Alternativas Energéticas - Uma Visao Cemig

362 Pages·2012·12.42 MB·English

by  Cláudio Homero

Alternativas Energéticas:
Uma Visão Cemig

COMPANHIA ENERGÉTICA DE MINAS GERAIS - CEMIG

ALTERNATIVAS ENERGÉTICAS:
UMA VISÃO CEMIG

BELO HORIZONTE
CEMIG
2012
ISBN: 978-85-87-929-51-8

Copyright: Companhia Energética de Minas Gerais – Cemig
Presidência: Djalma Bastos de Morais
Vice Presidente: Arlindo Porto Neto
Superintendência de Tecnologia e Alternativas Energéticas: Alexandre Francisco M. Bueno
Gerência de Alternativas Energéticas: Marco Aurélio Dumont Porto

Coordenação Geral:
Cláudio Homero Ferreira da Silva (Cemig)

Equipe Técnica:
Especialista em Alternativas Energéticas: Cláudio Homero Ferreira da Silva
Especialista em Biomassa e Hidrogênio: Alaíse Júnia Vieira Madureira
Especialista em Energia Eólica e Solar: Bruno Marciano Lopes
Especialista em Balanço e Planejamento Energético: Júlio César Ezequiel da Costa
Especialista em Veículo Elétrico: Elson Lima Bortolini da Silva
Especialista em Geração Distribuída: Vanessa Aparecida Dias Coelho

Estagiários:
Adriana Araújo Dutra Rodrigues
Carolina Fialho Prates
Filipe Barone Amaral

Projeto e Edição Gráfica:
Cláudio Homero Ferreira da Silva

Ilustrações:
Equipe Técnica

Capa:
Luiz Renato Gomes
Marco Aurélio Dumont Porto

Revisão de texto:
Alexandre Francisco Maia Bueno
Ophicina de Arte & Prosa (Raquel Kopit Cunha)

Edição e Produção:
Gerência de Alternativas Energéticas

Companhia Energética de Minas Gerais.
Alternativas Energéticas: uma visão Cemig. Belo
Horizonte:
Cemig, 2012.
357 : ilust.

1. Fonte alternativa de energia. 2. Energia. 3. Energia
Solar
I. Companhia Energética de Minas Gerais. II. Título

CDU: 620.92/.98
620.91
621.47
Disponível também em: <http://www.cemig.com.br/Inovacao/AlternativasEnergeticas>
< http://cemig20/Inovacao/AlternativasEnergeticas>
MENSAGEM DA SUPERINTENDÊNCIA

Este livro, que prefiro chamar neste momento de “compilação de
conhecimento”, surgiu de diversas conversas com amigos e colegas que nos
perguntavam sobre a disponibilidade de tecnologia e recursos para a exploração de
fontes alternativas de energia. Na condição de Superintendente de Alternativas
Energéticas, seria uma obrigação ter de pronto as respostas para tais questões.
Começamos com uma discussão conceitual sobre “Alternativas Energéticas” e
“Energia Alternativa”. Decidimos que “Energia Alternativa” seria apenas aquelas
alternativas baseadas em Energia Renovável e derivadas do ambiente natural. Não
queríamos este tipo de restrição, pois entendemos que cabe uma avaliação de todas as
opções oferecidas pelas fontes primárias. Queremos considerar, entre as Alternativas,
os combustíveis fósseis em geral e a energia nuclear.
Também discutimos a “Energia Renovável” no Brasil e no mundo. Na Europa, o
termo “renovável” aplica-se quase exclusivamente à energia eólica, solar e de
pequenas centrais hidroelétricas – PCH. Este conceito é de tal forma claro e
estabelecido, que se utiliza “renovável” como sinônimo de “variável” (ou energia com
variabilidade) – que, na verdade, é característica de fontes eólicas e solares apenas –
uma metonímia!
No Brasil, se falarmos de energia elétrica, quase tudo é renovável – no
momento da elaboração deste trabalho – 92% da energia elétrica consumida é
renovável (85% hidráulica e 7% de biomassa), caracterizando o país que mais uso faz
de energia “renovável” no mundo. A presença da energia eólica se mostra crescente, e
a energia solar possui um grande potencial, que ainda é muito pouco significativa em
nossa matriz energética.
Toda essa reflexão se transformou em uma oportunidade de se estabelecer um
conceito próprio para Alternativas Energéticas, aderente aos propósitos da Empresa e
da Superintendência. Como premissa, definimos que Alternativas energéticas são todas
as fontes energéticas primárias, tecnologias de transformação e conversão,
objetivando a produção e uso final de eletricidade, calor ou movimento, além das
tecnologias associadas de armazenamento, automação e controle e eficiência
energética. Neste conceito, carvão e energia nuclear são, sim, alternativas à produção
de energia a partir, por exemplo, de hidroelétricas ou biomassa.
Para estar presente nesta compilação, não consideramos a origem da energia
(renovável ou não) nem sua característica de sustentabilidade (poluente, de risco, etc).
Basta que esteja associado a uma fonte de energia. Procuramos, naturalmente,
classificá-las em renováveis ou não, e ainda em sustentáveis ou não. Neste conceito,
por exemplo, a energia nuclear é sustentável – não produz emissões e não contribui
para o “efeito estufa” – mas não é renovável, pois o urânio, fonte primária desse tipo
de energia, é esgotável.
Também nos permitimos, em alguns momentos, escrever “energias”, no plural,
outra metonímia. Assim, cada “energia” seria, na verdade, a representação de sua
fonte primária. Só trabalhamos as fontes primárias, não abordando, neste trabalho, os
vetores energéticos, isto é, elementos ou moléculas capazes de “armazenar,
transportar e fornecer” energia sem, contudo, ser fonte de energia. O hidrogênio é um
bom exemplo. Não é fonte primária, mas vetor energético.
Este é o resultado de um trabalho de uma grande equipe, com uma
coordenação única e um estímulo permanente. Terminamos por produzir um
infográfico de fontes e uso de energia, que está também na nossa página da intranet.
Este infográfico é muito interessante do ponto de vista do Planejamento Estratégico da
Empresa, pois mostra claramente a origem e a característica do energético, a cadeia
de transformação associada e nos permite ver, com clareza absoluta, onde a empresa
quer atuar e onde não quer. Assim, o carvão mineral, por exemplo, não é considerada
alternativa viável para o crescimento da empresa, pois viola a premissa de “liderança
mundial em sustentabilidade”, presente na visão da empresa. Mas deve ficar claro que
o carvão não é uma alternativa energética viável apenas enquanto as tecnologias de
captura de carbono estiverem indisponíveis em escala comercial.
A preparação deste livro foi trabalhosa, mas muito prazerosa. Lembro que
muito do que vai aqui pode ser encontrado também em pesquisas na internet – não há
ineditismo – mas ressalto o mérito do trabalho em compilar, de forma estrutural e com
foco empresarial e estratégico, as principais informações de interesse sobre energia.
Espero que a leitura seja agradável para aqueles que querem compreender um
pouco mais do assunto, sobretudo das tecnologias de exploração e transformação.
Superintendente de Tecnologia e Alternativas Energéticas
SUMÁRIO

SUMÁRIO EXECUTIVO .......................................................................................................................... 13
PARTE 1 – FONTES DE ENERGIA......................................................................................................... 15
1 ALTERNATIVAS ENERGÉTICAS ................................................................................................. 16
2 PETRÓLEO ....................................................................................................................................... 20
2.1 Situação no Brasil ............................................................................................................................ 21
2.2 Mercado ........................................................................................................................................... 22
2.3 Produção de energia ......................................................................................................................... 24
2.3.1 Produção de energia elétrica ......................................................................................................... 25
2.3.2 Custos ............................................................................................................................................ 26
2.4 Impactos ambientais ......................................................................................................................... 27
2.5 Riscos ............................................................................................................................................... 28
2.6 Pesquisa e tendência futura .............................................................................................................. 28
2.7 Considerações finais ........................................................................................................................ 29
2.8 Referências ....................................................................................................................................... 30
3 CARVÃO MINERAL ....................................................................................................................... 32
3.1 Situação no Brasil ............................................................................................................................ 33
3.2 Mercado ........................................................................................................................................... 33
3.3 Produção de energia elétrica ............................................................................................................ 35
3.3.1 Custos ............................................................................................................................................ 36
3.4 Impactos ambientais ......................................................................................................................... 37
3.5 Riscos ............................................................................................................................................... 37
3.6 Pesquisa e tendências futuras ........................................................................................................... 38
3.7 Considerações finais ........................................................................................................................ 38
3.8 Referências ....................................................................................................................................... 39
4 GÁS NATURAL ............................................................................................................................... 40
4.1 Situação no Brasil ............................................................................................................................ 41
4.2 Produção de energia ......................................................................................................................... 41
4.3 Custos ............................................................................................................................................... 43
4.4 Considerações técnicas sobre o gás de síntese ................................................................................. 43
4.4.1 Custos ............................................................................................................................................ 44
4.5 Impactos ambientais ......................................................................................................................... 45
4.6 Riscos ............................................................................................................................................... 46
4.7 Pesquisa e tendência futura .............................................................................................................. 46
4.8 Considerações finais ........................................................................................................................ 47
4.9 Referências ....................................................................................................................................... 47
5 ENERGIA NUCLEAR ...................................................................................................................... 49
5.1 Situação no Brasil ............................................................................................................................ 50
5.2 Mercado ........................................................................................................................................... 51
5.3 Produção de energia ......................................................................................................................... 52
5.4 Impactos ambientais ......................................................................................................................... 53
5.5 Riscos ............................................................................................................................................... 54
5.6 Pesquisa e tendência futura .............................................................................................................. 55
5.7 Considerações finais ........................................................................................................................ 56
5.8 Referências ....................................................................................................................................... 56
6 ENERGIA GEOTÉRMICA ............................................................................................................... 58
6.1 Situação no Brasil ............................................................................................................................ 60
6.2 Mercado ........................................................................................................................................... 61
6.3. Exploração e perfuração de poços ................................................................................................... 61
6.4 Produção de energia ......................................................................................................................... 63
6.5 Bombas de calor geotérmico ............................................................................................................ 63
6.6 Impactos e riscos .............................................................................................................................. 64
6.7 Pesquisa e tendência futura .............................................................................................................. 64
6.8 Considerações finais ........................................................................................................................ 65
6.9 Referências ....................................................................................................................................... 65
7 ENERGIA DOS OCEANOS ............................................................................................................. 67
7.1 Mercado ........................................................................................................................................... 70
7.2. Energia maré-motriz ....................................................................................................................... 70
7.3 Energia das correntes marítimas ...................................................................................................... 71
7.4 Energia das ondas ............................................................................................................................. 73
7.5 Energia térmica oceânica ................................................................................................................. 75
7.6 Energia osmótica .............................................................................................................................. 76
7.7 Custos ............................................................................................................................................... 77
7.8 Impactos e riscos .............................................................................................................................. 78
7.9 Pesquisa e tendência futura .............................................................................................................. 78
7.10 Considerações finais ...................................................................................................................... 79
7.11. Referências .................................................................................................................................... 79
8 ENERGIA EÓLICA .......................................................................................................................... 82
8.1 Situação no Brasil ............................................................................................................................ 84
8.2 Produção de energia ......................................................................................................................... 85
8.3 Custos ............................................................................................................................................... 88
8.4 Impactos ambientais e sociais .......................................................................................................... 89
8.5 Legislação e incentivos governamentais .......................................................................................... 90
8.6 Perspectivas e tendência futura ........................................................................................................ 91
8.7 Considerações finais ........................................................................................................................ 95
8.8 Referências ....................................................................................................................................... 95
9 ENERGIA SOLAR ............................................................................................................................ 97
9.1 Situação no Brasil ............................................................................................................................ 98
9.1.1 Energia solar térmica: aquecimento solar e concentração ............................................................. 99
9.1.2 Energia Solar Fotovoltaica .......................................................................................................... 100
9.2 Aquecimento solar ......................................................................................................................... 101
9.3 Produção de energia ....................................................................................................................... 102
9.3.1 Solar termelétrica ........................................................................................................................ 102
9.3.2 Solar fotovoltáica ........................................................................................................................ 109
9.4 Custos ............................................................................................................................................. 117
9.4.1 Coletores solares residenciais ..................................................................................................... 117
9.4.2 Solar Termelétrica ....................................................................................................................... 117
9.4.3 Solar Fotovoltáica ....................................................................................................................... 119
9.5 Impactos ambientais ....................................................................................................................... 123
9.6 Pesquisa e tendência futura ............................................................................................................ 125
9.7 Considerações finais ...................................................................................................................... 136
9.8 Referências ..................................................................................................................................... 137
10 ENERGIA DA BIOMASSA ....................................................................................................... 138
10.1 Etanol ........................................................................................................................................... 138
10.2 Biodiesel ...................................................................................................................................... 140
10.3 Biobutanol .................................................................................................................................... 143
10.4 Mercado ....................................................................................................................................... 144
10.4.1 Etanol ........................................................................................................................................ 144
10.4.2 Biodiesel ................................................................................................................................... 147
10.4.3 Biobutanol ................................................................................................................................. 148
10.5 Aspectos técnicos relacionados produção de energéticos ............................................................ 149
10.5.1. Etanol ....................................................................................................................................... 149
10.5.2. Biodiesel .................................................................................................................................. 151
10.5.3 Biobutanol ................................................................................................................................. 152
10.6 Impactos ambientais e riscos ........................................................................................................ 152
10.7 Pesquisa e perspectiva futura ....................................................................................................... 153
10.8 Considerações finais .................................................................................................................... 153
10.9 Referências ................................................................................................................................... 154
PARTE 2 – TECNOLOGIAS EMERGENTES E CONCEITUAIS PARA O SETOR ELÉTRICO ....... 159
11 DIGESTÃO ANAERÓBIA ........................................................................................................ 160
11.1. Situação no Brasil ....................................................................................................................... 160
11.2 Considerações técnicas sobre a biodigestão ................................................................................. 161
11.3 Custos ........................................................................................................................................... 164
11.4 Impactos ambientais e riscos ........................................................................................................ 165
11.5 Pesquisa e perspectiva futura ....................................................................................................... 165
11.6 Referências ................................................................................................................................... 165
12 GASEIFICAÇÃO ........................................................................................................................ 167
12.1 Situação no Brasil ........................................................................................................................ 168
12.2 Mercado ....................................................................................................................................... 169
12.3 Considerações técnicas sobre a produção de energia ................................................................... 169
12.4 Produção de energia elétrica ........................................................................................................ 171
12.5 Liquefação .................................................................................................................................... 174
12.6 Custos ........................................................................................................................................... 174
12.7 Impactos ambientais e riscos ........................................................................................................ 175
12.8 Pesquisa e perspectiva futura ....................................................................................................... 176
12.9 Referências ................................................................................................................................... 176
13 PIRÓLISE E QUEIMA DIRETA ............................................................................................... 179
13.1 Situação no Brasil ........................................................................................................................ 180
13.2 Mercado ....................................................................................................................................... 181
13.3 Considerações técnicas sobre o processo de pirólise ................................................................... 182
13.4 Pirólise rápida .............................................................................................................................. 182
13.5 Impactos ambientais e riscos ........................................................................................................ 185
13.6 Pesquisa e perspectivas futuras .................................................................................................... 185
13.7 Referências ................................................................................................................................... 186
14 HIDROGÊNIO E SUAS TECNOLOGIAS ................................................................................ 188
14.1 Mercado ....................................................................................................................................... 190
14.2 Considerações técnicas sobre produção de energia usando hidrogênio ....................................... 193
14.3 Impactos e riscos .......................................................................................................................... 195
14.4 Pesquisa e perspectiva futura ....................................................................................................... 196
14.5 Considerações finais .................................................................................................................... 196
14.6 Referências ................................................................................................................................... 196
15 GERAÇÃO DISTRIBUÍDA ....................................................................................................... 198
15.1 Tecnologias de Geração Distribuída ............................................................................................ 199
15.1.1 Pequenas centrais Hidrelétricas (PCH) ..................................................................................... 200
15.1.2 Microturbinas ............................................................................................................................ 200
15.1.3 Motores Stirling ........................................................................................................................ 201
15.2 Tecnologias de armazenamento de energia elétrica ..................................................................... 203
15.2.1 Baterias químicas ...................................................................................................................... 203
15.2.2 Super capacitores ...................................................................................................................... 203
15.2.3 Volantes de inércia .................................................................................................................... 204
15.3 Impactos da Geração Distribuída no Sistema Elétrico ................................................................. 204