UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
ESCOLA DE AGRONOMIA
ENGENHARIA DE ALIMENTOS
LOREN RAMOS SILVÉRIO
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
VIABILIDADE DE IMPLANTAÇÃO DE ENERGIA SOLAR EM
INDÚSTRIAS DE ALIMENTOS DE GOIÁS
GOIÂNIA
2021
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TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO VIABILIDADE DE ..., Provas de Energia
A Energia Solar Fotovoltaica (ESF) é alcançada através da conversão direta da luz do sol em eletricidade, denominada Efeito Fotovoltaico. Descrito pelo físico ...
Tipologia: Provas
2022
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
ESCOLA DE AGRONOMIA
ENGENHARIA DE ALIMENTOS
LOREN RAMOS SILVÉRIO
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
VIABILIDADE DE IMPLANTAÇÃO DE ENERGIA SOLAR EM
INDÚSTRIAS DE ALIMENTOS DE GOIÁS
GOIÂNIA
LOREN RAMOS SILVÉRIO
VIABILIDADE DE IMPLANTAÇÃO DE ENERGIA SOLAR EM
INDÚSTRIAS DE ALIMENTOS DE GOIÁS
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia de Alimentos da Universidade Federal de Goiás - UFG para obtenção do Grau de Bacharel em Engenharia de Alimentos. Orientador(a): Prof. Dra. Adriana Régia Marques de Souza GOIÂNIA 2021
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, pela minha vida, por me guiar e proporcionar paciência e força para chegar até aqui e lutar pelos meus sonhos. Agradeço aos meus pais que nunca mediram esforços para proporcionar o melhor pra mim, com todo amor, carinho, apoio e incentivos. Gratidão também, à minha avó que em momentos difíceis sempre ajudou na educação de seus netos. Hoje grande parte da mulher que me tornei devo a eles. Agradeço também ao meu namorado, João Márcio, por ser meu porto seguro e minha calmaria nos momentos difíceis e ser motivo dos meus sorrisos mais sinceros, por sempre me apoiar e estar ao meu lado em todos os momentos, principalmente durante a realização desse trabalho. Agradeço à minha orientadora, tutora, amiga, Profª. Dra. Adriana Régia por toda paciência e cuidado durante a realização deste trabalho e todos os ensinamentos durante a faculdade. Obrigada pela amizade que vai além da sala de aula, pelos momentos bons que compartilhamos e por ser essa mulher incrível e exemplo de força, dedicação e sabedoria. Agradeço ao Programa de Educação Tutorial (PET) Engenharia de Alimentos da UFG, pelos quase dois anos de tutoria, e toda a bagagem transmitida durante a graduação e por me ajudar a me encontrar e me tornar uma profissional e pessoa melhor. Agradeço a todos os amigos e familiares que me apoiaram e compartilharam os momentos bons e difíceis da graduação e da vida, sem vocês a caminhada seria árdua. Um agradecimento especial a Dusol Engenharia Sustentável e todos os colaboradores por me apoiarem e ajudarem na elaboração deste trabalho, e por proporcionarem um mundo mais sustentável através da energia solar. Por fim, não menos importante agradeço a todos os professores que fizeram parte de toda minha caminhada acadêmica, que compartilharam seu conhecimento e experiência de vida e me ajudaram chegar até aqui. Vocês são uma das razões de acreditar em um mundo melhor através da educação.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS .............................................................................................................. I
LISTA DE TABELAS ............................................................................................................ II
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS.......................................................................... III
RESUMO ................................................................................................................................. V
ABSTRACT ........................................................................................................................... VI
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 1
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................................... 3
2.1 Energia Solar Fotovoltaica ................................................................................................ 3 2.2 Energia Solar Térmica ...................................................................................................... 5 2.3 Geração de calor renovável ............................................................................................... 6 2.4 Sistemas de Aquecimento Solar (SAS) ............................................................................. 6 2.5 Impactos Econômicos ........................................................................................................ 7
**3. MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................................... 9
- RESULTADOS E DISCUSSÃO ....................................................................................... 10 4.1 Indústrias goianas e o consumo de energia elétrica ...................................................... 10 4.2 Impactos ambientais ........................................................................................................ 12 4.5 Eficiência Energética e principais incentivos ................................................................ 14 4.6 Indústrias de Alimentos de Goiás que aderiram à energia solar................................. 16
- CONCLUSÃO .................................................................................................................... 21
- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................. 22**
II
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Orçamentos realizados em cinco empresas para implantação de energia solar em um laticínio no ano de 2021 ........................................................................................................... 17
III
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABRASOL - Associação Brasileira de Energia Solar Térmica ABRAVA - Associação Brasileira de Refrigeração, Ar condicionado, Ventilação e Aquecedores ABSOLAR - Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica BEN - Balanço Energético Nacional CA - Corrente Alternada CC - Corrente Contínua CCEE - Câmera de Comercialização de Energia Elétrica CONAMA - Conselho Nacional de Meio Ambiente CRESESB - Centro de Referência para Energia Solar e Eólica EPE - Empresa De Pesquisa Energética ESF - Energia Solar Fotovoltaica ETC - Evacuated Tube Collector FPC - Flat Plate Collector GC - Geração Centralizada GD - Geração Distribuída GTD - Geração, Transmissão E Distribuição ICMS - Imposto sobre Operações relativas à Circulação de Mercadorias e sobre Prestações de Serviços de Transporte Interestadual, Intermunicipal e de Comunicação IEA - International Energy Agency INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais IPEA - Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada KW - Kilowatt MW - Megawatt ONS - Operador Nacional de Sistema Elétrico PIB - Produto Interno Bruto PJ – Petajoule PNE - Plano Nacional de Energia PROINFA - Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica REN - Resolução Normativa SAS - Sistemas de Aquecimento Solar
V
SILVERIO, L. R. Viabilidade de Implantação de Energia Solar em Indústrias de Alimentos em Goiás. Trabalho de Conclusão de Curso – Curso de Engenharia de Alimentos, Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 202 1. RESUMO O setor industrial é responsável pelo consumo de 35% do total global de energia elétrica, e diante da crescente demanda optar por fontes não poluidoras e renováveis tem sido alvo de grandes pesquisas e investimentos, principalmente no setor solar. No Brasil toda a energia solar produzida representa 1% comparado às outras fontes. Goiás é um estado que se destaca entre as unidades federativas que possuem maior potencial energético solar, no entanto ainda não muito explorado, com isso o objetivo do trabalho foi avaliar economicamente a implantação de energia solar em indústrias de alimentos goianas. Foi realizado um levantamento acerca dos impactos ambientais e econômicos e realizada uma entrevista com três indústrias que aderiam a essa nova tecnologia. Pode-se observar que as tarifas energéticas são um dos principais motivos para o aumento da conta de energia, e que o impacto ambiental da instalação de uma usina solar comparado a outras fontes possui maiores vantagens, apesar de o investimento ser maior. É possível perceber que há vários incentivos governamentais e privados, como os programas de geração de créditos e diferentes tipos de financiamentos a fim de estimular a produção sustentável de energia. Apesar de ser pouco explorada nas indústrias goianas, a energia solar se apresenta como uma alternativa viável, gerando economia e autonomia em longo prazo, colaborando para a nova geração da indústria moderna. Palavras-chave: Setor Industrial, Fonte Solar, Economia, Eficiência Energética.
VI
ABSTRACT
The industrial sector is responsible for the consumption of 35% of the global total of electric energy, and in view of the growing demand, opting for non-polluting and renewable sources has been the target of great research and investments, mainly in the solar sector. In Brazil, all solar energy produced represents 1% compared to other sources. Goiás is a state that stands out among the federative units that have the greatest solar energy potential, however it is still not very explored, so the objective of the work was to economically evaluate the deployment of solar energy in food industries in Goiás. A survey was carried out about the environmental and economic impacts and an interview was conducted with three industries that adhered to this new technology. It can be seen that energy tariffs are one of the main reasons for the increase in the energy bill, and that the environmental impact of installing a solar plant compared to other sources has greater advantages, although the investment is greater. It is possible to see that there are several government and private incentives, such as credit generation programs and different types of financing in order to stimulate sustainable energy production. Despite being little explored in the industries of Goiás, solar energy presents itself as a viable alternative, generating savings and autonomy in the long term, collaborating for the new generation of modern industry. Keywords: I ndustrial Sector, Solar Source, Economy, Energy Efficiency.
visto que o estado é um grande produtor agrícola e industrial. Todavia, mesmo que haja essa considerável expansão ainda é pequeno o porcentual de potência instalada se comparado às fontes hidrelétricas e termelétricas. Portanto, o objetivo do trabalho foi avaliar o impacto econômico da implantação de energia solar em indústrias de alimentos do estado de Goiás.
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Energia Solar Fotovoltaica A Energia Solar Fotovoltaica (ESF) é alcançada através da conversão direta da luz do sol em eletricidade, denominada Efeito Fotovoltaico. Descrito pelo físico francês Edmond Becquerel, em 1839, esse efeito é caracterizado pela presença de diferença de potencial nos extremos de uma estrutura de material semicondutor, gerada pela absorção da luz solar, ou seja, durante a interação dos raios solares com o material, há a liberação e transferência de elétrons que produz a diferença de potencial. A ESF é utilizada para geração de energia elétrica principalmente em residências com o intuito de substituir a energia fornecida pela concessionária ou cooperativa energética (SILVA, CARMO, 2017). A forma de fornecimento e geração de ESF é dividida entre Energia Fotovoltaica Distribuída e Energia Fotovoltaica Centralizada. Segundo Bortoloto et al., (2017) há dois tipos de operações associados à geração distribuída: off-grid e on-grid (Figura 1). Já a operação Centralizada é caracterizada por uma usina ou parque solar de grande porte que fornece energia fotovoltaica para a rede elétrica (PEREIRA, 2019). Os sistemas de operação off-grid são isolados e independentes da rede concessionária ou cooperativas, que usam baterias conectadas com o intuito de armazenar a energia captada. O sistema é composto por módulos de geração de energia (inversores e controladores de carga) e por módulos de armazenagem de energia (baterias). O controlador de carga é responsável por evitar o acúmulo excessivo de carga energética nas baterias, as baterias armazenam a energia remanescente e o inversor converte a corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA) (ALVES, 2019). Figura 1: Modelos de sistemas de geração distribuída de energia solar fotovoltaica o n-grid e o ff-grid Fonte: Strom Brasil (2021)
corrente contínua (CC) e o consumo e transmissão pela rede elétrica, em casa ou na indústria, se dá em corrente alternada (CA). 2.2 Energia Solar Térmica A radiação solar também pode ser usada diretamente como energia térmica, para o aquecimento de fluidos e ambientes e para geração de potência mecânica ou elétrica. Pode ainda ser convertida diretamente em energia elétrica. Para o uso da energia solar térmica são utilizados coletores divididos em não concentradores (estacionários) ou concentradores solares. (ANEEL, 2016). Os primeiros são comumente aplicados em residências e comércios (hotéis, clubes, hospitais, restaurantes etc.) para o aquecimento de água para o uso em geral. Já os concentradores solares são destinados a aplicações que demandam elevadas temperaturas, como nas indústrias (secagem de grãos, produção de vapor etc.) (MATOS, 2014). A principal diferença dos dois tipos de coletores, além da sua aplicação, é a área e a faixa de temperatura que são utilizados. Os coletores estacionários ou não concentradores, a área onde a radiação é interceptada é a mesma que a área onde a radiação é absorvida; e os concentradores, focam a radiação direta em uma única área menor. (CRESESB, 2016). Os principais coletores do tipo estacionário são o coletor de placa plana (flat plate collector – FPC), o coletor parabólico composto (compound parabolic collector – CPC), e o coletor de tubo evacuado (evacuated tube collector – ETC) (CASCAES, 2019). Os coletores tipo FPC são mais utilizados em faixas inferiores de temperatura, além de o seu design ser mais simples e mais barato. (SABIHA et al., 2015). Os coletores de tubo evacuado são formados por um conjunto de tubos em paralelo, o qual garante maior eficiência que o modelo FPC por conseguir captar a luz solar de vários ângulos. O tipo CPC é o mais caro dos modelos, e não recomendado para baixas taxas de captação solar (BARREDA, 2020). Segundo Cascaes (2019) em um coletor tipo concentrador é utilizado espelhos ou lentes que captam a radiação antes de absorvê-la. São capazes de elevar há uma maior temperatura com a mesma área de um modelo FPC, por exemplo, pelo fato de possuírem rastreadores de um ou dois eixos. Os rastreadores são instrumentos acoplados concentrados com o simples objetivo de manter a superfície de conversão, sempre voltada para o Sol, em posição perpendicular aos raios solares (MAGALHÃES et al, 2018). Uma das principais utilizações da energia térmica é para o aquecimento de água residencial, para banho, para piscina e para tal, são utilizados os Sistemas de Aquecimento Solar (SAS) (ABRASOL, 2021).
2. 3 Geração de calor renovável Segundo a Agência Internacional de Energia (IEA) (2020), entre os anos de 2019 e 2020 a demanda de energia para calor diminuiu 3,1%, sendo que a produção de energia renovável para geração de calor diminuiu apenas 0,4% comparado aos outros períodos. Já a demanda total de energia elétrica diminuiu 2,2%, e quando comparada a produção aumentou 6,6%. Isso viabiliza que os contratos de longo prazo, o acesso prioritário à rede e a instalação contínua de novas usinas estão todos sustentando um forte crescimento da eletricidade renovável. A geração de calor é o maior uso final de energia, respondendo por metade do consumo global de energia final, significativamente mais do que eletricidade (20%) e transporte (30%). Cerca de 50% do calor total consumido em 2020 foi utilizado para processos industriais, outros 47% são consumidos em residências e aquecimento de água; o restante foi usado na agricultura, principalmente para aquecimento de estufas (IEA, 2020). A China é o país que mais consome e gera calor por fonte renovável solar, seguido dos Estados Unidos, Oriente Médio, União Europeia e Índia. Juntos representam mais de 70% do crescimento. Porém este mercado sofre com a concorrência não apenas de bombas de calor, mas também de geração fotovoltaica (IEA SHC, 2016). Apesar de um aumento consideravelmente grande, de até três vezes, até 2025, o aquecimento solar para processos industriais continua sendo um nicho de mercado pouco explorado, com um pouco menos de 40 PJ (petajoule) de consumo adicional projetado. Espera- se que metade desse crescimento seja na Índia e nos Estados Unidos, com a maioria das aplicações nos setores de alimentos e têxteis. (IEA, 2020) 2. 4 Sistemas de Aquecimento Solar (SAS) Os primeiros aquecedores solares surgiram por volta de 1970 no Brasil, seguindo exemplos de outros países, devido à crise do petróleo, e com isso começaram a ter maiores variações de modelo, qualidade e diferentes aplicações (SALES, 2017). De acordo com a Associação Brasileira de Refrigeração, Ar condicionado, Ventilação e Aquecedores (ABRAVA, 2017), o Brasil tem um grande potencial de aproveitamento da energia solar. A Alemanha, um dos líderes em aproveitamento da energia solar para geração de energia elétrica, tem na sua região mais ensolarada 40% menos insolação do que a região menos ensolarada do Brasil (SALES, 2017). Os sistemas convencionais de aquecimento de água por geração solar são simples e basicamente formados por reservatório de água fria, reservatório térmico, a rede de consumo e
De acordo com o balanço energético do estado de Goiás realizado no ano de 2017, o consumo de energia do setor industrial no ano de 2016 foi de 1.982 x 103 TEP (tonelada equivalente de petróleo), o que representa 19,1% de toda a energia consumida no estado no referido ano, sendo que 64% dessa energia (1.277 x 103 TEP) foi utilizada pela indústria de alimentos (BEGO, 2018). Sistemas fotovoltaicos apresentam impactos socioambientais de baixa escala, possuem flexibilidade locacional e permite a aceleração da eletrificação em locais distantes com difícil acesso. Se há alguns anos era difícil e de alto custo adquirir um painel solar, com o passar do tempo os preços, tanto dos equipamentos quanto da instalação, tornaram-se acessíveis, com possibilidade de economia de 50 a 95% na conta de luz, e o investimento gasto na instalação das placas é pago pela economia gerada com a redução na conta (PORTAL SOLAR, 2017). Ao se calcular a composição de custo de energia elétrica, seja em uma residência ou indústria, é necessário saber quais os itens pertencentes. O custo médio da energia elétrica pode ser dividido em cinco componentes: geração, transmissão e distribuição (GTD); perdas técnicas e não técnicas; encargos setoriais; bandeiras tarifárias; e tributos estaduais e federais. Em um estudo realizado desde 2011 pela Firjan (2017) para dimensionar quanto custa a energia elétrica para uma indústria de pequeno a médio porte, o valor atingido foi de R$ 504,00 por megawatt- hora (MWh), sem contar os impostos. Em relação à energia solar, os custos mais onerosos decorrem da implantação dos sistemas, que dependem, sobretudo, da quantidade de placas solares necessárias para atender a demanda energética (DANTAS E POMPERMAYER, 2018). O IPEA estudou em 2018 a viabilidade econômica de sistemas fotovoltaicos ( on-grid ) no Brasil e simulou o preço final de três sistemas contendo seis, dez e dezoito placas que incluindo a instalação, suporte, placas, inversores e proteção foram de R$11.548,00, R$16.967,00 e R$27.458,00 respectivamente. Em Goiás, no ano de 2018, o custo unitário médio da energia solar fotovoltaica (ESF), considerando a irradiação solar, variou entre R$0,39 e R$0,49 por kWh, o mesmo valor estimado para o Ceará e até mais barato que outros estados da região Nordeste onde a radiação solar é mais alta. E ainda, em todos os municípios do país a geração de ESF foi inferior à da energia fornecida pelas distribuidoras, na tarifa residencial incluindo tributos (DANTAS e POMPERMAYER, 2018).
3. MATERIAIS E MÉTODOS
Entre os meses de fevereiro e abril de 2021 foi realizado um levantamento acerca da implantação de energia solar em indústrias de alimentos do estado de Goiás. Os dados utilizados no estudo foram consultados em sites e órgãos reguladores em âmbito estadual e nacional, a saber, Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica (ABSOLAR), Associação Brasileira de Energia Solar Térmica (ABRASOL), Operador Nacional de Sistema Elétrico (ONS), Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), Portal da Indústria. Os resultados das pesquisas foram agrupados e elucidados em gráficos, tabelas e figuras que permitiram uma melhor exploração do tema e uma breve apreciação analítica descritiva para identificar o potencial de aplicação de energia solar em processos nas indústrias de alimentos de Goiás. Foi realizada uma entrevista para elucidação dos resultados com três indústrias alimentícias que aderiram à implantação de energia solar, e avaliada a economia e os benefícios da tecnologia. As perguntas feitas à administração das indústrias estão apresentadas na Figura
Figura 3: Questionário de avaliação acerca da implementação de energia solar em indústrias de alimentos em Goiás.