investimento deste capital, pode-se neste estudo
concluir sobre a viabilidade ou não do empreendimento.
Investimento Inicial
O gasto de investimento, tipicamente uma função da tecnologia adotada e do nível de
desempenho da planta, é a soma do custo dos diversos equipamentos componentes da planta,
mais os custos de implantação, que por sua vez devem incluir transporte, seguros, taxas,
instrumentação e controle, obras civis, montagem, etc..
Para o caso da Termelétrica da Fazenda Experimental do CEULP/ULBRA, que está sendo
analisado, temos uma planta composta por 01 Turbina a Vapor [35KW] e 01 gerador [30KW],
tendo um custo com equipamentos de R$ 91.700,00, fazendo com que o custo total do
investimento inicial seja R$. 111.000,00.
Custos anuais com Operação e Manutenção
Os custos anuais com operação e Manutenção da planta podem ser estimados em função do
investimento inicial. Adota-se esse valor como sendo 7[%] do custo total do investimento. 5[%]de
Manutenção r 2 [%] de Operação.
Assim, estes custos totalizaram R$. 7.770,00.
Custo do Combustível
O combustível utilizado na planta é a biomassa residual (Palha e Casca de Arroz), e os custos
com esse combustível devem ser analisados criteriosamente pois este representa cerca de 70[%]
dos gastos anuais totais da planta.
Sabendo-se que a planta consome 80 kg/h, e o custo do briquete é de R$ 0,085 por hora, e
considerando que a planta irá opera durante 8000 horas em potência máxima.
Considerando as questões explicitadas acima o custo anual estimando para o Briquete de casca
de arroz foi de R$ 54.399,46.
Venda de Energia Elétrica
No caso estudado toda energia gerada, 30 [KW.h], será vendida a empresas permissionárias de
distribuição pelo Valor Normativo gerando todas as receitas do empreendimento em questão.
Existem outras opções tais como acordos bilaterais, no entanto para o âmbito desse estudo de
caso adotou-se a venda de toda energia gerada pelo valor normativo, portanto sendo este o valor
padrão.
A Lei 9.648 de 27 de maio de 1998 apresenta, dentre outros itens, a nova forma de
relacionamento entre concessionários e autorizados de geração e permissionários de distribuição
onde e a compra e venda de energia passam a ser de livre negociação, observadas as condições
de transição no período – 1998-2005.
Dentro da legislação retro-citada existem algumas particularidades tais como a revisão dos valores
de repasse no caso de mudança relevantes na cadeia de produção de energia elétrica no Brasil,
que é de extrema importância considerando que o horizonte de planejamento da central em
questão é de 20 anos.
Na atualização dos valores normativos a ANEEL analisou diferentes projetos de geração hidro e
termelétricos adotando parâmetros econômico – financeiros coerentes com as atuais estruturas de
financiamento e prazos praticados pelos empreendedores em instalações de energia elétrica.
A tabela 4 apresenta os valores normativos reposicionados para janeiro de 2001.
Valor Normativo
Fonte
Competitiva
[R$/MWh]
[US$/MWh]
114,97
36,85
Termelétrica a carvão Nacional
118,96
38,13
Pequenas Centrais Hidrelétricas
126,02
40,39
Termelétrica Biomassa
142,80
45,77
Eólica
178,31
57,15
Solar Foto-Voltaica
419,73
134,53
Baseado no que foi explicado acima chegou-se a um valor anual de receita gerada de US$ . Foi
considerado para esse cálculo que a usina irá operar [h] por ano e que o valor normativo se
permanecerá constante durante esses 20 anos.
Financiamentos
Como se trata de um empreendimento onde os custos de investimentos são altos, torna-se
necessário conseguir junto a entidades autorizadas, financiamentos que tornem mais atrativos
empreendimentos dessa natureza.
Tendo em vista isso analisa-se um caso onde tem-se um financiamento do BNDES da linha do
programa de Apoio Financeiro a Investimentos Prioritários no Setor Elétrico.
Esse programa tem por objetivo contribuir efetivamente para o estímulo a implantação, em
curtíssimo prazo, dos projetos de expansão da capacidade instalada do sistema elétrico brasileiro,
apoiando investimentos de geração através de usinas hidrelétricas, usinas termelétricas,
Cogeração e transmissão.
A taxa de juros aplicada para esses tipos de financiamentos é a TJLP (Taxa de Juros a Longo
Prazo – para gastos locais) + cestas de moedas (para materiais e equipamentos importados) +
spread de risco.
Para estas condições chegou-se a um valor médio de taxa de juros para o financiamento em torno
de 15%, que será usado par os devidos fins no estudo de caso.
Os prazos para pagamento da dívida serão determinados em função da capacidade de
pagamento do empreendimento da empresa ou grupo econômico, contemplando um período de
carência que pode ser até 06 meses e um período de amortização que poderá ser de até 12 anos
após a conclusão do projeto.
O nível de participação nos financiamentos para termelétricas é de no máximo 80 [%].
Ao se analisar uma proposta de investimento, deve ser considerado o foto de se estar perdendo a
oportunidade de auferir retornos pela aplicação do mesmo capital em outros projetos. A nova
proposta para ser atrativa deve render, no mínimo, o custo de capital da empresa.
Para o caso, adotou-se uma TMA de 18%que é um valor comumente utilizado para esse tipo de
empreendimento.
Taxa Interna de Retorno
Por definição, a taxa interna de retorno de um fluxo de caixa é a taxa para a qual o valor presente
liquido é nulo.
No caso estudado o fluxo de caixa é sempre negativo, não sendo possível igualar o valor presente
liquido a zero.
Valor Presente Liquido
Representa o resultado de todos os valores do fluxo de caixa calculados para a data zero, levando
em consideração a taxa de juros do período.
Encontrou-se o valor de R$ - 314.255,84 para a condição analisada.
Analise de Sensibilidade
Na analise de sensibilidade é estudado o efeito que a variação de um determinado dado de
entrada pode ocasionar nos resultados. Quanto uma pequena variação num parâmetro altera
drasticamente a rentabilidade do projeto, diz-se que o projeto é muito sensível a este parâmetro e
poderá ser interessante concentrar esforços para obter dados menos incertos.
Para analise em questão vario-se o preço do briquete, o valor normativo da energia elétrica e o
investimento por kW instalado, os resultados foram comparados e apresentados em forma de
gráficos.
2
Conclusões
Conclui-se que:
•
Onde houver biomassa disponível este sistema poderá ser utilizado com sucesso;
•
Pequenas centrais termelétricas são uma alternativa tecnologicamente possível para
comunidades isoladas;
•
O briquete de casca de arroz usado como combustível é uma alternativa aos derivados
de petróleo para produção de energia elétrica;
BIBLIOGRAFIA
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