Pesquisa analisa geração energia por sistema híbrido eólico-fotovoltaico de pequeno porte

Tradicionalmente, a geração de energia elétrica em pequenas comunidades isoladas no Brasil é feita a partir de conjuntos motores geradores, que exigem uma manutenção rotineira especializada (praticamente inexistente nesses lugares), além de suprimento constante do óleo diesel encarecido pelas longas distâncias para transporte e que emite gases de efeito estufa (GEE). Já existem localidades isoladas das redes de distribuição de eletricidade que são assistidas pela energia solar fotovoltaica e/ou eólica, com armazenamento em baterias. E, atualmente, o desenvolvimento da tecnologia de células a combustível (CaC) permite que as baterias sejam substituídas pelo vetor energético hidrogênio.

Maiana Brito de Matos é autora de uma pesquisa de doutorado cuja originalidade está em determinar a quantidade de energia elétrica gerada por um sistema híbrido eólico-fotovoltaico de pequeno porte em Fortaleza (CE) e comparar os dois tipos de armazenamento, por baterias e por hidrogênio; ela também estimou as emissões de GEE que foram evitadas com a utilização do sistema proposto. A tese de doutorado foi orientada pelo professor Ennio Peres da Silva e apresentada na Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM).

“O aproveitamento em pequena escala da energia elétrica produzida por geradores que operam a partir de fontes intermitentes (sol e vento) implica no uso de bancos de baterias para armazenamento, a fim de ajustar geração e demanda”, explica Maiana Matos. “Por outro lado, hoje também é possível gerar hidrogênio através da eletrólise [quebra de moléculas] da água, nos períodos em que há excedente de energia, para reconverter esse hidrogênio em eletricidade, utilizando CaC, quando a demanda ultrapassa a produção. É um sistema autônomo completo.”

A pesquisadora recorda que a tese teve sua origem em um projeto de P&D elaborado pelo Laboratório de Hidrogênio (LH2) da Unicamp, em parceria com a Universidade Federal do Ceará (UFC), aprovado pela Companhia Hidroelétrica do São Francisco (Chesf) e pela Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel). “O projeto prevê a instalação de um sistema híbrido eólico-fotovoltaico isolado, ou seja, não conectado à rede da cidade de Fortaleza, mas sua execução está suspensa por entraves burocráticos que têm caracterizado as iniciativas de interação universidade-empresa no país.”

Segundo Maiana Matos, foi realizado um estudo de caso para um sistema de potência fotovoltaica instalada de 5 kWp (quilowatt-pico), potência eólica de 6 kW e CaC de 5 kW; a estimativa de energia elétrica média diária armazenada por banco de baterias foi de 36,41 kWh e, para o sistema de hidrogênio, de 22,71 kWh. “Avaliamos que 17 famílias poderiam ser atendidas pelo armazenamento por banco de baterias e 11 famílias pelo sistema de hidrogênio. Também calculamos que a substituição dos motores geradores pelo sistema eólico-fotovoltaico poderia evitar a emissão de até 18,7 toneladas anuais de gás carbônico com o armazenamento por bancos de baterias, e de 12,1 toneladas com a produção de hidrogênio para sua reconversão em energia elétrica.”

A autora da tese afirma que em todos os dias do ano ocorrem o armazenamento de energia excedente e a utilização da energia armazenada, mesmo em outubro, que é o mês no qual os painéis fotovoltaicos e o aerogerador mais produzem energia elétrica – o pior mês de geração híbrida é abril. “A realização de mais pesquisas nesta área e o próprio incentivo do governo podem confluir para baratear a tecnologia. Vemos uma expansão de parques de energia eólica e também da instalação de painéis fotovoltaicos. E o Brasil também possui o Programa de Ciência, Tecnologia e Inovação para a Economia do Hidrogênio (ProH2) para a utilização do hidrogênio como vetor energético.”

Os “sem luz”

Maiana Matos buscou dados na literatura demonstrando que ainda é significativo o número de pessoas sem acesso a energia elétrica no mundo. De acordo com a International Energy Agency (IEA), este número em 2010 superava 1,3 bilhão de habitantes, o correspondente a aproximadamente 20% da população mundial, sendo a maior parte vivendo em países em desenvolvimento. A estimativa da IEA para 2030 é que 1 bilhão de pessoas ainda estarão sem eletricidade, 650 milhões na Ásia; pela projeção, a América Latina já terá acesso universal, enquanto que na África o número de pessoas sem luz elétrica tende a aumentar.

Em relação ao Brasil, a pesquisadora levantou que o serviço ainda não contempla toda a população, devido principalmente à sua extensão de 851 milhões de hectares e à própria forma de ocupação do território ao longo do tempo. As famílias excluídas encontram-se majoritariamente nas localidades de menor Índice de Desenvolvimento Humano (IDH): 80% delas estão no meio rural e 90% têm renda inferior a três salários mínimos, segundo os dados do programa Luz para Todos (LPT) referentes a 2010.

A autora da tese observa que, além disso, as residências do LPT normalmente ficam em lugares de difícil acesso, o que impacta no valor da tarifa de energia elétrica. Para minimizar os custos, o LPT é financiado pela Conta de Desenvolvimento Energético (CDE), pela Reserva Global de Reversão (RGR) e pela Conta de Consumo de Combustíveis (CCC) – a última com o objetivo de ressarcir parte do custo total de geração de energia elétrica em sistemas isolados. A CCC é proveniente de cotas arrecadadas por empresas distribuidoras, permissionárias e transmissoras a partir de valores pré-determinados pela Aneel.

Medidas que asseguram o acesso à eletricidade

Em sua tese de doutorado, a autora Maiana Matos relembra as várias medidas tomadas pelo governo federal visando levar energia elétrica para toda a população brasileira. A começar pelo Programa de Desenvolvimento Energético dos Estados e Municípios (Prodeem), criado em 1994 com a finalidade de permitir acesso à eletricidade pelas comunidades isoladas contemplando bombeamento de água e iluminação pública. A maioria dos sistemas do Prodeem foi instalada em escolas rurais; e a quase totalidade desses sistemas era fotovoltaico, apesar da concepção original de diferentes tipos de fontes renováveis.

O Programa Nacional de Eletrificação Rural (Pner), também conhecido como Luz no Campo, surgiu durante o mandato do presidente Fernando Henrique Cardoso com objetivo similar ao do Prodeem. Em novembro de 2003, o governo lançou o programa Luz para Todos (LPT), ao qual foi incorporado o Luz no Campo, com a meta de fornecer acesso à energia elétrica para mais de 10 milhões de pessoas no meio rural até 2008.

O LPT foi estendido até 2014 através de decreto, ao se perceber que o universo de excluídos era maior do que se pensava. O programa já atendeu cerca de 3,3 milhões de famílias (aproximadamente 15 milhões de pessoas) e pretende contemplar mais 715 mil famílias de 2011 a 2014.  No caso do Ceará, em cuja capital a autora da tese realizou o estudo de caso, o Luz para Todos beneficiou 172 mil famílias (862 mil pessoas) no período de 2004 a 2012.

Foi em 2004 que a Aneel publicou resolução regulamentando os procedimentos e as condições de fornecimento através dos sistemas Individuais de Geração de Energia com Fontes Alternativas (SIGFI’s) – sistemas que podem ser utilizados como alternativa para universalização dos serviços de eletricidade. Em 2012, outra resolução normativa da Aneel estabeleceu os procedimentos e as condições de fornecimento por meio de Microssistema Isolado de Geração e Distribuição de Energia Elétrica (MIGDI).

Publicação

Tese: “Análise energética do projeto de um sistema híbrido eólico-fotovoltaico com armazenamento de energia elétrica através do hidrogênio e banco de baterias”
Autora: Maiana Brito de Matos
Orientador: Ennio Peres da Silva
Unidade: Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM)