Análise experimental e simulação de sistemas híbridos eólico-fotovoltaicos

Sistemas para a geração de eletricidade a partir de fontes renováveis de energia, com um mínimo impacto ambiental, apresentam uma contribuição energética cada vez mais significativa, sendo importante conhecer em detalhe o comportamento dos mesmos. A radiação solar e o vento podem se mostrar complementares, sendo interessante empregar uma combinação eólica e fotovoltaica em um sistema único. Os sistemas assim constituídos recebem o nome de sistemas híbridos eólico-fotovoltaicos e em algumas aplicações podem mostrar vantagens em relação aos sistemas singelos. Esta Tese tem por objetivo contribuir com o conhecimento sobre o comportamento de sistemas híbridos eólico-fotovoltaicos de pequeno porte. Para obter dados experimentais foi montado um protótipo no Laboratório de Energia Solar, constituído de um painel de 420 Wp e de um aerogerador de 400 W de potência nominal, sendo que para o acionamento do aerogerador foi instalado um túnel de vento. Para a observação do comportamento do sistema híbrido foi também montado um sistema de monitoramento, sendo analisadas na Tese as incertezas associadas às medições realizadas. O sistema de monitoramento forma parte de um sistema mais amplo, que permite também o controle da velocidade do vento no túnel de vento e a ativação automática de um conjunto de cargas resistivas para simular o perfil de consumo. A Tese discute os modelos matemáticos de todos os componentes do sistema, assim como as principais configurações que podem ser dadas aos sistemas híbridos. Foram realizadas várias experiências com o sistema híbrido que permitiram a coleta de informações sobre o comportamento dos componentes independentes e como um todo Essas informações, por sua vez, serviram de base para a validação de modelos matemáticos dos diversos componentes do sistema, que foram integrados em um programa computacional de simulação elaborado como parte desta Tese. Além dos resultados do funcionamento do sistema híbrido experimental, a Tese mostra os resultados do programa de simulação e faz uma estimativa da aplicação de sistemas híbridos semelhantes em localidades de Rio Grande do Sul, a partir da informação do Atlas Eólico do Estado.

Análise e gestão de projetos de investimento: uma aplicação da teoria das opções em projetos de exploração de recursos naturais

Sob incerteza, possibilidades de gestão e flexibilidade do projeto, os métodos convencionais de desconto que ignoram estes intangíveis e tratam passivamente os investimentos, tem se mostrado limitados, subavaliando o valor do projeto. Nesta tese, aplicamos e exploramos as potencialidades da teoria das opções, na análise e gestão de projetos de exploração de recursos naturais não renováveis. Aplicando-se as técnicas da moderna teoria de finanças, teoria de recificação de opções, técnicas de arbitragem em tempo contínuo, teoria de controle ótimo e métodos numéricos, desenvolve-se uma abordagem para avaliação e política ótima de gestão, definindo-se os momentos ótimos para abrir, fechar ou abandonar o projeto. Os valores do projeto são definidos em função dos valores de uma carteira de títulos transacionados no mercado de capitais. Para tanto, forma-se uma carteira arbitrária autofinanciada cujos fluxos de caixa replicam os fluxos do projeto. Tratado, também, o problema do sequenciamento do investimento quando os desembolsos para implantação do projeto ocorrem num período longo de tempo. Determina-se o efeito do tempo na implantação do projeto, o valor da opção de espera pelo melhor momento para exercer a opção de investir e o custo de oportunidade implícito nessa espera. Finalmente, a abordagem desenvolvida é aplicada a um projeto real de mineração aurifera.

Análise da viabilidade econômica da produção de óleo de mamona de primeira geração no Rio Grande do Sul

Diversas novas aplicações têm sido descobertas para o óleo de mamona, um produto vegetal diferenciado pelas propriedades que lhe são características. Capaz de substituir a utilização de fontes não renováveis em muitas situações, é o principal produto extraído da mamoneira, cultura para a qual o Brasil não tem dispensado muita atenção. O grande potencial de utilização desse óleo também tem sido pouco explorado nacionalmente, diferente de outros países que já o empregam estrategicamente na elaboração de seus produtos. No Rio Grande do Sul, estão sendo feitas pesquisas, de iniciativa governamental e também privada, no sentido de implementação de um Pólo Oleoquímico. No entanto, muitos questionamentos ainda cercam o tema, que é de exploração recente, alguns deles dizendo respeito à viabilidade econômica da produção de óleos vegetais. O trabalho em pauta trata desse tema, propondo-se a analisar a rentabilidade da produção de óleo de mamona no Estado, comparando-se duas modalidades de determinado processo. O caráter da pesquisa é o exploratório, contribuindo para o estabelecimento de novos questionamentos e discussões acerca da viabilidade da industrialização do óleo de mamona, bem como fornecendo algumas respostas a potenciais investidores do setor oleoquímico.

Programa computacional para dimensionamento e simulação de sistemas fotovoltaicos autônomos

Nas últimas décadas, sistemas de suprimento de energia que utilizam recursos renováveis têm sido estudados e empregados como opção para o fornecimento de energia elétrica em comunidades isoladas em áreas remotas. Devido aos avanços da tecnologia fotovoltaica associada à diminuição de custos e maior conhecimento de seu desempenho, os sistemas fotovoltaicos apresentam-se como uma opção promissora. Neste trabalho apresenta-se o desenvolvimento de um programa computacional de dimensionamento e simulação de sistemas fotovoltaicos autônomos na linguagem de programação Visual Basic 5.0, chamado PVSize, capaz de propor, para uma certa configuração de sistema, o número de baterias e módulos com seu risco de déficit de energia. Este programa tem como finalidade facilitar a interação com o usuário, e poderá ser utilizado como uma ferramenta auxiliar no processo de escolha dos elementos do sistema e estabelecer a melhor configuração através de um acompanhamento anual com base horária dos parâmetros envolvidos. Estes elementos são caracterizados através da implementação de modelos matemáticos propostos por diferentes autores que descrevem o seu desempenho individual. A integração destes modelos através de uma metodologia apropriada levou ao desenvolvimento de um programa completo de dimensionamento e simulação de sistemas fotovoltaicos autônomos. O potencial energético solar é obtido a partir de informações das características climatológicas locais, utilizadas para gerar séries de dados de radiação a partir de modelos estatísticos O programa permite projetar sistemas de suprimento de energia elétrica que atenderão cargas comunitárias (iluminação pública e de escolas, bombeamento de água, refrigeração em centros de saúde, irrigação, telecomunicações, e mais) e cargas residenciais (iluminação, refrigeração, lazer, etc.) tornando-se uma ferramenta importante para o projeto de sistemas fotovoltaicos autônomos. A comparação dos valores obtidos através de PVSize e outros programas computacionais desenvolvidos por estabelecimentos conceituados na área apresentou uma ótima concordância. Desta forma fica demonstrada a adequação do PVSize para o dimensionamento e simulação de sistemas fotovoltaicos autônomos.

Estudo das emissões de gases formadores do efeito estufa e balanço resultante da conversão de motores à gasolina, de uma frota de veículos leves, para gás natural e álcool hidratado

Este trabalho objetiva realizar um estudo sobre a contribuição antrópica no processo de formação de gases do efeito estufa e seus possíveis reflexos sobre as mudanças climáticas, em curso no planeta Terra. Após uma pesquisa inicial sobre as causas deste fenômeno, são identificadas as iniciativas internacionais em curso para mitigação do processo de aquecimento global, propostas pela Convenção Quadro das Nações Unidas para Mudança do Clima (CQNUMC), particularmente, em relação ao Mecanismo de Desenvolvimento Limpo (MDL) estabelecido pelo Protocolo de Kyoto. Em âmbito mundial, a contribuição de gases formadores do efeito estufa gerados nas atividades de transporte é bastante significativa ocupando o segundo lugar, atrás apenas das emissões provocadas pelas atividades industriais. Esta posição natural, somada às oportunidades existentes no território brasileiro para o uso alternativo de combustíveis oriundos de fontes renováveis e fósseis com menor nível de emissões, impulsionaram este estudo para a pesquisa das condições existentes e análise das alternativas energéticas de menor impacto ambiental Adicionalmente, foi desenvolvida uma análise da contribuição da atividade de transporte rodoviário nas emissões de gases formadores do efeito estufa (GEE), através do exemplo de um caso hipotético. Trata-se da análise comparativa dos inventários de emissões de GEE, antes e depois da conversão de motores ciclo Otto de uma frota de veículos leves, originalmente movidos à gasolina (gasool), para os combustíveis alternativos gases natural e álcool hidratado. Após análise dos resultados obtidos, em cada um dos cenários selecionados, as alternativas propostas são comparadas identificando-se a melhor opção para redução de emissões de GEE.

Terceirização do fornecimento de energia elétrica e térmica nas firmas de manufatura brasileiras : uma visão estratégica

A geração, transmissão e distribuição de energia elétrica são atividades que muitas vezes são realizadas fora dos limites das unidades fabris, enquanto em grande parte dessas mesmas unidades, a energia térmica (calor através de vapor d’água, por exemplo), é gerada internamente. Existe uma forma de geração distribuída de energia que pode ser realizada dentro da unidade fabril que utiliza o ciclo térmico de cogeração. A cogeração é altamente eficiente e traz grandes vantagens aos usuários como fornecimento contínuo de energia, redução de custos e melhor qualidade de energia. Uma empresa pode optar por executar a atividade de geração de energia internamente como autoprodutor ou contratar um terceiro chamado de produtor independente. Nessa pesquisa exploratória foram entrevistadas pessoas ligadas a essa atividade para se entender como as empresas estão vislumbrando o mercado de energia elétrica no Brasil e como o mercado de geração distribuída através da cogeração está se formando no país, à luz da Transaction Cost Theory (TCT) e da Resource Based View (RBV). A pesquisa apresenta a certeza de que o custo da geração de energia elétrica no país será mais alto no futuro próximo, devido à diversificação de fontes energéticas com a entrada de fontes nucleares, térmicas e renováveis como eólicas e biomassa. Notou-se também que a redução de custos é um item fundamental, muito mais importante que qualquer característica positiva que um ciclo de cogeração possua. Além disso, a visão de longo prazo de ambas as empresas (contratante e terceira) e o contrato de fornecimento de energia assumem grandes responsabilidades na relação entre as empresas.

A energia renovável na matriz energética brasileira

No Brasil, a participação das fontes renováveis na matriz energética sempre foi muito alta. Este arranjo torna o Brasil um caso único, quando comparado com outros países de porte econômico e renda média equivalentes às suas e permite prever que esta opção de planejamento energético, iniciada na década de 50, trará vantagens comparativas que poderão vir a beneficiá-lo no longo prazo. Esta constatação motivou a elaboração deste trabalho, cujo objetivo principal é avaliar a evolução da energia renovável na matriz energética brasileira desde 1940, comparando-a com a de outros países. Uma das ferramentas utilizadas para entender a influência da energia renovável na matriz energética brasileira foi a elaboração de um modelo de regressão entre a demanda anual de energia e o Produto Interno Bruto neste período. Os resultados obtidos permitiram mapear estes impactos, bem como determinar a relação de causalidade entre as variáveis de interesse. Como subproduto desta análise, calculou-se a elasticidade energia - PIB, que trouxe algumas conclusões interessantes e importantes para a definição dos parâmetros com vistas a subsidiar as previsões de investimento de longo prazo no setor elétrico.

Recursos naturais, diversidade de exportações e crescimento econômico: um estudo empírico em painel

Esta dissertação estuda a relação entre crescimento econômico, recursos naturais e diversificação das exportações. Para tanto, são construídas quatro variáveis que medem a concentração das exportações totais, das exportações de recursos naturais e das de recursos renováveis e não-renováveis para um painel de 93 países cobrindo o período 1965-2005. Em seguida, um modelo de painel dinâmico é estimado pela abordagem GMM em sistema e em dois estágios (Sys-GMM2). Os resultados indicam que há uma relação positiva e significante entre diversidade das exportações de recursos naturais e crescimento econômico, enquanto que a participação de recursos naturais no produto nacional bruto (PNB) não é estatisticamente significante. Esse resultado sugere que países com abundância de recursos naturais podem, a princípio, promover o crescimento diversificando suas exportações com novos produtos primários ou em setores relacionados, mesmo quando os recursos naturais representem parcela significativa do PNB, evitando assim a chamada “maldição dos recursos naturais”. As conclusões se alinham com estudos teóricos e empíricos recentes sobre recursos naturais e diversificação das exportações.

Flexibilidade na utilização de diesel ou biodiesel: uma abordagem utilizando a teoria de opções reais

Este trabalho aborda o desenvolvimento do Biodiesel como combustível de fontes renováveis na matriz energética brasileira. Em especial será abordada a flexibilidade de utilização entre o Diesel tradicional de origem petrolífera e o Biodiesel de origem vegetal. Será feita a avaliação do valor da flexibilidade de um equipamento com motor ciclo diesel quando da possibilidade de utilização de Diesel mineral ou Biodiesel. A valoração da flexibilidade operacional será feita utilizando a Teoria de Opções Reais. Por fim, será comentado o potencial de ganho no agregado para um país como o Brasil, com um modal de transportes predominantemente rodoviário movido a Diesel.

Energia & petróleo

A edição número 1 do Cadernos FGV Projetos foi lançada em setembro de 2006 com o tema Energia & Petróleo. A publicação traz uma entrevista exclusiva com José Sérgio Gabrielli, presidente da Petrobras, além de artigos e informações que levantam temas como matriz energética, presença crescente dos combustíveis renováveis, uso mais intenso de gás natural e gargalos para a expansão da oferta de energia.

Agronegócios

A edição do Cadernos FGV Projetos sobre agronegócios traz uma entrevista com o presidente da Embrapa, Dr. Sílvio Crestana, e artigos assinados por especialistas e profissionais da FGV que abordam os temas Cenário do Agronegócio, Ambiente Macroeconômico, Agropecuária, Agroenergia, Energias Renováveis, Empresa do Agronegócio, Milho e Soja, Setor Pecuário, Café, Citricultura, Prespectivas, Gestão e Negócios.

Estudos de viabilidade para a produção de biocombustíveis

Estudos de viabilidade de produção de biocombustíveis foram realizados pela Fundação Getulio Vargas em El Salvador, Haiti, Republica Dominicana e St.Kitts & Nevis. Esses estudos são motivados pela crescente necessidade global em desenvolver fontes renováveis de energia, devido às evidências de esgotamento das fontes de combustíveis não renováveis e do aquecimento global.

Produção de acetato de etila em biorrefinaria: uma análise de viabilidade

O estudo aqui apresentado tem como objetivo mostrar que a competitividade da indústria química brasileira pode ser revista por meio do desenvolvimento da área química a partir dos recursos naturais renováveis e de alto desempenho de produtividade, aqui representado pela cana-de-açúcar. A base deste estudo analisa a competitividade econômica da produção do acetato de etila, utilizando o etanol como única matéria-prima, sendo o Brasil um grande exportador e, ao mesmo tempo, detentor de um mercado interno forte quando comparado a outros países desenvolvidos. O acetato de etila exportado representou 52% da capacidade nominal instalada no Brasil no ano de 2008. No Brasil existem três ofertantes, mas apenas um produtor é exportador. Todos usam a esterificação como tecnologia de produção, via reação do ácido acético e etanol, sendo o ácido acético largamente importado. O estudo tem como premissa que a competitividade do acetato de etila no Brasil seja dada pelo etanol, que aqui é produzido pela fermentação do caldo de cana-de-açúcar. Já a tecnologia de esterificação é conhecida e de domínio público mundial, e o ácido acético é uma commodity petroquímica com preço referenciado globalmente. Argumenta-se neste trabalho que a competitividade do acetato de etila decorre da linkage com a produção de etanol de cana-de-açúcar, o que coloca o Brasil como grande potencial exportador desse produto. Utilizando a tecnologia de desidrogenação do etanol, pode-se obter acetato de etila utilizando-se apenas o etanol como matéria-prima, reduzindo-se assim a necessidade de importação de ácido acético, que representaria redução anual do déficit da balança comercial petroquímica brasileira em aproximadamente meio bilhão de dólares e, ademais, permitindo que o acetato de etila produzido no Brasil seja ainda mais competitivo. A partir deste estudo é possível avaliar, por analogia, a competitividade de outros produtos químicos produzidos a partir da matriz cana-de-açúcar, tais como eteno, lubrificantes, plásticos etc. Tal caminho permite criar um novo marco para a indústria química brasileira, com consequente redução da dependência de petróleo e gás natural.

Competitividade dos biocombustíveis no Brasil: uma comparação entre os principais biocombustíveis etanol e biodisel

As preocupações mundiais com o aquecimento global e os efeitos nocivos da utilização de combustíveis fósseis têm fomentado a busca por novos modelos energéticos, baseados em fontes limpas e renováveis, com destaque para os biocombustíveis. Sem menos importância, o esgotamento das reservas mundiais de matérias-primas fósseis, somado às instabilidades geopolíticas nas principais regiões produtoras, impulsionam, cada vez mais, o desenvolvimento destes novos modelos. Neste cenário, o Brasil tem papel de destaque. Líder mundial na produção e consumo de etanol à base de cana-de-açúcar, o país iniciou, em 2005, a inclusão de mais uma fonte de energia renovável em sua matriz energética: a mistura do biodiesel no diesel mineral. O presente trabalho tem como objetivo analisar a competitividade dos principais biocombustíveis brasileiros: o etanol e o biodiesel. Em primeiro lugar, estes produtos foram analisados quanto às suas principais características; em segundo, avaliou-se a competitividade econômica destes combustíveis frente a seus produtos substitutos diretos derivados do petróleo. Finalmente, foram analisados os benefícios (tangíveis e intangíveis) inerentes à utilização dos biocombustíveis, e como estes intangíveis deveriam ser precificados, como forma de atribuir um prêmio aos benefícios que trazem ao meio-ambiente e à sociedade. Esta dissertação pretende servir de base para uma avaliação mais profunda da real competitividade econômica dos biocombustíveis frente aos combustíveis derivados do petróleo, além de colocar em cheque as principais análises atuais e críticas sobre a utilização destes produtos. Além disso, o presente trabalho visa avaliar o potencial e as limitações da produção dos biocombustíveis no Brasil.

Cooperação internacional na produção de etanol : limites e oportunidades

Após a entrada em vigor do Protocolo de Kyoto em 2005 e a divulgação dos relatórios do IPCC sobre as mudanças climáticas, em 2007, muitos países passaram a buscar formas de produzir fontes alternativas de energia na tentativa de diminuir suas emissões de gases de efeito estufa. Por outro lado, a tentativa de alguns países de serem menos dependentes do petróleo e consolidarem políticas de segurança energética foi também um fator que contribuiu significativamente para a produção e consumo de fontes renováveis. Assim, a produção e a demanda de biocombustíveis apresentam-se como alternativa para o cumprimento de ambos os objetivos: redução de emissões e segurança energética. Quando analisamos custo de produção, produção por hectare, balanço energético e redução na emissão de gases de efeito estufa, a cana-de-açúcar apresenta-se como a matéria-prima mais competitiva para a produção de etanol. Entretanto, nem todos os países possuem tecnologia, condições agroclimáticas, estabilidade política para a produção dessa cultura. Este trabalho tem o objetivo de identificar as condições climáticas, socioeconômicas e políticas de países e sub-regiões localizados na zona intertropical, de modo a facilitar a disseminação da produção de etanol por meio da cooperação internacional. No entanto, havendo condições agroclimáticas em um país, isso seria suficiente para implementar sistemas de produção de cana-de-açúcar? Conforme veremos na hipótese apresentada, uma análise política e socioeconômica é necessária a fim de avaliar a situação do Estado de Direito dos Estados pretendentes à produção de cana. Para aqueles países em condições do seu cultivo, a pesquisa demonstra cooperação internacional como um dos meios para adquirir assistência técnica, transferência de tecnologia e disseminar os benefícios socioeconômicos e ambientais do etanol em outros países. Tornar o etanol uma commodity também é uma das maneiras de difundir o mercado do produto no mundo. Entretanto, como veremos, a commoditização do etanol está, adicionalmente, sujeita a fatores técnicos, políticos e econômicos. Por fim, pretende-se demonstrar que a disseminação global do etanol não depende apenas da produção em diversos países e da commoditização do produto, mas também da eliminação de barreiras tarifárias e não tarifárias impostas no comércio internacional.