TCC - Renato - 1-1 - ABVE

UIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁCAMPUS DE TUCURUÍFACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICATUCURUÍ-PARÁTurucuí, 07 de dezembro de 2011.UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁCAMPUS DE TUCURUÍFACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICAANÁLISE ECO-ENERGÉTICA DA INTEGRAÇÃO DE VEÍCULOSELÉTRICOS NA MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRATrabalho submetido ao colegiado docurso de Engenharia Elétrica paraobtenção do grau de EngenheiroEletricista.Renato Dias da CunhaTucuruí - PA2º Semestre/2011

Analise Da Integração De Veículos Elétricos Na Matriz EnergéticaBrasileira.Este trabalho foi julgado em ___/___/2011 adequado para a obtenção do Grau deEngenheiro Eletricista, e aprovado na sua forma final pela banca examinadora queatribuiu o conceito ____________________.Prof. Dr. João Paulo Abreu Vieira(Orientador/UFPA)Prof. M.Sc. Ivaldo Ohana(Co Orientador/UFPA)Prof. Dr. Ubiratan Holanda Bezerra(MEMBRO DA BANCA EXAMINADORA)Eng. Bernard Carvalho Bernardes(MEMBRO DA BANCA EXAMINADORA)

ivAo meu pai, UrbanoProcópio da Cunha, eminha esposa, Aline daSilva Pedro da Cunha,pelo apoio e pelapaciência com a qualcompartilharam minhavida acadêmica.

vAgradecimentosPrimeiramente a Deus por acompanhar com graças minha caminhada até aqui edaqui para frente.À minha mãe, que infelizmente, por razões divinas, não pode acompanhar-meaté aqui presencialmente, mas com certeza em espírito e em meu coração. Em especialaos amigos do CP - Five, Bernard, Douglas, Eliude, Fábio e Silvia, pelos anos deamizade, alegria e companheirismo.A minha esposa Aline, pelo amor, companheirismo e dedicação e ainda mais porme dar a benção de ser pai neste momento tão especial em minha vida.A minha família, por confiarem em mim e me apoiarem na trilha destacaminhada.A todos os citados meus mais sinceros agradecimentos por fazerem parte daminha vida.

vi“Aprender é a únicacoisa que a mentenunca se cansa, nuncatem medo e nunca searrepende”Leonardo Da Vinci

viiSumárioLista de Figuras ....................................................................................................Lista de Siglas ........................................................................................................Resumo ..................................................................................................................IxXXiCapítulo 1 – Introdução ....................................................................................... 131.1 Introdução ............................................................................................ 131.2 Objetivo Geral ...................................................................................... 141.3 Organização do Trabalho ..................................................................... 14Capítulo 2 – Veículos Elétricos ............................................................................ 162.1 Introdução ............................................................................................ 162.2 Tecnologia de Veículos Elétricos ........................................................ 172.2.1 Estudos e Pesquisas Sobre Veículos Elétricos........................... 182.3 Componentes de Veículos Elétricos ..................................................... 192.4 Vantagens e Desvantagens ................................................................... 21Capítulo 3 – Matriz Energética Brasileira ......................................................... 233.1 Introdução ............................................................................................ 233.2 A Matriz Energética Brasileira Instalada ............................................. 233.3 Consumo de Energia Elétrica no Brasil ............................................... 26Capítulo 4 – Impactos Energéticos e Estudos de Caso ...................................... 284.1 Consumo de um Veículo Elétrico ......................................................... 284.2 Estudo da Substituição Gradativa de Veículos ..................................... 294.2.1 Substituição de 10% da Frota de Veículos ............................... 294.2.2 Substituição de 20% da Frota de Veículos .............................. 29

viii4.2.1 Substituição de 30% da Frota de Veículos ............................... 294.2.2 Substituição de 100% da Frota de Veículos ............................ 30Capítulo 5 – Conclusões ....................................................................................... 325.1 Conclusões Gerais ................................................................................ 325.2 Sugestões para Trabalho Futuros ......................................................... 33Referências Bibliográficas ................................................................................... 34

ixLista de Figuras1 Nissan Leaf, modelo de veiculo elétrico .............................................................. 162 Diagrama esquemático do ONS – Operador Nacional do Sistema................. 243 Gráfico da produção mundial de energia e suas fontes ................................. 254 Informação sobre a potência instalada, atual e planejada para 2015............. 255 Projeção dos estudos da Empresa de Pesquisas Energéticas, até o ano de 2035 ... 266 Gráfico do consumo de energia elétrica no Brasil por região...................... 26/277 Sazonalidade das águas pluviais (Fonte: ECEN - 2005) .............................. 28

xLista de SiglasABVE Associação Brasileira do Veículo ElétricoANEEL Nacional de Energia ElétricaBTUBritish Thermal Unit (ou Unidade térmica Britânica)COPEL Companhia Paranaense de EnergiaCPFL Companhia Paulista de Força e LuzCREA-MG Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e Agronomia de Minas GeraisDETRAN Departamento Nacional de TransitoECEN Economia e Energia – E&E - www.ecen.comELETROBRAS Centrais Elétricas Brasileiras S.A.EUA Estados Unidos da AmericaIBAMA Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos RenováveisIEEE Norma IEEE 1344-1995INEE Instituto Nacional de Eficiência EnergéticaINTInstituto Nacional de TecnologiaIPTInstituto de Pesquisas TecnológicasMCT Ministério da Ciência e TecnologiaONSOperador Nacional Do SistemaPETROBRAS Petróleo Brasileiro S.A.SIBRATEC Sistema Brasileiro de TecnologiaSINSistema Interligado NacionalUERJ Universidade do Estado do Rio de JaneiroUNICAMP Universidade Estadual de Campinas

xiResumoEste trabalho apresenta um estudo com base no avanço significativo dasindústrias de veículos automotores em relação ao aumento da produção de veículosmovidos com motores híbridos e motores exclusivamente movidos a motores elétricos.A onda ecológica tem tido efeito nas grandes montadoras, levando ao desenvolvimentode veículos cada vez mais eficientes, confortáveis e cada vez menos dependentes dederivados de petróleo. Cada vez mais, existem estudos de eficiência energética,tornando os veículos outrora desacreditados em realidades, atendendo tanto aambientalistas quanto a consumidores exigentes quanto à qualidade dos produtos daindústria de automotores. Restam questões como autonomia, que ainda se faz comogrande vilão deste tipo de veiculo, levantando questionamentos a respeito de viabilidadetécnica, econômica e energética, uma vez que este depende de sistemas derecarregamento de baterias ou troca das mesmas. Como fonte de pesquisa, foramutilizados dados do Operador Nacional do Sistema – ONS, Agencia Nacional deEnergia Elétrica – ANEEL, Setor de Operação da ELETROBRAS ELETRONORTE emTucuruí – UHE Tucuruí, entre outro. O estudo visa avaliar também a viabilidadeeconômica e energética da integração desta tecnologia na matriz energética brasileira,analisando os prós e os contras da chegada desta recente tecnologia ao nosso país,contribuindo para a redução da emissão de gases causadores do aquecimento global,utilizando motores sem emissão de poluentes ao invés de motores movidos pela queimade derivados de petróleo.Palavras-chave:Potencial energético instalado no Brasil, Sistema Integrado Nacional- SIN, Consumo e demanda de energia elétrica da planta Brasileira,Sistema tarifário de distribuição de energia elétrica, autonomia deveículos elétricos.

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13Capítulo 1 - Introdução1.1 IntroduçãoAtualmente a aposta em fontes de energia renováveis e não poluentes tornou-secada vez mais freqüente, sendo uma forma de combater a dependência dos combustíveisfósseis na produção de energia, bem como de precaver uma eventual quebra dedisponibilidade destes combustíveis em longo prazo.Não é diferente quando se pensa na renovação das fontes para alimentação demotores veiculares, que fazem parte do grupo dos vilões da emissão de gases quecontribuem para o aquecimento global, quando da queima de derivados de petróleo paraa geração de energia mecânica nos motores.Estudos levaram as grandes montadoras a começarem a apostar e investir emveículos movidos a motores elétricos, que não emitem poluentes, são mais silenciososque os motores a combustão e conseguem atender aos clientes mais exigentes comveículos com alto grau de acabamento, conforto, dignos de veículos refinados eluxuosos. Mas existem alguns pontos a serem levantados: quanto se paga por isto? Quala eficiência destes motores? Qual o custo de reabastecimento? E a grande pergunta: amatriz enérgica brasileira está preparada para a inserção destes veículos em umasubstituição gradativa da frota hoje existente no país?É de amplo conhecimento que o grande problema destes veículos é a baixaautonomia dos mesmos, pois, com as baterias totalmente carregadas, não lhes permiterodar mais que 200 km, tendo que parar para recarregar as baterias por longos períodos,de 4 a 8 horas, tornando inviáveis viagens longas, quando se passaria mais tempoparado, recarregando as baterias do que rodando com o mesmo pelas estradas. Mesmoassim, rodando apenas nas cidades, estes veículos teriam que ter suas bateriasrecarregadas nas tomadas das residências ou postos especializados. Qual o custo desteabastecimento para o consumidor e para as distribuidoras? Uma vez que, tendo querecarregar as baterias, haverá um consumo de energia, aumentando a demanda de cargada planta energética brasileira, principalmente se for levado em conta uma supostasubstituição da frota atual, gradativamente, pelos veículos movidos por motor elétrico.

14As distribuidoras de energia elétrica deverão também estar preparadas, assimcomo as geradoras e transmissoras de energia, pois a integração destes veículos, casoseja em grande escala, poderá afetar a operação e a gestão das redes de distribuição,bem como a qualidade da energia elétrica fornecida pelas mesmas.1.2 Objetivo GeralEste trabalho tem como objetivo apresentar um estudo do impacto da integraçãode veículos elétricos na atual matriz energética brasileira por meio de uma possívelsubstituição de parte da atual frota de automotores movidos a combustíveis derivados depetróleo por veículos movidos a motor elétrico, em território nacional. Tal estudo tem opropósito de analisar se o potencial energético instalado no país suportaria talsubstituição sem prejuízo a qualidade do fornecimento de energia, uma vez que, oconsumo de um veículo elétrico é equivalente ao consumo de um aparelhocondicionador de ar de 7500 Btu´s (cerca de 3 MW/h por ano) [2].1.3 Organização do TrabalhoEste trabalho esta organizado em 5 capítulos, conforme descrito a seguir:O capítulo 1 apresenta uma introdução contextualizada sobre o tema, com umamotivação para a integração dos veículos elétricos nas redes de distribuição, justificandoa importância do assunto, sendo ainda estabelecido o objetivo geral do trabalho.O capitulo 2 trata sobre o funcionamento dos veículos elétricos, aspectos,tecnologia e funcionamento.O capítulo 3 aborda o estudo sobre o impacto na rede elétrica, relacionado àqualidade da energia elétrica, o impacto energético, envolvendo os cenários decarregamento dos veículos elétricos.O capitulo 4 mostra o estudo de casos, com simulações baseadas em projeçõesde cenário relativo à introdução dos veículos elétricos substituindo a atual frota deveículos automotores no Brasil, assim como a análise dos casos exemplos e das inter–relações e indicadores dos impactos.O capítulo 5 apresenta a conclusão deste trabalho e algumas sugestões detrabalhos futuros que possam a ser realizados para dar continuidade ao mesmo.

16Capítulo 2 – Veículos ElétricosFigura 1 - Nissan Leaf, lançado em Portugal em Janeiro de 2011. À venda por 30.990,00[3]2.1 IntroduçãoAtualmente, a discussão sobre veículos acionados por motores elétricos (como oilustrado na Figura 1) é destaque em praticamente todos os eventos do setor automotivo.A história recente dos veículos elétricos começou na ultima década do século XX,através de iniciativas independentes no Japão, na França e nos EUA, especialmente noestado da Califórnia.Na época, foram fabricados veículos elétricos a bateria, que usam a energia darede elétrica e modelos chamados híbridos, nos quais a energia elétrica é gerada a bordopor um motor-gerador, acionado a gasolina.Esses carros aproveitaram tecnologias de baterias desenvolvidas para celulares elaptops e ao longo do tempo incorporaram avanços da eletrônica, que permitiram aintrodução de novidades como o freio regenerativo, onde ao frear, o motor elétrico éconvertido em um gerador que oferece a resistência para parar o veículo enquanto gera earmazena energia em baterias. Como consequência, esses veículos elétricos semostraram mais eficientes que os convencionais equivalentes, além de serem de baixaemissão de poluentes, mais silenciosos, confortáveis e duráveis.

17A novidade foi bem aceita pelo mercado e a venda dos híbridos, saltou de 19 milem 1998 para quase um milhão em 2010, pois os consumidores se identificaram comessa categoria de veículos abastecidos da forma tradicional. A evolução das vendas doscarros a bateria foi mais lenta, no aguardo por baterias mais adequadas e com menorespreços, o que vem ocorrendo nos últimos anos com tendências a continuar.Além dos veículos híbridos, começou a ser fabricada uma variação com bateriasque podem ser carregadas a partir da rede elétrica, o suficiente para percursos curtos eque utilizam combustível para percorrer distâncias maiores. Estes veículos, alimentadosapenas por baterias, vem tendo grande aceitação entre os ecologistas, por não utilizaremqueima de combustíveis fosseis para obtenção de energia.A penetração dos veículos elétricos, movidos a bateria, no mercado enfrentadesafios comuns à implantação de qualquer nova tecnologia, quando não há escala deprodução dos carros e dos seus componentes. Ações de governos sobre o tema variamde país para país, de cidade para cidade e foram cruciais para incentivar estudos eestabelecer diretrizes que orientaram desenvolvimentos recentes, levando a um sensívelaumento na frota dos veículos elétricos pelo mundo.Dos 5 bilhões de carros do mundo, cerca de 3 milhões são elétricos. A proporçãoainda é pequena, mas o crescimento é bastante acelerado e a quantidade existente já ésuficiente para antecipar uma nova tendência de acionamento que será massificada nofuturo. A competição entre as montadoras acaba gerando soluções de mercado parasuperar essas dificuldades.2.2 Tecnologias de Veículos ElétricosA tecnologia de veículos elétricos está se desenvolvendo a passos largos. Jáexistem modelos sendo comercializados e a tendência é que esse número aumente aindamais com melhoria da tecnologia e a massificação de seu consumo. No entanto, osprincipais gargalos para que os veículos elétricos estejam cada vez mais presentes nasruas das cidades são os, ainda, altos custos de produção e a criação de infraestrutura queatenda às novas formas de abastecimento.Enquanto um veículo com motor a gasolina usa apenas 17,5% da energia geradapor combustão, um elétrico chega a aproveitar 90% da energia consumida, sem barulho

18e sem poluir o ar. Por estas e outras razões, num contexto mundial de busca dealternativas energéticas mais eficientes, econômicas e adequadas ambientalmente, aspesquisas para o desenvolvimento do carro elétrico ganharam grande impulso.O Brasil ainda não se lançou na corrida por esse incremento tecnológico, mastem um cenário bastante favorável, que inclui uma ampla rede de distribuição deenergia, com 87% de fontes limpas (80% hidráulica, 4% de bagaço de cana, 2% denuclear, e 1% de eólica).Estes dados e outros aspectos que envolvem as perspectivas de consolidação datecnologia de veículos elétricos no país e no mundo estão sendo apresentados pelosórgãos competentes de tecnologia em feiras, palestras e exposições tecnológicas.2.2.1 Estudos e Pesquisas Sobre Veículos ElétricosUm estudo sobre o tema tem sido realizado pelo engenheiro Marcelo Schwob, daárea de Energia do INT (Instituto Nacional de Tecnologia), em 2011, que ressalta aimportância do País em investir na solução do uso da propulsão elétrica nos automóveise, sobretudo em veículos de transporte coletivo.As pesquisas com a propulsão elétrica de veículos já existem desde o final doséculo XIX, quando se desenvolviam também os sistemas de motores de combustãointerna e a vapor. Como os combustíveis líquidos do petróleo tinham um preço muitoacessível e a infraestrutura de distribuição da energia elétrica ainda era precária, o seuuso em automóveis e demais veículos rodoviários não foi buscada em escala industrial,ficando restrito a transportes como bondes, trens e metrôs. Só com a crise do petróleo nadécada de 70 e com a conscientização ambiental a partir dos anos 80, a solução elétricavoltou a ser considerada para os veículos leves.Além de ser uma fonte limpa, o motor elétrico tem outras vantagens, apontadascomo o consumo nulo em “marcha lenta” e a possibilidade de emprego de freiosregenerativos, que recuperam a energia gasta na frenagem e na desaceleração. Outroponto crucial nos modelos elétricos destaca o engenheiro, é o ganho de espaço:compacto, o motor pode funcionar junto à suspensão ou mesmo no espaço das rodas.Em países como os EUA e na Europa, os programas para a promoção do uso dapropulsão elétrica em veículos leves já envolvem investimentos da ordem de bilhões de

19dólares no prazo até 2020, ano em que a participação do carro elétrico, segundoprevisões do setor automotivo, deve chegar a representar de 2 a 10% do mercado.No Brasil, já há iniciativas nas áreas de pesquisa e desenvolvimento de empresascomo a Companhia Paulista de Força e Luz (CPFL), Eletrobras, Fiat, Itaipu Binacional,Copel, Petrobras, e entidades como INEE, ABVE, Universidade Estadual do Rio deJaneiro (UERJ), Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), de São Paulo, eUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP).No dia 3 de fevereiro de 2010, o Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT)patrocinou, no IPT, um primeiro encontro geral do setor visando criar um grupo ouconselho gestor das iniciativas governamentais de investimento em pesquisas a respeitode propulsão elétrica. Na ocasião, o secretário de Desenvolvimento Tecnológico eInovação, do MCT, Ronaldo Mota, apresentou a possibilidade de criação de uma redenacional para garantir apoio ao tema dentro do Sistema Brasileiro de Tecnologia(Sibratec).Presente em outros momentos decisivos do desenvolvimento de tecnologias deuso de alternativas energéticas para veículos, o INT também pretende se associar aogrupo. No currículo, o instituto do MCT traz desde as primeiras pesquisas com motoresa álcool na década de 1920, motores a gasogênio e estudos pioneiros com óleos vegetaisna década de 1940, desenvolvimento de misturas utilizando biodiesel e apoiotecnológico à consolidação do Pró-Álcool na década de 70, até os recentes estudos nasáreas de biomassa, célula a combustível, otimização do uso de energia elétrica e designvoltado para novos veículos à propulsão elétrica.2.3 Componentes de Veículos ElétricosO carro elétrico, que é econômico, flexível, prático e acima de tudo nãopoluidor,tem se tornado o foco de atenção para muitos fabricantes de automóvel. APeugeot foi uma das primeiras empresas a reconhecer as vantagens do carro elétrico,especialmente em vias urbanas, por suas características ambientais, assim como peloconforto que o mesmo pode proporcionar.O princípio básico de um carro elétrico é muito simples: o motor de combustãointerna, com seu tanque de combustível e sistema de caixa e transmissão, é substituídopor um motor elétrico, alimentado por baterias, reguladas por um sistema de controle

20eletrônico. O usuário deve certamente acessar uma rede de distribuição de energia demodo que possa recarregar as baterias sempre que necessitarem.O princípio do motor elétrico de um automóvel é o mesmo dos outros motoreselétricos, tal como aqueles utilizados para trens elétricos. Um rotor (parte móvel) giraem relação a um estator (parte estável) sob o efeito de um campo magnético geradoeletricamente. Na verdade, o rotor dirige um eixo da roda, que transmite o movimentoàs partes funcionais, que são as rodas em um carro elétrico. Um redutor e um diferencialsão colocados no “eixo-motor” para adaptar sua velocidade aos raios de roda quedependem da aceleração ou desaceleração. Um “eixo-motor” vira sete tempos maisrapidamente que as rodas de carro.O motor de carro elétrico não tem caixa de engrenagens, portanto, para ir de 0km/h a 90 km/h, é somente necessário acelerar gradualmente. Quando o veículo estáparado, o motor não consome energia. De fato, isto substitui o gerador, uma vantagemenorme para as cidades, dirigindo em reduzidas velocidades e paradas freqüentes.Quanto qualquer outro tipo de motor, o motor elétrico necessita de uma fonte deenergia. Esta energia é fornecida através de um fio ou cabo (dificilmente prático paraum veículo) ou de baterias que armazenam a energia. A bateria ideal deveria ter asseguintes características:• Uma boa razão potência/peso (calculada em W/kg), assim levando emconta uma boa aceleração;• Autonomia suficiente (calculada em Wh/kg);• Oferta de energia estável, com níveis de desempenho constantes;• Uma esperança de vida longa, calculada em termos do número derecargas para diminuir o custo do uso;• Manutenção: nenhuma ou pequena, e• A capacidade para reciclar seus componentes.Há atualmente duas tecnologias de confiança disponíveis no mercado: a bateriade primazia e a de nickel-cadmium. Suas atuações e características de uso sãodiferentes;• A bateria de primazia é barata, não requer qualquer manutenção e é muito fácilde usar. Entretanto, seus níveis de desempenho são baixos e, acima de tudo, temexpectativa de vida mais curta que a de nickel-cadmium. Portanto, é indicada paraveículos utilitários ou para funções onde o planejamento é simplificado.• A bateria nickel-cadmium contém muito mais energia, duração mais longa efornece mais altos níveis de desempenho. Portanto, é indicada para veículos particularesou para conjuntos de carros com diversificadas necessidades.

212.4 Vantagens e DesvantagensVantagensDiminuição da poluição ambiental – Sabe-se que, por exemplo, o monóxido decarbono que surge quando da combustão num veículo convencional e que é emitidopelo escape desse veículo, é altamente nocivo para a saúde humana provocandodiversas patologias entre as quais do sistema respiratório e do sistemacardiovascular. Os gases com efeito de estufa, nos quais o CO se inclui, são tambémresponsáveis pelo aquecimento global e pela desregulação climática do planeta,sendo que o transporte individual na atualidade tem um grande contributo nocivopara a poluição atmosférica global. Os veículos elétricos não emitem quaisquergases com efeito de estufa, sendo assim denominados Zero - Emissões. Existem, noentanto emissões desses gases no ato de fabrico dos veículos e das respectivasbaterias.Diminuição da poluição sonora - O ruído ou poluição sonora, que é frequentenas metrópoles, é também causador de diversos danos para a saúde humana, maisprecisamente no sistema auditivo e no sistema endócrino, provocandoestresse, hipertonia arterial e problemas circulatórios. Os veículos elétricos nãoemitem praticamente ruído, sendo extremamente silenciosos quando comparadoscom os veículos convencionais com motor de combustão.Poupança nos combustíveis - Tendo em vista os mercados internacionais umpreço deveras instável e normalmente sempre crescente, e considerando que numestudo recente, as famílias brasileiras despendem cerca de 15% dos seus orçamentospara a aquisição de derivados do petróleo, o veículo elétrico torna-se deverasvantajoso, pois tem um gasto em locomoção, ou seja, número de Reais gastos porquilômetro percorrido, muito baixo em comparação com o veículo de combustãointerna.DesvantagensPreço - Os carros elétricos na atualidade ainda têm um preço elevado quandocomparados com os equivalentes de combustão interna, mesmo considerando osenormes benefícios fiscais atribuídos por alguns estados europeus.Autonomia - A autonomia dos carros elétricos situa-se normalmente entre os100 km e os 200 km, o que em certas situações é diminuto. Tal está muito

22dependente do desenvolvimento químico em torno das tecnologias associadas àsbaterias.Para uma inserção em grande escala, há a necessidade de ampliação da geraçãoinstalada assim como uma regulamentação diferenciada em relação ao consumo derecarga das baterias dos mesmos, como tarifação diferenciada e regime de horáriosespecíficos.

23Capítulo 3 – Matriz Energética Brasileira3.1 IntroduçãoCom a inserção dos veículos elétricos no país, juntamente com as noticiasrecentes sobre a geração de energia no Brasil (apagão de 2001, tentativas deimpedimento de Belo Monte), levanta-se a duvida: A matriz energética brasileira, hoje,teria condições de suportar uma substituição gradativa da frota de automotores commotores a combustão interna por veículos elétricos?Segundo dados do Departamento Nacional de Transito (DETRAN - 2011), oBrasil fechou o ano de 2010 com cerca de 65 milhões de veículos automotores. Qualseria, então, o efeito de uma substituição gradativa destes por veículos elétricos? Comotal substituição impactaria na demanda e na matriz como um todo?3.2 A Matriz Energética Brasileira InstaladaPara que seja feito um estudo acerca dos impactos da inserção dos veículoselétricos na planta energética Brasileira, é necessário levantar os dados a respeito degeração e consumo da matriz energética Brasileira.No Brasil hoje, a matriz energética nacional é suprida, em 89,6% de sua geraçãobaseada na produção de energia hidroelétrica, conforme diagrama esquemático doOperador Nacional do Sistema (ONS), mostrado na figura 2. Existem também outrostipos de geração, como a termo-nuclear (usinas de Angra), usinas térmicas a DIESEL(Sistema Isolado), e os complexos instalados de energia alternativa, como o Parque deOsório (Rio Grande do Sul), com capacidade de 150MW, baseado unicamente emenergia eólica.

24Fig. 2 – diagrama esquemático do ONS, Usinas Hidrelétricas do SIN – SistemaIntegrado Nacional [4].Através do diagrama, é possível identificar todas as usinas hidrelétricasinstaladas em solo Brasileiro, a capacidade instalada em cada UHE, a região, estado,cidade e nome de cada unidade, inclusive com a projeção até 2015.Na figura 3 são apresentados gráficos relativos à produção mundial de energiaelétrica e o percentual de cada modelo de geração no Brasil. É possível observar que oBrasil possui o maior potencial instalado de energia hidroelétrica do mundo, porém, umpotencial mínimo utilizado de energia baseada em fontes alternativas, como biomassa,eólica e fotovoltaica.

25Figura 3 – produção mundial de energia e o percentual de suas fontes (ONS-10-2011)[4]Na figura 4, é possível verificar a geração total instalada da matriz Brasileiraatualmente do SIN (Sistema Integrado Nacional) e a projeção da expansão energéticaaté o ano de 2015.Figura 4 – potência instalada, atual e planejada para 2015 (ONS – 06-2011) [4]No final do ano de 2010, a capacidade total instalada em território nacional erade 75.857 MW, ou 664.507.320 MWh/ano ou 664,50 TWh.

26Segundo estudos da ECEN [12], uma projeção de aumento gradativo da geraçãoelétrica da matriz brasileira, levando-se em consideração a importação de energia e oincremento dos auto-produtores, projeta para 2035 uma geração total de 1.954TWh/ano, o que representa um aumento substancial em relação à matriz atual, conformepode ser observado na figura 5, logo abaixo, aumento este da ordem de 294%.Figura 5 – projeção dos estudos da Empresa de Pesquisas Energéticas, até o ano de 2035.3.3 Consumo de Energia Elétrica no BrasilNa figura 6, é apresentado o gráfico do consumo energético nacional no Brasil,nos anos de 2009, 2010 e nos primeiros meses de 2011, fornecido pelo ONS, podendosefazer o levantamento da média de consumo no Brasil, no período.GWh Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

272011 43.502 41.133 43.792 41.813 42.351SIN2010 41.409 39.319 43.637 40.237 41.237 39.429 41.055 41.318 41.113 41.912 41.374 43.0172009 37.187 36.433 39.980 36.656 37.249 35.766 37.819 38.248 38.410 39.918 40.420 40.6422011 26.895 25.789 26.977 26.014 26.076SE/CO2010 25.542 24.220 26.848 24.915 25.412 24.294 25.481 25.760 25.843 25.916 25.517 26.7212009 22.527 22.357 24.647 22.467 23.007 21.847 23.310 23.659 23.831 24.580 25.138 24.9592011 7.623 7.092 7.502 6.814 7.102S2010 6.988 6.794 7.337 6.541 6.631 6.533 6.807 6.779 6.497 6.675 6.813 7.1802009 6.376 6.364 6.884 6.228 6.222 6.100 6.372 6.317 6.216 6.551 6.697 6.7932011 6.114 5.606 6.327 6.032 6.079NE2010 6.077 5.708 6.505 5.979 6.268 5.844 5.931 5.883 5.916 6.396 6.203 6.2162009 5.596 5.246 5.753 5.369 5.354 5.180 5.454 5.578 5.723 6.072 5.925 6.1322011 2.870 2.647 2.986 2.953 3.094N2010 2.802 2.597 2.947 2.802 2.926 2.758 2.836 2.896 2.857 2.926 2.841 2.9002009 2.688 2.466 2.697 2.592 2.666 2.640 2.683 2.694 2.640 2.715 2.660 2.758Figura 6 – gráfico do consumo de energia elétrica no Brasil por região em 2009, 2010 enos primeiros meses de 2011 (ONS – 06-2011) [5]Após analisar os dados do gráfico, temos um consumo médio mensal de 82.471GWh mês, ou 2.749,03 GWh/dia de média.Hoje, a soma de toda a energia assegurada das fontes geradoras no país (fonte:Agencia Nacional de Energia Elétrica – ANEEL [6]) é de 64.830,11MWh med mensal,logo, temos um media mensal de consumo 27,2% acima da nossa geração mediaassegurada.Vale ressaltar que esta geração assegurada é a quantidade máxima que cadaplanta de geração elétrica pode produzir e vender em leilões/fornecer ao sistema elétricoInterligado, uma quantidade determinada pelo ONS. Quando o reservatório está cheio, aprodução da usina é muito superior à assegurada. Entretanto, quando há o período deestiagem de chuvas, com o reservatório em níveis mais baixos, a produção real deveráser menor. Cito como exemplo a UHE Tucuruí, a maior usina genuinamente nacionalcom capacidade máxima de geração de 8.370 MW, que na época da cheia do RioTocantins, é a usina que mais produz energia para o Brasil, chegando aos 7.900 a 8.100MW de pico, mas na época de baixa do reservatório, fica com a geração em cerca de35% da capacidade máxima, dificilmente ultrapassando os 3.000 MW. Porém, a

28produção assegurada é de 4.140, cerca de 50% da capacidade máxima de produção [7],conforme pode ser comprovado pelo gráfico da figura 7, a respeito da sazonalidade e aenergia gerada em cada período do ano, deixando claro os períodos de cheia e baixa daságuas pluviais, “combustível” da geração de energia das usinas hidroelétricas, comoItaipu (PR), Tucuruí (PA), Xingó (AL), Paulo Afonso (BA), Samuel (RO), dentreoutras.Figura 1: Sazonalidade das águas pluviais (Fonte: ECEN - 2005)Com a entrada em operação da UHE Belo Monte, esta media mensal aumentaráconsideravelmente, pois com uma geração assegurada de 4.571 MW (4,57 GWh), amédia mensal terá um acréscimo de 3.290,40 GW na produção energética Brasileira.Segundo estudos da Empresa de Pesquisas Energéticas (EPE), divulgadosatravés do PDE 2020 – Plano Decenal de Expansão de Energia [8], órgão ligado aoMinistério de Minas e Energia, a capacidade instalada (nominal) no Sistema InterligadoNacional deverá evoluir dos cerca de 110.000 MW em dezembro de 2010 para 171.000MW em dezembro de 2020, com a priorização das fontes renováveis (hidráulica, eólicae biomassa).

29Capítulo 4 – Impactos Energéticos e Estudos de Caso4.1 Consumo de um Veiculo ElétricoAs fabricantes dos veículos elétricos, em divulgações recentes, informaram queos veículos elétricos consomem em media 3 MWh/ano cada um, ou seja,aproximadamente 8,2 kWh/dia. Consumo equivalente a um aparelho condicionador dear, vide reportagem em www.portalpch.com.br[2], em 2009.“... A estimativa do consumo médio de um veículo elétrico é de 3MWh/ano, o quecorresponde ao consumo de um aparelho de ar condicionado. A declaração é do diretor doInstituto Nacional de Eficiência Energética, Pietro Erber, ao participar do primeiro semináriobrasileiro Veículos Elétricos & Rede Elétrica (VER-2009), realizado no último dia 30 de junho, noRio de Janeiro. Especialistas disseram no evento que os veículos elétricos causarão maiorimpacto na redução do consumo de combustíveis fósseis do que no aumento do consumo deenergia elétrica.”Como a autonomia destes modelos não passa de 200 km, todos os dias, osmesmos teriam que ter suas baterias recarregadas, recarga esta que dura em media de 6a 8 horas ininterruptas, ou seja, o veiculo passa cerca de um terço do dia em recarga.Segundo dados do DENATRAN (Departamento Nacional de Transito - 2011)[9], o Brasil fechou o ano de 2010 com aproximadamente 65 milhões de veículosautomotores.O estudo a seguir é baseado na substituição gradual da frota de veículos movidosa derivados de petróleo por veículos movidos unicamente por motores elétricos, e seusimpactos na matriz energética Brasileira.

304.2 Estudos da Substituição Gradativa dos Veículos4.2.1 Substituição de 10% da Frota de veículosA substituição de 10% de veículos automotores movidos a derivados de petróleo(6,5 milhões de unidades) por veículos puramente movidos a motores elétricos teriam osseguintes impactos:- ecológicos – grandes quantidades de CO 2 (dióxido de carbono) deixariam deser lançados na atmosfera, ajudando a reduzir a emissão de gases causadores do efeitoestufa. Um sedã médio, segundo nota do Site da Editora Abril [10], produz por anocerca de 5.400 kg de CO 2 por ano, logo estaria evitando o lançamento de 35.100.000toneladas de CO 2 ;- energéticos – a demanda energética teria um acréscimo de 53,3 GWh/dia,representando um acréscimo de 1,94% no consumo de energia elétrica no Brasil.Em dez anos, a missão de CO 2 evitada, seria de 351.000.000 toneladas, oequivalente a 351.000.000 créditos de carbono, conforme gráficos abaixo.Gráfico relativo ao acréscimo na demanda do consumo de energia elétrica

31Gráfico da não-emissão de CO 2 em 10 anos (toneladas x anos).4.2.2 Substituição de 20% de veículosA substituição de 20% de veículos automotores movidos a derivados de petróleo(13 milhões de unidades) por veículos unicamente movidos a motores elétricos teriamos seguintes impactos:- ecológicos – estaria evitando o lançamento de 70.200.000 toneladas de CO 2 ;- energéticos – a demanda energética teria um acréscimo de 106,6 GWh/dia,representando um acréscimo de 3,88% no consumo de energia elétrica no Brasil.Em dez anos, a missão de CO 2 evitada, seria de 702.000.000 toneladas, oequivalente a 702.000.000 créditos de carbono, conforme gráficos abaixo.Gráfico relativo ao acréscimo na demanda do consumo de energia elétrica

32Gráfico da não-emissão de CO 2 em 10 anos (toneladas x anos).4.2.3 Substituição de 30% de veículosA substituição de 30% de veículos automotores movidos a derivados de petróleo(19,5 milhões de unidades) por veículos puramente movidos a motores elétricos teriamos seguintes impactos:- ecológicos – estaria evitando o lançamento de 105.300.000 toneladas de CO 2 ;- energéticos – a demanda energética teria um acréscimo de 159,9 GWh/dia,representando um acréscimo de 5,81% no consumo de energia elétrica no Brasil.Em dez anos, a missão de CO 2 evitada, seria de 1.053.000.000 toneladas,o equivalente a 1.053.000.000 créditos de carbono, conforme gráficos abaixo.

33Gráfico relativo ao acréscimo na demanda do consumo de energia elétricaGráfico da não-emissão de CO 2 em 10 anos (em milhares de toneladas x anos).4.2.4 Substituição de 100% de veículosA substituição de 100% de veículos automotores movidos a derivados depetróleo (65 milhões de unidades) por veículos puramente movidos a motores elétricosteriam os seguintes impactos:- ecológicos – grandes quantidades de CO 2 (dióxido de carbono) deixariam deser lançados na atmosfera, ajudando a reduzir a emissão de gases causadores do efeitoestufa. Evitar-se-ia o lançamento de 351.000.000 toneladas de CO 2 ;- energéticos – a demanda energética teria um acréscimo de 533 GWh/dia,representando um acréscimo de 19,4% no consumo de energia elétrica no Brasil.Em dez anos, a missão de CO 2 evitada, seria de 3.510.000.000 toneladas, oequivalente a 3.510.000.000 créditos de carbono, conforme gráficos abaixo.Alem dos impactos energéticos, devemos levar em conta também a melhoria naqualidade de vida das dos cidadãos, principalmente dos grandes centros urbanos, onde apoluição sonora tem recordes diários de desconforto auditivo causando aos moradoresdiversas patologias auditivas, alem de stress e a tensão do dia a dia.

34Os grandes pontos negativos de tais substituições seriam os seguintes:- Como visto, antes da entrada em operação da Usina de Belo Monte, umasubstituição acima de 20% da frota de veículos automotores se tornaria inviável, devidoao impacto direto na demanda de geração da matriz energética Brasileira,sobrecarregando a planta instalada em solo Brasileiro atualmente.- Caso não haja legislação a respeito do horário de recarregamento de taisveículos, este acréscimo pode impactar diretamente na qualidade da distribuição daenergia, principalmente se forem postos para tal no horário de pico da demandanacional, de 17:00h às 22:00h, pois neste horário, o sistema encontra-se saturado, o quecausaria uma possível sobrecarga do sistema, podendo provocar blackouts em algumasregiões do país.Gráfico relativo ao acréscimo na demanda do consumo de energia elétrica

Gráfico da não-emissão de CO 2 em 10 anos (em milhares de toneladas x anos).35

36Capítulo 5 - Conclusões5.1 Considerações FinaisBaseados nos dados apresentados, este trabalho proporcionou um estudo deviabilidade eco - energética em relação à inserção e substituição gradual da atual frotade veículos automotores por veículos movidos por motores unicamente elétricos. Talestudo comprova que, apesar de necessitar de melhorias de distribuição e acréscimos degeração em relação à matriz energética atual, os ganhos em relação às simulaçõesseriam muito maiores que as perdas.Concluo que, com a atual planta energética instalada, uma substituição superiora 20% seria inviável, pois, com a relação demanda/geração no limite, dificulta ainserção de cargas significativas, pois causaria um impacto direto na qualidade dadistribuição de energia elétrica. Este queda de qualidade seria prejudicial parapraticamente todos os usuários de energia elétrica no país, independente se residir noSIN (Sistema Interligado Nacional) ou no Sistema Isolado. As concessionárias tambémdeverão ser preparadas para estas alterações de carga, criando um modo diferenciado decobrança para a recarga das baterias e impondo restrições e penalidades para oabastecimento fora de um horário pré-determinado, pois caso seja feita em horário depico, o risco de sobrecarga de todo o sistema é grande, podendo ocasionar desligamentode alimentadores e pequenos blackouts.Outra conclusão que podemos chegar é que fica claro que, em termos dequalidade de vida principalmente nos grandes centros, preservação ambiental, vale apena o investimento. Mas necessitaria de maiores estudos e investimentos, quepossibilitem a competição destes veículos, pois seu preço ainda está acima dos similaresconvencionais, além de que, a matriz energética Brasileira hoje não suportar grandesacréscimos de carga.Futuramente, com a entrada em operação de mais geradoras, como Belo Monte(Pará), Santo Antonio e Jirau (ambas em Rondônia), este cenário pode ser alterado, hajavista que a previsão da ONS, segundo estudos da Empresa de Pesquisas Energéticas

37(EPE) [11], para 2015 é um aumento de 15,34% de produção energética no SIN e de29,6% na matriz energética total do Brasil. Após estes incrementos de geração, pode-seiniciar um estudo voltado para as vantagens de se investir em uma tecnologia detransporte mais limpa, saudável e ecologicamente correta, baseada em veículos elétricosdentro do Brasil.E ainda, a longo prazo, segundo estudos da ECEN, com a geração total da matrizenergética brasileira atingindo níveis próximos de 1.900 TWh/ano, seria um fatorincentivador para o estudo de uma substituição dos veículos a combustão por veículoselétricos em níveis superiores a 40%, melhorando ainda mais as perspectivas de estudospara o desenvolvimento da tecnologia dos veículos elétricos, evitando mais ainda aemissão de CO 2 na atmosfera, contribuindo para a melhora da qualidade de vida detodos.5.2 Sugestões para Trabalhos FuturosOs resultados da pesquisa realizada nesse trabalho podem ser consideradossatisfatórios, mas abre terreno para novas pesquisas relacionadas ao assunto dosveículos elétricos:1. Desenvolvimento de baterias mais baratas e/ou dispositivos que tornem menoresos tempos de recarga das baterias;2. Criação de dispositivos que aumentem a autonomia dos veículos elétricos, assimdiminuindo a necessidade de recarga das baterias;3. Estudo da possibilidade de ao invés de parar em um posto para abastecer, pararpara trocar as baterias descarregadas por baterias carregadas;4. Estudos para reduzir o custo de produção dos veículos elétricos, deixando – osem condições de competir com os veículos convencionais produzidos no Brasil.5. Estudo da analise do impacto da substituição dos veículos nos harmônicos e naqualidade da energia da rede de distribuição de energia.

38Referências Bibliográficas[1]ROCHA, José Antonio Meira da. Modelo de Trabalho de Conclusão de Curso(TCC). Modelo de documento digital do programa disponível em. Acesso em: 10 nov. 2011.[2] Portal PCH – Portal Pequenas Centrais Hidrelétricas – INEE calcula queconsumo médio de veículo elétrico, reportagem em 08.07.2011, disponível em. Acesso em 15 nov. 2011.[3] NISSAN VEHICLES – Nissan Leaf – Veículos elétrico – disponível em- acesso em 16 nov. 2011.[4] ONS – Operador Nacional do Sistema - Diagrama esquemático das usinashidrelétricas no SIN, disponível em. Acesso em 20 nov.2011.[5] ONS – Operador Nacional do Sistema – Evolução mensal de carga do sistema,disponível em .Acesso em 10 jun. 2011.[6] ANEEL – Agencia Nacional de Energia Elétrica – BG – Banco de Informaçõesde Geração, disponível em .Acesso em 20 nov. 2011.[7] Eletrobras Eletronorte – Centrais Elétricas do Norte do Brasil S/A – Pesquisa em20 ago. 2011, junto ao setor de Operação em Tempo Real – OGHOT.[8] EPE – Empresa de Pesquisas Energéticas – PDE 2020, disponível em . Acesso em 20 nov. 2011.[9] MOREIRA, ARDILES; “Frota de veículos cresce 119% em dez anos, apontaDENATRAN”, 13 fev. 2011, disponível em .Acesso em 21 jun. 2011.

39[10] SCHIBUOLA, TATIANA; RAQUEL,NILMA – 20 Maneiras de Ajudar oPlaneta – disponível em .Acesso em 20 jun. 2011[11] EPE – Empresa de Pesquisas Energéticas – PNE 2015, disponível em . Acessoem 20 nov. 2011.[12] ECEN – Economia e Energia – O Futuro do Sistema Elétrico – Anexo 4 –Demanda de Eletricidade, disponível em . Acesso em 20 nov.2011.