análise de viabilidade de inserção de pilha a combustível de óxido
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
DEM/POLITÉCNICA/UFRJ
ANÁLISE DE VIABILIDADE DE INSERÇÃO DE PILHA A COMBUSTÍVEL DE ÓXIDO SÓLIDO EM EDIFICAÇÃO COMERCIAL. ESTUDO DE CASO NO
MUSEU DE ARTE DO RIO
Pedro de Paiva Romeiro
Projeto de Graduação apresentado ao Curso de
Engenharia Mecânica da Escola Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessários à obtenção do
título de Engenheiro Mecânico.
Orientador: Prof. Sílvio Carlos Anibal Almeida
Prof. Alexandre Salem Szklo
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
MARÇO 2015
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
DEM/POLITÉCNICA/UFRJ
ANÁLISE DE VIABILIDADE DE INSERÇÃO DE PILHA A COMBUSTÍVEL DE ÓXIDO SÓLIDO EM EDIFICAÇÃO COMERCIAL. ESTUDO DE CASO NO
MUSEU DE ARTE DO RIO
Pedro de Paiva Romeiro
PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO MECÂNICO.
Aprovado por:
________________________________________________
Prof. Sílvio Carlos Anibal de Almeida, D.Sc. (Orientador)
________________________________________________
Prof. Alexandre Salem Szklo, D.Sc (Orientador)
________________________________________________
Prof. Antônio MacDowell Figueiredo Dr.Ing.
________________________________________________
Prof. Thiago Gamboa Ritto, D.Sc.
________________________________________________
Dr. Ricardo Marques Dutra, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
MARÇO 2015
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Romeiro, Pedro de Paiva
Análise de Viabilidade de inserção de Pilha a Combustível de Óxido Sólido em Edificação Comercial. Estudo de caso no Museu de Arte do Rio / Pedro de Paiva Romeiro – Rio de Janeiro: UFRJ / Escola Politécnica, 2015.
VIII,53p.:il.; 29,7 cm
Orientadores: Sílvio Carlos Anibal de Almeida / Alexandre Salem Szklo
Projeto de Graduação – UFRJ / Escola Politécnica / Curso de Engenharia Mecânica, 2014.
Referências Bibliográficas: p. 59
1. Pilha a Combustível. 2. Geração Distribuída. 3. Planejamento Energético. 4. Restscreen.
I. Almeida, S. C.A. Szklo, Alexandre S. II.Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Mecânica. III. Análise de Viabilidade de Inserção de Pilha à Combustível em Edificação Comercial. Estudo de Caso no Museu de Arte do Rio
iv
“Pensar é a única virtude básica do homem, de qual todas as outras decorrem”.
Ayn Rand
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AGRADECIMENTOS
A minha família pelo amor incondicional em todos os momentos. Meus pais e
meu irmão, principalmente, na orientação e educação. Aos meus amigos pela amizade
construída ao longo desses anos.
Aos meus orientadores, Professor Alexandre Szklo e Professor Sílvio Aníbal,
pela orientação, paciência e pela bela escolha da profissão.
Aos professores que aceitaram e puderam fazer parte da banca de apresentação e
dessa forma contribuir para o trabalho. Professor Antônio Figueiredo e Professor
Thiago Ritto do Departamento de Engenharia Mecânica e o Pesquisador do Cepel,
Ricardo Dutra.
Agradeço também a colaboração da equipe do Instituto Odeon, equipe
responsável pela manutenção do MAR. Através deles foi possível acessar os dados do
museu para a realização do estudo de caso.
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Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica / UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Mecânico.
ANÁLISE DE VIABILIDADE INSERÇÃO DE PILHA A COMBUSTÍVEL DE ÓXIDO SÓLIDO EM EDIFICAÇÃO COMERCIAL. ESTUDO DE CASO NO
MUSEU DE ARTE DO RIO.
Pedro de Paiva Romeiro
Fevereiro/2015
Orientador: Prof. Silvio Carlos Aníbal de Almeida
Prof. Alexandre Salem Szklo
Curso: Engenharia Mecânica
A geração distribuída pode fornecer ao estabelecimento vantagens como confiabilidade na geração e menor dependência de energia na rede. Há também fatores externos que podem motivar o seu uso como aumento da tarifa de energia e possibilidade de racionamento de energia. Estes e outros fatores tem levado muitos projetos e estabelecimentos a procurar tecnologias para a geração própria e um dos grandes candidatos para essa geração estacionária própria é a pilha a combustível de óxido sólido.
Este trabalho visa fazer um estudo de análise de viabilidade de inserção de uma pilha a combustível de óxido sólido para edificações comerciais. O estudo irá mostrar a tecnologia de pilha a combustível, a qual já possui mais de meio século em aplicações na indústria mas ainda não de forma madura para a geração estacionária, com enfoque na tecnologia de pilha a combustível de óxido sólido para a geração estacionária. A qual devido ao calor de qualidade gerado pode ser aplicado para geração de frio através de um sistema de refrigeração por absorção. Também será analisado simulações de diferentes formas de operação do sistema elétrico e do sistema de refrigeração do Museu de Arte do Rio e pretende-se mostrar quais os parâmetros de maior impacto na viabilidade do empreendimento quando adota-se esse tipo de tecnologia.
Palavras-chave: Pilha a Combustível, Geração Distribuída, Planejamento Energético, Retscreen.
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Abstract of the Project presented to Escola Politécnica / UFRJ as a partial fulfillment of the requirement for the degree of Mechanical Engineer.
FEASEBILITY ANALYSIS OF AN IMPLEMENTATION OF A SOLID OXIDE FUEL CELL AT A COMERCIAL BUILDING. CASE STUDY AT THE MUSEUM
OF ART AT RIO DE JANEIRO.
Pedro de Paiva Romeiro
February/2015
Advisor: Prof. Silvio Carlos Anibal de Almeida
Prof. Alexandre Salem Szklo
Department: Mechanical Engineering
Distributed generation provides to sites and factories several advantages, including reliability increase and less dependency on the grid. There are also some external driving factors that can boost the use of distributed generation, such as an increase on energy price and risk of blackouts. Considering all those factors, some sites started to look for technologies to supply their own energy demand on energy. The solid oxide fuel cell is one candidate for this.
This study aims to make a feasibility analysis of an implementation of a solid oxide fuel cell at commercial buildings. The work will also describe the technology itself which has been around for more than a fifty years however it still has limited application on sites for stationary generation. The study looks to focus on solid oxide technology, which is excellent for stationary generation since it provides a good quality heat for cogeneration. It will also present and analyze the simulations of different operational strategies of the electric and refrigeration system of Rio de Janeiro Museum of Art. At the end, the study intends to evaluate the main drivers that affect the feasibility of the project.
Key-words: Solid Oxide Fuel Cell, Distributed Generation, Energy Management, Retscreen.
viii
Índice
1. Introdução ......................................................................................................... 1 1.1. Introdução e Objetivo ................................................................................................ 1
2. Tecnologia da Pilha a Combustível ..................................................................... 3 2.1. História do Uso de Pilha Combustível ......................................................................... 3 2.2. Princípio básico de funcionamento. ............................................................................ 5 2.3. Fatores mercadológico para uso de pilha a combustível ............................................. 6 2.4. Diferentes formas de operação de uma PaC ............................................................... 8
PEM-‐FC ................................................................................................................................. 9 AFC -‐ Pilha Combustível Alcalina ........................................................................................ 10 MCFC – Pilha a Combustível de Carbonato Fundido .......................................................... 12 PACOS – Pilha a Combustível de Óxido Sólido ................................................................... 13
2.5. Termodinâmica básica de uma Pilha a combustível .................................................. 15 Trabalho Elétrico ................................................................................................................ 18
2.6. Formas de geração de H2 .......................................................................................... 19 Reforma a Vapor e Reforma Autotérmica ......................................................................... 20
3. Estudo de Caso ................................................................................................ 23 3.1.Museu de Arte do Rio ................................................................................................ 23 3.2.Cenários .................................................................................................................... 24 3.3.Carga e Rede ............................................................................................................. 27 3.4. Modelo Energético ................................................................................................... 29 3.5. Análise de Custos ..................................................................................................... 33 3.6. Análise Financeira .................................................................................................... 38
4. Resultados e Análise de Sensibilidade .............................................................. 45 4.1. Variáveis de Impacto ................................................................................................ 45
Custo Inicial de Aquisição .................................................................................................. 48 Razão entre dívida e capital próprio .................................................................................. 52 Preço da Eletricidade Contratada ...................................................................................... 53
4.2. Análise de Sensibilidade ........................................................................................... 54
5. Conclusões e Estudos futuros ........................................................................... 59
6. Referências Bibliográficas ................................................................................ 62
7. Apêndice ......................................................................................................... 66
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ABREVIAÇÕES E SIGLAS
ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica
AFC – Alkaline Fuel Cell
ATR – Autothermal Reform
BRL – Unidade monetária do Real do Brasil
CMCP – Custo Médio de Capital Próprio
DOE – Department of Energy
EE – Energia Elétrica
COP – Coeficiente de Desempenho
GD – Geração Distribuída
ICMS – Imposto Sobre Comercialização de Mercadorias e Serviços
MCFC – Molten Carbonate Fuel Cell
MAR – Museu de Arte do Rio
PaC – Pilha a Combustível
PAFC – Phosphoric Acid Fuel Cell
PACOS – Pilha a Combustível de Óxido Sólido
PEM-FC – Proton Exchange Membrane Fuel Cell
PO – Partial Oxidation
SOFC – Solid Oxide Fuel Cell
SIN – Sistema Interligado Nacional
TIR – Taxa Interna de Retorno
TUST – Tarifa de Uso de Sistema de Transmissão
TUSD – Tarifa de Uso do Sistema de Distribuição
USD – Unidade monetária do Dólar Americano
VPL – Valor Presente Líquido
WGSR – Water Gas Shift Reaction
ZEI - Zircônio Estabilizado com Ítria
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1. Introdução
1.1. Introdução e Objetivo
Pode-se dizer que o desenvolvimento das sociedades, o avanço tecnológico e o
crescimento da população mundial são causadores do aumento da demanda mundial por
energia final. Os modelos atuais exigem a geração, transmissão e distribuição de energia
elétrica, o que torna sempre um investimento grande e um alto custo da energia para o
consumidor. Pretende-se com o trabalho mostrar incentivos para a geração distribuída
ou geração descentralizada (GD).
A vantagens da GD são inúmeras. Segundo FROITZHEIM (2014) e
ROMAGNOLI (2005) as vantagens que merecem destaque são que, quando
implementadas com tecnologia adequada, as unidades de GD podem ter índices de
confiabilidade próximos de 100%. As GD são capazes de suprir energia de qualidade
quanto a tensão (alto ou baixa) e frequência. Pode-se também ser usada como
alternativa para se evitar o consumo de energia elétrica em horários de tarifa de ponta.
Ainda segundo FROITZHEIM, 2014 e ROMAGNOLI, 2005, a GD pode suprir
calor ou frio*1 para sistema com cogeração. Prover energia elétrica onde o investimento
em transmissão não se justifica por ficar muito oneroso para o consumidor ou por
motivos ambientais. O uso de geração distribuída contribui para reduzir o investimento
para o atendimento a demanda de ponta. Por último, ela melhora o perfil de tensão dos
ramais e reduz as perdas na rede do Sistema Interligado Nacional (SIN).
Mesmo após considerar previamente diversos motivos para a GD, também há
grandes fatores que restringem o investimento em geração distribuída. Segundo
(ROMAGNOLI, 2005) existem barreiras quanto a regulação, regras pouco específicas
para autoprodutores, reserva de capacidade e tarifas de transmissão e distribuição
(TUST e TUSD*2). Há ainda barreiras de mercado quanto a clareza na legislação, pois
há constante mudança nas regras a cerca das formas de compensação do produtor
independente. Segundo BENEDITO & ZILLES (2011) apud MIRANDA (2013), a
forma de compensação do net metering*3 possui indefinição quanto a tributação e
*1 Na geração de frio, há fornecimento de calor para um sistema de refrigeração por absorção. *2 Tarifas de Uso do Sistema de Distribuição e Tarifa de Uso do Sistema de Transmissão, presentes na tarifa de energia. *3 Uma explicação mais completa sobre o net metering encontra-se no item 6 de Análise Financeira do capítulo 3.
2
quanto a tarifa cobrada, pois a energia pode ser gerada durante um horário fora de pico e
consumida no horário de pico, onde há tarifas diferentes*1.
Contudo, como citado previamente, há grandes vantagens para GD e pretende-se
mostrar as a pilha a combustível como uma tecnologia promissora para a geração
distribuída.
Segundo Rodriguez (2002), as características a seguir fazem da tecnologia de
pilha a combustível uma opção promissora:
• Baixo nível de ruído e emissões
• Compatibilidade com outros sistemas modulares
• Possibilidade de automação completa
Sendo assim, o trabalho visa mostrar as vantagens da pilha a combustível de
óxido sólido (PACOS) como uma excelente alternativa para geração distribuída em
edificações comerciais no Brasil e, para isso, será apresentado um estudo de caso no
Museu de Arte do Rio.
O estudo se estrutura na forma de apresentação das tecnologias existentes de
pilha a combustível dando ênfase a PACOS. O projeto mostra o início a história de sua
criação, o princípio das tecnologias de PaC e o seu emprego na indústria.
Em seguida, é apresentado o estudo de caso feito no Museu de Arte do Rio. O
estudo caso foi feito com o auxílio do software Retscreen, software utilizado no apoio a
tomada de decisão de projetos de energia alternativa*2.
O trabalho contém os resultados das simulações feitas para o caso do MAR na
forma de gráficos e tabelas dos indicadores para projetos de energia. Junto a isso, o
trabalho contém uma análise de sensibilidade nos diferentes cenários adotados para
operação da geração de energia do museu.
Por último, a conclusão reforça os pontos analisados durante os resultados e
mostra algumas peculiaridades do estudo de caso selecionado. Pretende-se reforçar os
fatores de maior impacto para a melhor tomada de decisão em investimentos em
energia.
*1 Somente válida para consumidores da taifa hora-sazonal cuja tensão de fornecida é maior que 69kV *2 Citado de CEDSC, 2005 – Clean Energy Decision Support Centre “RETScreen Engineering & Cases Textbook”
3
2. Tecnologia da Pilha a Combustível
2.1. História do Uso de Pilha Combustível
No ano de 1838, William Robert Grove fez o caminho inverso da decomposição
da água em hidrogênio e gás oxigênio, feito por William Nicholson e Carlise em 1800
(JORDÃO 2010). Grove montou dois eletrodos de platina com um de seus terminais
imerso em ácido sulfúrico e com o outro em contato com gás hidrogênio e gás oxigênio.
Ele observou uma corrente que fluía entre os dois eletrodos. O que acabara de ver
funcionar era uma célula a combustível, a qual associada a algumas outras se tornaria a
pilha a gás. Esse termo foi depois modificado por Ludwig Mond e Charles Langer e se
cunhou “pilha a combustível”.
Figura 2.1 - Pilha de Grove. Fonte: LEIDEN, 2015
Contudo, foi Francis Bacon o primeiro cientista a desenvolver um dispositivo de
pilha a combustível, capaz de trabalhar com altas temperaturas e pressões. Em 1959,
Francis Bacon desenvolveu uma pilha alcalina capaz de gerar potência de 6 kW (IEEE,
2015). Posteriormente a tecnologia ficou conhecida através do seu uso para as missões
espaciais Apollo, nessa ocasião desenvolvidas pela empresa Praty and Whitney (IEEE,
2015 e BARBIR, 2010) baseadas nas patentes de Francis Bacon. O cientista viveu até o
ano de 1992 e acompanhou a evolução da tecnologia que ajudou a desenvolver e viu as
suas aplicações. Durante as Olimpíadas de Atlanta em 1996, a empesa Energy Partners
usou carros de golfe a base de pilha a combustível. Em 1998, a empresa ZEVCO, fez o
primeiro protótipo de veículo a base de uma pilha a combustível alcalina usada para táxi
em Londres (SMITHSONIAN, 2015).
4
Segundo BARBIR (2010), quase toda montadora de carro no final da década de
1990, incentivada pelo Departamento de Energia Americano (DOE, na sigla em inglês),
tinha um modelo de carro construído e demonstrado a base de pilha a combustível.
Devido a característica das pilhas a combustível de operarem em diversas faixas
de potência. É possível diversas aplicações e uso da tecnologia, desde de pequenas
baterias até geração estacionária para edifícios. Recentemente, em Nova Iorque, o
Banco Morgan Stanley instalou uma pilha a combustível de óxido sólido com
capacidade de 250kW, e a loja de departamento IKEA, instalou 15 MW para um dos
seus centros em Connecticut nos Estados Unidos (Hodgson, 2014). Também nos
Estados Unidos, empresas de tecnologia como Apple, Google e eBay instalaram pilhas
a combustível para seus data centers de até 10MW de potência.
A empresa Sierra Nevada, produtora de cerveja na Califórnia, possui desde 2005
na sua planta 1MW de potência instalada para suprir 40% da energia necessária na
planta. A planta também está equipada para fazer uso do calor rejeitado para outros
processos na fabricação do seu produto (SIERRA, 2012).
No campo militar e de defesa, a empresa alemã SFC fabrica produtos de
comunicação como antenas, aparelhos de rádio e celulares além de pequenos geradores
de energia elétrica a base de pilha a combustível. Segundo SFC (2015), há pequenos
geradores de pilha a combustível a base de metanol com 100W de potência e capacidade
para operar durante 100 horas ininterruptas, para um volume de combustível de apenas
10 litros.
5
Figura 2.2 - História da Pilha a Combustível
Fonte: BARBIR, 2010
2.2. Princípio básico de funcionamento.
A pilha a combustível é um dispositivo eletroquímico (anodo, catodo e
eletrólito) alimentado por um agente redutor (gás natural, metanol, hidrocarbonetos de
longa cadeia) e um agente oxidante (por exemplo, gás oxigênio da atmosfera). O
combustível (redutor) que alimenta o anodo é oxidado e o gás oxigênio no catodo é
reduzido. No meio separador, está o eletrólito que conduz as cargas.
A pilha é um dispositivo capaz de gerar energia elétrica a partir da energia
química da reação exotérmica de formação da água. O grande avanço está na conversão
direta da formação de H2O em geração de corrente elétrica em apenas um passo
(BARBIR, 2010). É uma forma simples e eficiente de geração de corrente elétrica, que
não necessita de combustão.
6
A PaC pode ser comparada a uma bateria, pois possui os eletrodos, o eletrólito e
gera corrente contínua através de uma reação eletroquímica. Contudo, no caso das PaC
os eletrodos não se consomem além de exigir a alimentação contínua de combustíveis.
Figura 2.3 – Esquema básico de funcionamento da pilha a combustível a hidrogênio Fonte: Barbir (2010)
Na pilha típica a hidrogênio, pelo lado do anodo, há a entrada de gás hidrogênio,
enquanto que do lado do catodo, recebe-se o gás oxigênio (na maior parte dos casos o ar
atmosférico que contém o oxigênio). O componente gera corrente elétrica e têm como
sub produtos calor e água.
2.3. Fatores mercadológico para uso de pilha a combustível
As pilhas a combustível possuem algumas características importantes quando
comparadas com outros sistemas de geração estacionária. Contudo, existe ainda o custo
elevado de alguns componentes presentes na pilha e, pelo fato de a produção dos
mesmos não ser em escala, isto acaba impactando para um aumento dos seus custos.
As pilhas a combustível são formadas por camadas repetitivas de componentes
e não possuem partes móveis. É possível ver a simplicidade da produção de
componentes repetitivos apenas para um encaixe final (BARBIR, 2010). Uma vez que a
produção dos componentes ganhar escala, seus custos fixos devem ficar muito mais
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baixos. Um motivador para ganho de escala na produção de pilha a combustível é a sua
inserção na indústria automobilística para carros a hidrogênio (LAMONICA, 2013).
Figura 2.4 - Pilha da fabricante Redox com capacidade para 25kW com 1m3 de volume
Fonte: LAMONICA,2013 e REDOX, 2015
As pilhas também podem ser fabricadas de diversos tamanhos, podem gerar
energia elétrica em diversas faixas de operação, desde microwatts até megawatt
(BARBIR, 2010). A vantagem é que pode-se inserir essa tecnologia para uma grande
faixa de aplicações, podendo ser instalada para geração estacionária em edifícios,
componentes portáteis como telefones celulares, equipamentos de medição ou mesmo
em automóveis. Mesmo após instalada para uma capacidade específica, as PaC possuem
a características de ser facilmente adaptadas para um aumento da capacidade energética.
A operação de um sistema a base de pilha a combustível tem a capacidade de expandir a
sua produção apenas pela simples inserção de mais módulos sem requisitar um elevado
custo de adaptação da planta.
Outra característica importante é que a PaC não gera ruído e isso se deve em
parte à simplicidade da operação da pilha e por esta não conter partes móveis. Assim,
ela novamente se torna vantajosa para geração estacionária em edifícios comerciais
onde a geração de ruído poderia inviabilizar a instalação ou exigir uma distância
mínima nem sempre possível.
Devido às vantagens mencionadas acima, diversos são as aplicações para pilha a
combustível encontradas atualmente. Desde geração estacionária em algumas plantas
8
como também para dispositivos e aparelhos eletrônicos e também para automóveis
(LAMONICA, 2012, e BULLIS ,2013). Recentemente nos Estados Unidos, a Apple e a
eBay fizeram uso de pilha a combustível para geração de energia em dois terminais de
servidores de dados das empresas com capacidade respectivamente para 10MW e 6MW
cada um deles, segundo LAMONICA, 2012.
Recentemente, também houve expectativa sobre anuncio feito em 2013 para
lançamento de carros no mercado a partir de 2015 pela Toyota (BULLIS, 2013). O
problema alegado ainda é o preço final do automóvel que ficaria entre 50.000 USD e
100.000 USD, além do número limitado de postos disponíveis para abastecimento na
Europa.
Também há dispositivos portáteis sendo desenvolvidos; segundo ROSS (2003)
há dispositivos de pilha a combustível com metano que possui o dobro da capacidade
que uma bateria de lítio para o mesmo volume, além de que e a recarga leva apenas 10
minutos. Há também aplicabilidade para mecanismo de segurança (câmeras, gravadores,
aparelhos auditivos) com PaC a base de metanol.
Por último, ainda há aplicação para caças usando a pilha a combustível de óxido
sólido onde “a PACOS gera energia elétrica para a aeronave e gás de exaustão para pré-
aquecimento do motor, além do sistema como um todo reduzir o nível de ruído da
aeronave” (GUMMALLA, 2006).
2.4. Diferentes formas de operação de uma PaC
9
Figura 2.5 - Diferentes tipos de PaC
Fonte: BARBIR, 2010 - adaptado
As pilhas a combustível são compostas por uma estrutura básica, que compõe
uma célula eletroquímica: anodo, eletrólito e catodo. O eletrólito é o condutor de íons e
os dois eletrodos (catodo e anodo) são os responsáveis por prover e receber a carga
elétrica. A melhor forma de classificar as diferentes pilhas a combustível encontradas na
indústria é através do meio que compõe o eletrólito. A figura 2.4 exemplifica algumas
tecnologias e o comportamento da interação entre o catodo e o anodo para os diferentes
casos.
A seguir, encontra-se uma descrição mais detalhada de algumas tecnologias de
pilha a combustível.
PEM-FC
Pilha a Combustível de Membrana Polimérica. Foi o primeiro tipo de pilha a
combustível a possuir uma produção em larga escala e a ser mais aceito pela indústria.
Concebida por William T. Grubbs em 1959 (DOE 2000).
Ela é composta por uma membrana condutora de prótons no meio de dois
eletrodos porosos de fibra de carbono, contendo platina na interface com o meio
10
eletrolítico. A placas de platina são revestidas na parte traseiras por materiais
impermeáveis como Teflon® que induzem um caminho para que o gás se difunda até a
camada do catalisador.
O gás hidrogênio fornece o próton e o elétron. Ambos percorrem diferentes
percursos até o catodo, o elétron pelo caminho externo e o próton através da membrana.
Quando se encontra junto com o oxigênio provido do lado do catodo, a reação
eletroquímica gera a água.
A temperatura de operação, segundo DOE (2000), é próxima de 80oC. O que
traz como vantagem uma operação rápida a partir da temperatura ambiente. Ainda
segundo DOE (2000), a grande desvantagem é que os catalisadores de platina que são
os responsáveis por promover a reação eletroquímica têm alta aderência ao monóxido
de carbono quando operam a temperaturas abaixo de 150 oC. O que faz reduzir a
superfície efetiva do catalisador. Sendo assim, a operação deveria ocorrer com
concentrações baixas de CO. Considera-se que no nível de 10 ppm já há impacto na
eficiência do catalisador. Já que os gases utilizados contêm níveis maiores de
concentração é preciso adicionar um mecanismo de redução dos níveis CO em um
estágio anterior. Há outras desvantagens como o custo das membranas e do catalisador
de platina. Membranas mas finas com menor resistência a passagem do próton
contribuiria para aumentar a densidade de potência da pilha.
Segundo ANDAJUR (2009) e FROITZHEIM (2014) podemos resumir os
seguintes pontos positivos:
• Baixa complexidade na manutenção devido ao trabalho em baixa temperatura
• Possibilidade de trabalhar em baixa pressão
• Possui alta tensão e corrente.
• Eletrólito não corrosivo que aumenta o grau de segurança da PaC
E como desvantagens temos:
• Baixa tolerância a CO
• Alta sensibilidade a impureza do hidrogênio,
• Necessidade de um reformador potente para a utilização dos combustíveis usuais
• Alto custo devido ao catalisador de platina
AFC - Pilha Combustível Alcalina
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Foi a primeira pilha a ser desenvolvida e a primeira a ter uma aplicação prática
mundialmente reconhecida. Essa tecnologia foi usada para geração de energia do
sistema de bordo da nave espacial na missão Apollo (esse mesmo tipo de pilha foi
recentemente usada também para a geração de energia para o sistema de bordo da nave
espacial americana Orbiter).
Ela apresenta alta eficiência quando comparada com as suas concorrentes
(exemplo: Pilha de Ácido Fosfórico) e também alta taxa de redução do gás oxigênio
considerada uma temperatura base quando comparada com outras concorrentes.
Segundo DOE (2000), a pilha alcalina, por ter uma taxa alta de redução de oxigênio,
alcança uma eficiência maior para uma dada temperatura, ou, para um mesmo nível de
eficiência, possui uma densidade energética maior. O problema encontrado ainda recai
sobre a vida útil de operação, hoje em torno de 2500 horas. Segundo DOE (2000), essa
tecnologia é válida para uma missão espacial mas não para geração estacionária. Outros
pontos negativos quando comparada com as suas concorrentes está na sensibilidade a
impurezas e no alto preço do catalisador de platina.
Voltando ao que difere a classificação desses tipos de PaC, no caso das pilhas do
tipo alcalina é uma solução aquosa de KOH. O combustível também é o H2 e o reagente
pode ser o gás oxigênio do ar. As reações que ocorrem são as seguintes:
Reação do Anodo
𝑂! + 𝐻!𝑂 + 4𝑒! → 4𝑂𝐻! (1)
Reação do Catodo
2𝐻! + 4𝑂𝐻! → 4𝐻!𝑂 + 4𝑒! (2)
Resultado final
2𝐻! + 𝑂! → 2𝐻!𝑂 + 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 + 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 (3)
Um ponto a favor da aplicabilidade como dito acima está em gerações móveis
ou portáteis. As faixas de geração estão entre 10 - 100 kW (DOE 2000) O problema está
na sensibilidade a impurezas e no catalisador de platina.
Segundo ANDAJÚR (2009) e FROITZHEIM (2014) podemos resumir as
seguintes vantagens:
• Rápida partida
• Baixa temperatura de operação
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• Operação simples, são leves e de baixo volume
• Pouca quantidade de catalisador necessária para a reação, reduzindo assim os
custos.
Como desvantagens temos:
• Alta intolerância a CO2
• Baixa vida útil
• Requer estação de tratamento de água
• Maior custo de manutenção se o eletrólito for líquido
MCFC – Pilha a Combustível de Carbonato Fundido
As pilhas a combustível de carbonato fundido trabalham com elevadas
temperaturas, acima de 650oC. Devido à alta temperatura apresenta a mesma vantagem
que a PACOS no fato de não precisar usar platina ou outros metais nobres como
catalisadores. O eletrólito é composto, segundo ANDÚJAR (2009), de carbonato de
lítio e carbonato de potássio (Li2CO3 / NaCO3), com fluxo direto como indica a figura
2.4.
Elas podem trabalhar com uma faixa grande de hidrocarbonetos, como também
metanol, álcoois e gases de síntese, (FROITZHEIM, 2014) pois possuem temperatura
de operação elevada e não precisam de reformadores para tratar o CO do combustível
(isso também será válido para as pilhas de óxido sólido devido a elevada temperatura).
O anodo mais utilizado é o Ni sintetizado com adição de Cr e Al para controlar o
tamanho dos poros durante a operação, já o catodo é de NiO litidiado (FROITZHEIM,
2014).
A reação eletroquímica é como segue abaixo:
Reação do anodo:
𝐻! + 𝐶𝑂!!! → 𝐻!𝑂 + 𝐶𝑂! + 2𝑒 (4)
Reação do Catodo: !!𝑂! + 𝐶𝑂! + 2𝑒 → 𝐶𝑂!!! (5)
Reação Global:
13
𝐻! +!!𝑂! + 𝐶𝑂! 𝑐𝑎𝑡𝑜𝑑𝑜 → 𝐻!𝑂 + 𝐶𝑂!(𝑎𝑛𝑜𝑑𝑜) (6)
As vantagens e desvantagens são (segundo ANDAJÚR, SEGURA 2009 e
FROITZHEIM 2014)
• Possui a reforma interna do combustível de maneira espontânea devido à alta
temperatura de operação
• Rápida reação
• Alta eficiência
• Não precisa de catalisador de metal nobre
• Gera calor de qualidade para ser usado em processo com cogeração
Como desvantagem:
• É necessário usar materiais de dimensão estável e resistentes a corrosão
(combina diferentes materiais a altas temperaturas que possuem diferentes
coeficiente de expansão, sendo assim a instabilidade dimensional pode causar
problemas modificando a área efetiva do eletrodo.
• Necessita de pré-aquecimento antes de começar a funciona
• Possui eletrólito líquido
PACOS – Pilha a Combustível de Óxido Sólido
O trabalho focará nessa tecnologia, no inglês conhecida como SOFC solid oxide
fuel cell. O reconhecimento inicial desse tipo de tecnologia veio pelo calor de alta
qualidade gerado por essa pilha. Ademais, por motivos da alta temperatura dispensa a
presença de catalisadores de platina, como também ocorre no caso das PEMFC, os quais
encarecem a energia gerada. Contudo as altas temperaturas (> 800oC) restringem o uso
de quaisquer materiais para fabricar os seus componentes. Sendo assim, processos mais
baratos para a fabricação em cerâmica e compósitos de cerâmica são fundamentais para
redução do seu custo de produção.
Os eletrólitos das PACOS são estruturas condutoras iônicas sólidas, com
estrutura de perovskitas ou fluoritas. A camada de eletrólito é composta por óxido de
14
zircônio estabilizado com ítria (ZrO2 com 8% mol de Y2O3 chamado de ZEI ou no
inglês YSZ). Essa composição permite boa condutividade iônica e baixa condutividade
eletrônica, o que é o procurado para melhorar a eficiência, segundo Jordão (2010).
No anodo os materiais são uma composição de óxido de níquel e ZEI e para o
catodo é manganita de lantânio dopada com estrôncio, para os casos de estado-da-arte
em catodo de PACOS, segundo CHIBA (2007). O catodo precisa apresentar boa
redução do oxigênio (atividade eletrocatalítica) e estabilidade química em ambientes
oxidantes além de alta condutividade iônica. O anodo, onde ocorre a oxidação do H2
deve ser um bom condutor eletrônico, estável em ambientes redutores e ser bom
condutor iônico também para ter maior circulação de íons e ser mais eficiente na reação.
Contudo devido as altas temperaturas os materiais usados não podem possuir
coeficientes de dilatação muito diferentes entre si.
A reação eletroquímica que ocorre nas células de combustível do tipo PACOS é
que a molécula de oxigênio reduzida se dirige para o anodo de encontro ao H2, e não os
H+ indo para o catodo como aconteceria na PEMFC.
Reação no Anodo
𝐻! + 𝑂!! → 𝐻!𝑂 + 2𝑒! (7) Reação no Catodo
!!𝑂! + 2𝑒 → 𝑂!! (8)
Reação Global 𝐻! +
!!𝑂! → 𝐻!𝑂 (9)
15
2.5. Termodinâmica básica de uma Pilha a combustível
A primeira lei da termodinâmica representada na equação abaixo define a
conservação da energia de um sistema. A conservação implica que a energia não pode
ser criada ou perdida, logo toda energia transferida a um sistema será igual a variação da
enegia do mesmo.
𝛿𝑄 − 𝛿𝑊 = 𝑑𝐸 (10)
A convenção utilizada acima é o sinal positivo para a energia que entra no
sistema e a que sai com sinal negativo. Na equação 10, a energia entra no sistema na
forma de calor Q e sai na forma de trabalho W e o total da variação de energia do
sistema é dado por E. Quando a equação acima é integrada chegamos que para a
diferença de energia entre dois estados.
𝑄 − 𝑊 = Δ𝐸 (11)
No caso de uma PaC a diferença de energia do sistema é dado pela diferença de
energia dos estados dos reagentes e dos produtos e a diferença de energia de formação
dos reagentes e dos produtos. Aplicando a primeira lei para a reação química que ocorre
na PaC
𝑄 −𝑊 = 𝐻!"#$ − 𝐻!"#$"%&" (12)
A reação global que ocorre na pilha a combustível é a própria reação de
formação da água, equação 9. A diferença entre a entalpia de formação é representada
pela equação 15 escrita em base molar
ℎ!"#$ − ℎ!"#$"%&" = ℎ! !!! − !!ℎ! !! + ℎ! !! (13)
Fonte - HOOGERS, 2010
Figura 2.6 - Volume de Controle sobre o sistema de uma PaC
16
A entalpia de formação dos reagentes é considerada zero, pois, por convenção
assumimos como zero a forma como os elementos se encontram em 298K e 1 atm.
A entalpia de formação para água na fase líquida é -285.830 kJ/kmol (água no
estado de referência pode ser encontrada tanto fase líquida quanto na fase gasosa, por
isso também temos o valor de -241.820 kJ/kmol de entalpia de formação para a água na
fase gasosa). Na equação abaixo considera-se a entalpia não só de formação como
também dos estados termodinâmicos dos reagentes e dos produtos.
∆ℎ = ℎ! !!! + ℎ!!"#$" − !!ℎ! !! + ℎ! !! + ℎ!"#! (14)
A mesma reação global que ocorre na pilha é igual a reação de combustão do gás
hidrogênio. A energia liberada pela combustão do gás hidrogênio com quantidade
estequiométrica de gás oxigênio, tendo os produtos e reagentes no estado de referência é
igual a diferença da entalpia de formação da água (-241.820 kJ/kmol ou -285.830
kJ/kmol). Chamamos esse valor de poder calorífico superior ou poder calorífico inferior
(quando a combustão é completa e feita sem excesso de ar e o estado dos reagentes é o
mesmo dos produtos)
Na pilha a combustível não há combustão, mas consideramos esse valor de
energia como o máximo de energia que pode ser retirado de um quilomol de gás
hidrogênio. Conhecendo o máximo de energia que pode ser extraído, a pergunta que
pretende-se responder é o quanto dessa energia poderá ser aproveitada em trabalho útil.
O maior trabalho que pode ser aproveitado pela reação eletroquímica da pilha a
combustível é igual a diferença da energia livre de Gibbs entre os produtos e os
reagentes. A energia livre de Gibbs é dado pela seguinte equação:
𝐺 = 𝐻 − 𝑇𝑆 (15)
Na forma diferencial:
𝑑𝐺 = 𝑑𝐻 − 𝑇𝑑𝑆 − 𝑆𝑑𝑇 (16)
Desconsiderando a energia potencial e cinética e escrevendo a entalpia na forma de
𝐻 = 𝑈 + 𝑃𝑉 e substituindo no calculo da diferença da energia livre de Gibbs temos:
𝑑𝐺 = 𝑑 𝑈 + 𝑃𝑉 − 𝑇𝑑𝑆 − 𝑆𝑑𝑇 (17)
17
Substituindo o termo dU pela conservação de energia do sistema, chega-se a forma
geral da energia livre de Gibbs para um sistema em condições estacionárias.
𝑑𝐺 = 𝛿𝑄 − 𝛿𝑊 + 𝑃𝑑𝑉 + 𝑉𝑑𝑃 − 𝑇𝑑𝑆 − 𝑆𝑑𝑇 (18)
A equação acima pode ser simplificada de forma a mostrar a dependência da
variação da energia livre de Gibbs quanto a temperatura e pressão para o caso da pilha
a combustível. Em um processo reversível 𝛿𝑄 𝑒 𝑇𝑑𝑆 se cancelam pela relação da
segunda lei e se o sistema possui restrição de trabalho por expansão, 𝛿𝑊 𝑒 𝑃𝑑𝑉𝑆
também se cancelam. Obtem-se:
𝑑𝐺 = 𝑉𝑑𝑃 − 𝑆𝑑𝑇 (19)
Aqui é possível visualizar a dependência da energia aproveitável em relação a pressão.
Considera-se o gás ideal e uma reação isotérmica, logo PV = nRT. Subtituindo na
equação acima temos
𝑑𝐺 = 𝑛𝑅𝑇𝑑𝑃𝑃 (20)
Integrando entre o estado inicial e o final da reação global da pilha a combustível e
após manipulação obtemos:
𝐺!"#$ = 𝐺!"#$ + 𝑛𝑅𝑇𝑙𝑛(!!"#$!!"#$
) (21)
Finalmente é possível ver a dependência e a vantagem de se operar com um
maior diferencial de pressão, quão maior for a diferença de pressão maior será a
diferença da energia livre de Gibbs, logo maior será a parcela reversível. A
dependência em relação a temperatura também pode ser observada pela equação 19
acima. Onde !"!"= ∆𝑆. Logo o aumento da temperatura aumenta a componente
irreversível (ou diminui o potencial reversível).
Lembrando que a variação da energia de Gibbs é dado por 𝑑𝐺 = 𝑑𝐻 − 𝑇𝑑𝑆.
Até a equação 14 foi mostrado o cálculo da primeira parcela que se refere a diferença de
entalpia entre os produtos e os reagente. A parcela responsável pela irreversibilidade
TdS pode ser calculada de forma análoga ao cálculo da entalpia de formação da reação
global, o cálculo da diferença da entropia entre os produtos e os reagentes.
∆𝑠 = 𝑠! !!! − !!𝑠! !! + 𝑠! !! (22)
18
Combina-se a equação 14 e 22 para diferença da energia livre de Gibbs:
∆𝐺 = ℎ!!!! ! − !!ℎ!!!"#! − ℎ!!!"#! + ℎ!!!! −
!!ℎ!!! − ℎ!!! − 𝑠!!!! ! −
!!𝑠!!!"#! − 𝑠!!!"#! ∗ 𝑇 (23)
Trabalho Elétrico
O cálculo da parcela de energia que pode ser aproveitada a partir da reação
eletroquímica da PaC também pode ser feito pelo cálculo do trabalho elétrico. A partir
das simplificações feitas na equação 18 e integrando entre o processo, obtem-se:
∆𝐺 = 𝛿𝑊!"é!"#$% (24)
O trabalho elétrico é realizado pela movimentação de elétrons através do diferencial de
potencial elétrico. Onde n é a quantidade de cargas se movendo, F é a constante de
Faraday e E é o diferencial de potencial elétrico.
𝑊!"é!"#$% = −𝑛𝐹𝐸 (25)
O máximo de energia que seria possível acessar pela reação do H2 é a diferença
da energia livre de Gibbs, representado por ΔG. Substituindo pela equação 25 e
escrevendo a reação em termos da voltagem E.
𝐸 = !∆!!"
(26)
Com ΔG da equação 23 temos de forma mais extensa.
𝐸 = !!!"
∗ ℎ!!!! ! − !!ℎ!!!"#! − ℎ!!!"#! + ℎ!!!! −
!!ℎ!!! − ℎ!!! −
𝑠!!!! ! − !!𝑠!!!"#! − 𝑠!!!"#! 𝑇
(27)
19
Após manipulação da equação 22 e 27, podemos escrever em termos da voltagem E
para a reação global da pilha a combustível H2 + ½ O2 ↔ H2O, onde dois elétrons são
transferidos, a equação de Nerst
𝐸 = 𝐸! −!"!!ln !!!!
!!!!!!
!!
(28)
A eficiência da pilha se dá exatamente pela não combustão de seu combustível e
sim pela redução das irreversibilidades no processo da reação química. Ainda segundo
CENGEL (2007) muita irreversibilidade é gerada na troca de elétrons durante o
processo de combustão. Essa troca poderia ser organizada, caso se substituísse a câmara
de combustão por um meio eletrolítico.
2.6. Formas de geração de H2
É preciso discutir as formas de obtenção de H2 pois o gás hidrogênio não é
encontrado nessa forma na natureza, como seriam as fontes primárias como o gás
metano e o petróleo.
A produção de gás hidrogênio pode ser feito através da reforma de gás natural e
hidrocarbonetos ou através da hidrólise da água, a figura 2.5 mostra algumas rotas para
a geração de H2. O estudo terá o enfoque na reforma do gás natural devido ao processo
ser o principal produtor de gás hidrogênio, 97% segundo KORONEOS 2004.
A reforma do gás natural permite a maior concentração de gás hidrogênio a parti
das três rotas (HEINZEL, 2002 e AHMED 2001). 1 – Oxidação parcial; 2 – Reforma
Auto térmica; 3 – Reforma a Vapor. Dentre essa, a reforma vapor é a mais usada,
KORONEOS 2004.
20
Figura 2.7 - Principais processos de obtenção de H2 e suas possíveis aplicações
Fonte: CGEE (2010)
Reforma a Vapor e Reforma Autotérmica
A reforma a vapor é a que gera a maior quantidade em volume de gás hidrogênio
para os produtos (para cálculo em volume seco*1). O processo por ser endotérmico (ΔHo
= 206 kJ/mol para produção com CO, equação 32 e ΔHo = 165 kJ/mol para CO2,
equação 26) requer uma fonte de calor externa ao reator. Vide figura 2.8.
𝐶𝐻! + 𝐻!𝑂 ↔ 𝐶𝑂 + 3𝐻! (29)
𝐶𝐻! + 2𝐻!𝑂 ↔ 𝐶𝑂! + 4𝐻! (30)
*1 Quando se desconsidera no cálculo o vapor d´água nos produtos
21
Figura 2.8 - Reformador a vapor
Fonte: HEINZEL, 2002
A reforma a vapor requer alta transferência de energia para o reator e após
gerado os produtos é preciso remover o CO e CO2. Algumas técnicas podem ser
implementadas como metanação, WGSR, absorção em solução amina, dentre outras.
As oxidações parciais (equações 35 e 35) são exotérmicas e geram grande
quantidade de calor. O calor gerado é usado no processo para a reforma a vapor no
reator a qual necessita fornecimento de calor por ser uma reação endotérmica. A
reforma auto térmica (ATR na sigla em inglês) é uma combinação da PO com a reforma
a vapor, acrescida de H2O, AHMED 2001.
𝐶𝐻! +!!𝑂! ↔ 𝐶𝑂 + 2𝐻! (31)
𝐶𝐻! + 𝑂! ↔ 𝐶𝑂 + 2𝐻! (32)
A ATR tem sido investigado pois permite uma partida mais rápida para iniciar o
processo. A ATR também requer menos aparatos para controle da temperatura do
reator, sendo assim, consegue ser mais compacta. Segundo AHMED 2001, para a
fabricação dos componentes para o reator da ATR pode ser uma usado uma maior
variedade de materiais, o que acarreta em custos menores para fabricação.
22
Fonte: NYSERDA (2015) Figura 2.9 - Processo de Reforma a Vapor
23
3. Estudo de Caso
O estudo de caso aqui apresentado foi o Museu de Arte do Rio – MAR. O local
escolhido para o projeto também poderia ter sido qualquer edificação comercial que
pretende ter o próprio sistema de geração de eletricidade, calor ou “frio”, ao invés de
comprar eletricidade da rede. Com o estudo, pretende-se estudar a viabilidade de
inserção de uma pilha a combustível de óxido sólido para geração distribuída no MAR.
3.1.Museu de Arte do Rio
O MAR foi inaugurado em março de 2013; localizado na Praça Mauá no Centro
do Rio de Janeiro, o museu é composto por duas edificações, o Palacete de Dom João
VI e o prédio anexo, que era um antigo terminal rodoviário. Somado, ambos possuem
uma área total de aproximadamente 15.900 m2 dedicado a preservação e exposição
além de um centro voltado para educação da rede pública de ensino do estado do Rio de
Janeiro.
Atualmente toda a energia elétrica é comprada da concessionária LIGHT, o
museu possui apenas um sistema de emergência com geradores sem nenhum projeto
atual ou futuro para inserção de geração através de fontes renováveis e alternativas. O
sistema de refrigeração, dimensionado para funcionar 24 horas por dia no Palacete e em
certas áreas do prédio anexo, é composto por três chillers de refrigeração.
Os dados de consumo de energia elétrica e de operação do sistema de
refrigeração foram fornecidos pela equipe de gestão do Instituto Odeon, a qual faz a
operação do MAR (ODEON, 2014). Os valores foram usados como dados de entrada no
software de energia renovável, RETScreen para simular a demanda atual do museu.
O programa RETScreen é um software com licença aberta, produzido pelo
governo canadense com atual apoio da NASA, REEEP e o órgão do Banco Mundial e
da ONU para preservação e controle de emissão de carbono (UNEP, 2015). O programa
foi criado em 1998 e atualmente possui mais 300 mil usuários e participantes da sua
comunidade espalhados em mais de 220 países (RETSCREEN 2015). O RETScreen
possui versão em 35 idiomas e conta com uma base de dados para aplicação de projetos
em qualquer parte do mundo. O programa além de possuir licença aberta é baseado em
Excel que o torna acessível e de fácil instalação para os usuários. O programa ainda
contém estudos de caso prontos para teste e material para consulta.
24
O principal objetivo do RETScreen é prover suporte na tomada de decisão de
projetos que envolvem a implementação de sistemas de energia renovável (CEDSC,
2005). O RETScreen permite combinar diferentes cenários de produção de eletricidade,
frio e calor associados ou não a rede. O programa também é capaz de mesclar
informações de equipamentos com equações referenciais de cada tecnologia
(FROITZHEIM, 2014). Por último, o programa permite fazer análises financeiras e
análise de sensibilidade sobre os cenários desenvolvidos.
3.2.Cenários
O MAR atualmente conta uma estrutura de acordo com a figura 3.1 onde toda a
sua demanda de energia elétrica é suprida pela rede e o sistema de refrigeração é
atendido por um ciclo de compressão por compressão. O estudo pretende modificar as
formas de operar o sistema elétrico e de refrigeração e propor mudança de forma a
inserir as PACOS para atender a demanda de energia elétrica.
A seguir, será apresentado a construção dos cenários simulados no estudo. O
estudo realizou uma análise sobre 3 distintas formas de operação sendo que duas se
desmembram em mais um cenário cada, acumulando um total de cinco diferentes
cenários. A diferença entre os cenários se baseia na estratégia de operar o sistema
elétrico e de refrigeração do estabelecimento.
Figura 3.1 – Configuração atual de operação do MAR Fonte: Elaboração do autor
25
Inicialmente, o cenário A.01 possui paridade elétrica, logo toda energia elétrica
demandada pelo museu é fornecida pela pilha a combustível. O sistema de refrigeração
é por compressão (mantendo a condição atual do MAR) sem custos adicionais. O
cenário não apresenta nenhum aproveitamento do calor gerado pela PACOS.
O Cenário A.02 possui paridade elétrica, logo toda a sua demanda de energia é
atendida pela produção da pilha a combustível. O sistema de refrigeração também é por
compressão, mantida a configuração atual do museu. Contudo, nesse cenário o excesso
de energia elétrico pode ser exportado para a rede e gerar receita (na verdade, créditos
energéticos, como será ainda discutido no final do item 6 desse capítulo).
No cenário B.01 toda a demanda de energia atendida pela geração das pilhas a
combustível. O sistema de refrigeração é por absorção e a há cogeração através do calor
gerado pela PACOS. Não há receita com o excesso de energia.
O cenário B.02 possui a mesma configuração anterior, contudo é possível
exportar a energia para a rede.
No último cenário C, apenas a demanda de base é atendida pela pilha; o resto da
demanda é contratada da rede. O sistema de refrigeração é por absorção com cogeração.
Por não haver excesso de energia elétrica, não há a possibilidade de exportação de
energia para a rede.
No cenário A, imagina-se um estabelecimento que pretenda ter total
independência de contratação de energia da rede. Essa motivação pode ocorrer por
maior confiabilidade na energia gerada, por motivos de multas contratuais para o caso
de não fornecimento de energia, motivos de sustentabilidade exigidos por certificações
internacionais, dentre outros fatores. Por atender a demanda de ponta, há um grande
excesso de energia, logo faz-se necessário simular os dois casos, onde pode ou não
haver receita com o excesso de energia elétrica gerada a qual é exportada.
O cenário B também possui as motivações de independência de contratação da
energia da rede. Contudo procura-se otimizar o sistema como um todo, fazendo uso do
calor de qualidade gerado pelas PACOS para alimentar o sistema de refrigeração por
absorção. Novamente, por haver excesso de energia gerada, torna-se necessário simular
o cenário onde há ou não exportação de energia para a rede.
O cenário C é o cenário proposto com a intenção de otimizar a geração
estacionária da PACOS, produzindo energia apenas para a demanda de base e
26
contratando o resto da rede. O sistema de refrigeração nesse cenário será de um ciclo de
absorção. Por não haver excesso de energia, não é necessário simular os casos de
exportação de energia para a rede.
A figura 3.2 esquematiza de que forma a demanda de energia elétrica e frio do
MAR é atendida e como os cenários se diferenciam da configuração inicial do MAR
mostrada pela figura 3.1.
Figura 3.2 - Configuração dos Cenários Simulados quanto a produção de EE e Sistema de Refrigeração
Fonte - Elaboração do autor
Agregando todos os cinco modelos, temos um conjunto vasto de possibilidade.
Todos os cenários são situações possíveis de serem aplicadas em prédios comerciais,
hospitais, shopping centers ou qualquer outro empreendimento. A seguir, o estudo será
detalhado seguindo a ordem de como os modelos foram construídos no programa
RETScreen, justificando a grande quantidade de dados de entrada que o programa exige
para completar uma simulação.
O programa é segmentado em cinco partes combinando dados de entrada (a
maioria) e dados de saída, divididas sob a forma:
1. Carga e Rede
2. Modelo Energético
3. Análise de Custos
27
4. Análise Financeira
5. Análise de Sensibilidade
Os quatro primeiros grupos são majoritariamente compostos por dados de
entrada para simular o sistema energético e também os custos de implementação da
tecnologia renovável e variáveis para os indicadores financeiros. Por último, no item 5,
temos a parte responsável por variar os dados de entrada e ver como estas irão afetar os
indicadores (dados de saída).
O resto de todo o capítulo 3 seguirá a ordem mostrada na figura 3.3, a qual é
igual a sequência de entrada de dados no programa para composição dos cenários.
Figura 3.3 -Sequência de entrada de dados no RETScreen
Fonte: Elaboração do autor
3.3.Carga e Rede
Nessa seção servem de entrada para o programa principalmente os dados de
demanda do sistema de refrigeração e de eletricidade. O programa usa como plano de
fundo os dados do clima da região em que será implementado o projeto, banco de dados
próprio da localidade. Nesse estudo foram usados dados para a cidade do Rio de Janeiro
Carga e Rede
• Projeto de Refrigeração • Projeto de produção de Eletricidade
Modelo EnergéXco
• Sistema de Refrigeração do Cenário Proposto • Sistema de Eletricidade do Cenário proposto • Estratégia de Operação • CaracterísXcas do Cenário Proposto
Análise de Custos
• Custos Iniciais • Custos anuais (O&M)
Análise Financeira
• Parâmetros Financeiros • Receitas Anuais
28
oriundos do aeroporto Santos Dumont o qual se aplica para a situação já que o aeroporto
está localizado a uma distância de aproximadamente 2,6 km do museu (ver figura 3.4).
Figura 3.4 – Foto do Centro do Rio de Janeiro e distância entre o MAR e o Aeroporto Santos Dumont
Fonte: Google Maps
São necessárias informações gerais de operação do local (algumas delas
encontram-se resumidas na tabela abaixo e na forma completa no apêndice) como: o
preço da energia, área resfriada e consumo mensal. Por motivos de o Museu já estar em
operação por quase dois anos, tivemos acesso a esse tipo de informação; contudo
acredita-se que o consumo de energia elétrica pode aumentar, pois as exposições atuais
ainda são de curta duração: o acervo vem crescendo constantemente e as atividades e
programas educacionais do museu vêm aumentando.
O museu é composto por dois prédios, o Palacete e o prédio novo, possuindo um
total de 15.900 m2. Como coeficiente de rendimento do sistema de refrigeração, temos o
valor de 3 para o modelo do chiller da Carrier TX-30 (CARRIER, 2010). Temos como
informação fornecida pelo museu (ODEON, 2014) que a demanda do sistema de
refrigeração é de 80 TR ou 281348,20 W; a carga de refrigeração por área igual a 17
W/m2. A demanda de energia, independente da temperatura externa, é assumida como
20%, devido a máquinas e equipamentos que geram calor internamente (FROITZHEIM,
2014).
29
Conforme os dados obtidos, temos o consumo de eletricidade por mês do museu,
desde o início da operação (descartamos os dois primeiros meses pela inconsistência de
dados e por o museu não estar operando em plena capacidade). A conta varia com a
demanda total de energia no período de tempo especificado, mas também em relação ao
total consumido dentro e fora do horário de pico. Para chegar ao valor de referência,
fizemos apenas a média dos preços pagos por kWh consumido de energia elétrica e
chegamos ao valor de 0,469 R$/kWh.
Na figura 3.5 encontramos a demanda elétrica por mês a mês.
Figura 3.5 - Potência Média Nominal [kW]
Fonte – ODEON 2014
3.4. Modelo Energético
As principais diferenças para caracterizar os diferentes cenários estabelecidos
serão mostradas nessa seção.
No cenário A, temos definido para o sistema de refrigeração o sistema de
compressão que é a condição atual do museu.
30
No cenário B, consideram-se as demandas de base e de ponta do sistema de
refrigeração supridas por um sistema de absorção, ao invés de um sistema de
refrigeração por compressão.
Vamos identificar agora as diferenças entre um modelo básico de refrigeração
por compressão e um modelo de refrigeração por absorção.
O modelo mais simples de representar um sistema de refrigeração por
compressão é representá-lo por 4 componentes. Dois trocadores de calor, os quais são o
evaporador que fica localizado na câmara fria e o condensador na câmara quente.
Válvula de expansão, a qual insere uma queda de pressão no fluido refrigerante e o faz
baixar a temperatura e o compressor que comprime, elevando a pressão e a temperatura
do fluido.
A sequência dos processos nessa configuração comum pode ser acompanhada na
figura 3.6 abaixo, inicia-se pela entrada no compressor no ponto 1 da figura 3.6. O
fluido é comprimido e a sua temperatura elevada, ele segue em direção ao condensador,
ponto 2, localizado na câmara quente pela entrada no condensador, o fluido refrigerante
com alta pressão e temperatura elevada entra no condensador e rejeita calor para o
ambiente durante um processo de mudança de fase a pressão constante. O fluido, agora
no ponto 3, entra na válvula de expansão para se expandir e baixar a sua temperatura.
Depois o refrigerante segue em direção à câmara fria para trocar calor com o ambiente
que se pretende refrigerar. Esse processo no evaporador também ocorre à pressão
constante. Seguimos após o evaporador de volta para o compressor. O elemento do ciclo
responsável por consumir energia elétrica é o compressor, onde o trabalho é realizado,
sendo assim o foco do sistema por absorção será nessa etapa.
O sistema de absorção difere do sistema de refrigeração por compressão
exatamente na maneira pela qual a compressão é efetuada. Em um sistema por absorção
precisamos além do refrigerante de um meio transportador o qual se combinará com o
fluido refrigerante. Uma combinação muito usada é amônia mais água, sendo a amônia
o fluido refrigerante e a água o meio transportador. A única diferença entre os dois
ciclos, encontra-se na parte da compressão do fluido: ao invés do simples compressor,
temos um conjunto composto por: absorvedor, bomba, trocador de calor, gerador e o
separador. Todo o resto do ciclo é igual ao ciclo por compressão previamente explicado.
O fluido refrigerante que sai do evaporador (nesse exemplo de compressão por absorção
com amônia) segue para o absorvedor e se combina com uma solução de baixa
31
concentração de amônia e água. A solução combinada, agora rica em amônia, segue
para a bomba para ter a sua pressão elevada até o gerador. Por estarmos elevando a
pressão de um líquido e não de um composto na fase gasosa, chamamos o processo de
bombeamento. No gerador onde há grande quantidade de calor, parte da solução
evapora e fica rica em NH3, seguindo para o separador para apenas o refrigerante
continuar o resto do ciclo. A parte da solução que não evapora volta para o absorvedor
para se combinar com o NH3 proveniente do evaporador.
O motivo pelo o qual esse sistema requer pouca energia elétrica para elevar a
pressão do fluido é porque este comprime um líquido (novamente utiliza-se o termo
bombear para líquido) ao invés de comprimir um gás, cujo volume específico é muito
maior. Sendo assim o trabalho consumido no processo de absorção é muito menor do
que no processo de compressão.
Entretanto para o sistema de absorção precisamos de uma fonte geradora de
calor para manter a alta temperatura no gerador. No sistema de refrigeração por
absorção também é requerido uma maior quantidade de equipamentos (custo de
aquisição maior), área muito maior se comparada à área ocupada por um compressor.
Logo, a sua principal aplicação se dá quanto temos uma fonte geradora de calor para
fazer valer do ponto de vista de custo da operação. No caso projetado, temos um calor
Figura 3.6 - Esquema padrão de um Ciclo de Refrigeração por Compressão
Fonte: Foto adaptada de Cengel Boles (2007)
32
de qualidade gerado pela pilha a combustível por óxido sólido. Sendo assim
conseguimos fazer um processo com cogeração, onde o calor gerado na pilha é um
rejeito do processo. O COP adotado para o sistema de absorção foi de 1.2.
Na continuação para apresentação dos dados usados para o modelo, é preciso
definir o sistema de geração de energia elétrica: nos três cenários, usamos a pilha a
combustível com disponibilidade para 97% do tempo, dado o período de manutenção de
3% (FROITZHEIM, 2014). O combustível gerador de hidrogênio é o gás natural. O
preço do metro cúbico, segundo a CEG (concessionária operadora da cidade do Rio de
Janeiro) e a Agência de Energia e Saneamento do Estado do Rio (CEG e AGERNESA,
2015), para consumo na faixa entre 70.000 e 120.000 m3 em aplicações de geração
distribuída é de 1,1580 R$/m3 – ver Tabela 3.1.
Tabela 3.1 - Tabela de Preços de Gás Natural da CEG
Fonte: CEG, 2014
A variável seguinte de entrada é a potência gerada. Destaca-se aqui novamente a
diferenciação entre os três cenários. No caso A, onde toda a energia elétrica é gerada
pela pilha a combustível e o sistema de refrigeração é por compressão, consumindo
energia elétrica, a potência exigida foi de 210 kW. O valor corresponde à carga de ponta
máxima adotada em 10% (FROITZHEIM, 2014) acima da maior média mensal dentre
todos os meses simulados.
33
𝑃𝑜𝑡!"#$"!%&' = max 𝑃𝑜𝑡!é!"#,!ê! ∗ (1+ 𝑓 !"#$! !" !é!"#)
Já no cenário B, toda a energia elétrica é gerada pela pilha a combustível,
entretanto há o sistema de refrigeração por absorção que consome gás natural, o que
causou a redução da potência requerida para 118kW. No cenário C temos a
configuração que menos exige, pois apenas a demanda de base exigida é atendida pela
pilha a combustível. A tabela 3.2 resume as potências requeridas nos cenários
analisados.
Tabela 3.2 - Produção de Eletricidade pela PACOS
Cenários Potência Elétrica da Célula Combustível -‐
[kW]
Preço da Eletricidade Exportada -‐ [R$/MWh]
Tarifa de Energia Elétrica -‐ [R$/MWh]
A.01 210 Não se aplica 469
A.02 210 380 469
B.01 118 Não se aplica 469 B.02 118 380 469
C 45 Não se aplica 469 Fonte - Elaboração do autor
A última variável do grupo do modelo energético é o preço da eletricidade
exportada e novamente temos diferença significativa ligadas aos cenários criados para
simular. Conforme o quadro a seguir, temos o preço de 469 R$/MWh descontado de
19% do ICMS*.
3.5. Análise de Custos
São adotados os custos iniciais, alocados nos seguintes grupos: sistema de
produção de eletricidade (implementação da PACOS) e operação e manutenção (O&M).
Há pouca informação disponível para o preço dos módulos de PaC dos fabricantes.
Além disso o preço citado em matérias e artigos sobre a tecnologia varia muito. Para
esse estudo foi utilizado o preço interpolado baseado nos custos de fabricação de
PACOS (PNNL, 2012) e nos preços de venda e custo de fabricação de BATELLE,
2014. Ainda dentre os estudos há grande variedade de preços para diferentes faixas de
unidades de produção. Segundo BATELLE 2014, preços de venda para produção entre
100 e 10.000 unidades varia de 5.500 USD/kW até 3.000 USD/kW. Os custos de PaC
* ICMS – Imposto sobre Comercialização de Mercadoria e Serviços
34
assumidos foram de 4.000 US$/kW e foi usado a taxa de conversão BRL/USD 2,50.
Sendo assim o valor final adotado foi de 10.000 BRL/kW.
Contudo vale ressaltar que é uma tecnologia ainda não plenamente difundida ou
em um estágio comercial avançado, sendo assim, os custos assumidos possuem uma
grande dispersão. A melhor estratégia é assumir valores próximos e tratar essa variável
com a análise de sensibilidade onde os valores finais de custo serão submetidos a
variações (HOFFMANN e SZKLO,2011).
Nos três cenários estudados, temos duas variáveis importantes para o custo do
projeto. A primeira é a potência definida para os cenários: no cenário A obteve-se 210
kW de potência da pilha a combustível, no cenário B 118 kW, no cenário C 45 kW, pois
a produção visa atender apenas a demanda de base de eletricidade.
A segunda variável é o custo da inserção da absorção no sistema de refrigeração.
O museu atualmente já conta com um sistema de refrigeração por compressão. Sendo
assim, para iniciar um projeto de um sistema de refrigeração por absorção com
cogeração aproveitando o calor proveniente da geração de energia na pilha de óxido
sólido, torna-se necessário adquirir todo o equipamento para o processo, o que inclui
separador, gerador, trocador, bomba e os custos de instalação. O custo médio assumido
para aquisição desse conjunto segundo é estimado em 800 R$/kW (valor estipulado
mediante custo adotado para diferentes modelos em CARNEIRO, AROUCA et al
2012). As tabelas 3.3, 3.4 e 3.5 a seguir mostram a disposição de custos para cada um
dos cenários trabalhados.
35
Tabela 3.3 Custo do Cenário A
Modelo A Custos iniciais (créditos) Unidade Unidade [R$] C.Quantidade Estudo de viabilidade Estudo de viabilidade custo 130.000,00 Rs130.000 Subtotal Rs130.000 Desenvolvimento
Desenvolvimento custo 130.000,00 Rs130.000 Subtotal Rs130.000 Engenharia
Engenharia custo 2.670.000,00 Rs2.670.000 Subtotal Rs2.670.000 Sistema de produção de eletricidade
Carga de base -‐ Célula combustível kW 10.000,00 Rs2.100.000 Carga de Ponta -‐ Eletricidade da Rede kW 17 Rs-‐ Definido pelo usuário custo -‐ -‐
Rs-‐
Subtotal Rs2.123.604 Sistema de refrigeração
Carga de base – Absorção kW -‐ Rs-‐ Ações de Eficiência energética projeto -‐ Rs-‐
-‐ Rs-‐
Subtotal Rs-‐ Balanço do sistema e misc.
Definido pelo usuário custo -‐ Rs-‐ Contingências % 5.053.604,00 Rs252.680 Juros durante a construção 5.306.284,20 Rs-‐ Subtotal Rs252.680 Total de custos de investimento Rs5.306.284
Fonte - Elaboração do autor, adaptado do Retscreen
36
Tabela 3.4 - Custos do cenário B
Modelo B Custos iniciais (créditos) Unidade Unidade [R$] C.Quantidade Estudo de viabilidade Estudo de viabilidade custo 130.000,00 Rs130.000 Subtotal Rs130.000 Desenvolvimento
Desenvolvimento custo 130.000,00 Rs130.000 Subtotal Rs130.000 Engenharia
Engenharia custo 2.670.000,00 Rs2,670,000 Subtotal Rs2,670,000 Sistema de produção de eletricidade
Carga de base -‐ Célula combustível kW 10.000,00 Rs1.180.000 Carga de Ponta -‐ Eletricidade da Rede kW 17 Rs-‐ Definido pelo usuário custo -‐ Rs-‐
Rs-‐
Subtotal Rs1.202.006 Sistema de refrigeração
Carga de base – Absorção kW 800,00 Rs225.079 Ações de Eficiência energética projeto -‐ Rs-‐
-‐ Rs-‐
Subtotal Rs225.079 Balanço do sistema e misc.
Definido pelo usuário custo -‐ Rs-‐ Contingências % 4.357.084,58 Rs217.854 Juros durante a construção 4.574.938,81 Rs-‐ Subtotal Rs217.854 Total de custos de investimento Rs4.574.939
Fonte - Elaboração do autor, adaptado do Retscreen
37
Tabela 3.5 - Custos do Cenário C
Modelo C Custos iniciais (créditos) Unidade Unidade [R$] C.Quantidade Estudo de viabilidade Estudo de viabilidade custo 130.000,00 Rs130.000 Subtotal Rs130.000 Desenvolvimento
Desenvolvimento custo 130.000,00 Rs130.000 Subtotal Rs130.000 Engenharia
Engenharia custo 2.670.000,00 Rs2.670.000 Subtotal Rs2.670.000 Sistema de produção de eletricidade
Carga de base -‐ Célula combustível kW 10.000,00 Rs430.000
Carga de Ponta -‐ Eletricidade da Rede kW 17 Rs2,040
Definido pelo usuário custo -‐ Rs-‐
Rs-‐
Subtotal Rs432.040 Sistema de refrigeração
Carga de base – Absorção kW 800,00 Rs225.079 Ações de Eficiência energética projeto -‐ 0
-‐ 0
Subtotal 225.078,58 Balanço do sistema e misc.
Definido pelo usuário custo -‐ 0 Contingências % 3.587.118,58 Rs179.356 Juros durante a construção 3.766.474,51 Rs-‐ Subtotal Rs179.356 Total de custos de investimento Rs3.789.050
Fonte - Elaboração do autor, adaptado do Retscreen
Algumas observações importantes precisam ser feitas, o custo de operação e
manutenção é estipulado em 3% do custo total de investimento (PNNL 2013); este é um
custo anual que influencia bastante os indicadores de viabilidade financeira, que serão
abordados na próxima seção.
Talvez o mais importante seja analisar a solução de compromisso entre os custos
de aquisição da pilha a combustível e da refrigeração por um ciclo de absorção. Quando
se introduz o sistema de refrigeração por absorção, reduz-se bastante o custo inicial de
aquisição da pilha (valor unitário de 10.000 R$/kW contudo, aumenta-se o custo para o
sistema de refrigeração (valor unitário de 800 R$/kW), e também aumenta-se o custo
anual de combustível. As observações aqui apresentadas serão posteriormente
38
comentadas quando os indicadores financeiros forem apresentados e comentados. Há
também o tratamento na análise de sensibilidade do último capítulo onde poderemos ver
como os resultados são influenciados pelas variáveis de custo.
3.6. Análise Financeira
Pretende-se realizar a análise preliminar de viabilidade de inserção de uma pilha
a combustível em uma edificação comercial. Assim, é de extrema importância para a
tomada de decisão a simulação de indicadores financeiros. Vamos inicialmente definir
alguns indicadores muito importantes e comumente usados pela indústria para ajudar na
tomada de decisão do ponto de vista financeiro de projetos.
O Valor Presente Líquido (VPL) contém a ideia do valor do dinheiro no tempo.
Uma quantia qualquer vale mais hoje no presente do que em um ano à frente. Isso por
motivos de perda do poder de compra do dinheiro ao longo do tempo, observados pela
inflação e também pela ideia de que o recurso monetário pode gerar renda a taxa de
juros considerada livre de risco e por último pela ideia de liquidez que o dinheiro possui
no presente, segundo ROSS et al (2013). Sendo assim todo agente que pensa de forma
racional irá preferir ter mil reais hoje do que a mesma quantia só daqui a um ano.
O cálculo do VPL para o projeto consiste em descontar sobre uma taxa,
específica e única, receitas futuras advindos do projeto. Nesse caso, os ganhos são
oriundos da geração da própria energia elétrica que não será contratada da distribuidora.
Os ganhos aqui são facilmente mensurados e temos, para a vida inteira do projeto
estimada em 25 anos, essas receitas. É preciso descontar sobre essa taxa comum
(CMPC) todos os fluxos de capital que ocorrerão. Inclusivo os dispêndios iniciais,
temos os custos de O&M que se prologarão durante a vida do projeto mas também é
preciso contabilizar os custos em pagamento de juros sobre a dívida contraída para dar
início ao projeto.
𝐸 𝐹𝐶! , 𝑖 = !"!!!! !
+ !"!!!! !
+⋯+ !"!!!! !
(23)
𝐸 𝐹𝐶! , 𝑖 = 𝑉𝑃𝐿 (24)
O segundo indicador financeiro é a taxa interna de retorno (TIR), que é usada
para termos uma sensibilidade anualizada do retorno mínimo que o projeto provê, para
39
que sejam recuperados os recursos investidos no início do projeto. Para a calcularmos, é
preciso considerar o valor presente dos fluxos de caixa futuros sendo igual a zero.
𝐸 𝐹𝐶! , 𝑖 = 0 (25)
!"!!!! !
+ !"!!!! !
+⋯+ !"!!!! !
= 0 (26)
𝑅𝑒𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑖 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝐸 𝑖 = 0
O terceiro e último indicador financeiro calculado é o Período de Payback ou
Período de Retorno do Investimento. Calculado como o tempo que leva para que o fluxo
de caixa futuro acumulado seja igual ou maior que o custo do investimento. No auxílio
da tomada de decisão, usamos um período de tempo arbitrado e após calcular o período
de payback vemos se esse número é menor que o período de tempo exigido pelo
projeto.
Contudo é conhecido que esse indicador pode levar a certos enganos na
avaliação e comparação entre projetos, ainda mais quando analisamos de projetos de
longo prazo. Segundo (ROSS, WESTERFIELD, JORDAN & LAMB, 2013) “a regra
do payback também não considera qualquer diferença de risco. O cálculo seria o
mesmo tanto para projetos muito arriscados quanto para projetos muito seguros”.
Considerando uma razão de dívida e patrimônio de 4:1, temos um valor de 80%
para os custos considerados na seção acima sob forma de dívida. A dívida no exemplo
proposto poderia ser contraída junto ao BNDES sob a forma de aquisição de máquina e
equipamentos na faixa de valores entre 2,4 - 16 MM R$. Os juros para até 100% do
financiamento do equipamento estão em 4% ao ano (BNDES, 2014). Esses juros dados
pelo BNDES são subsidiados pelo Tesouro Nacional e ficam abaixo da taxa de juros de
longo prazo no Brasil.
A taxa de inflação adotada para todos os cenários simulados é de 6,5% ao ano.
Esse valor é igual ao teto da meta de inflação e tem sido essa a meta perseguida pela
política monetária brasileira nos últimos anos e o valor do IPCA em 2014 (6,40%,
IBGE 2015). No Brasil, por ter um histórico muito alto de inflação mesmo depois do
período de hiperinflação (final da década de 1980 até o meio dos anos 1990), foi
40
adotado um cenário mais pessimista, sendo o valor para a inflação igual ao teto da meta
de inflação.
Segue abaixo o histórico das taxas de inflação no Brasil, a banda de atuação e o
valor atingido pelo Conselho Monetário Nacional, medidos pelo Índice Nacional de
Preços do Consumidor Amplo (IPCA na sigla, índice calculado pelo IBGE).
Tabela 3.6 - Meta e a Banda da Inflação no Brasil
Fonte: BACEN, 2014
O reajuste da energia ficou em 5% ao ano. Essa variável representa o aumento
de preço de referência. Vamos nos ater apenas ao preço da energia elétrica dos cenários.
Como o MAR está localizado no Rio de Janeiro, vamos olhar a metodologia usada pela
concessionária local que fornece energia para o município do Rio de Janeiro, a LIGHT.
A composição da tarifa não é feita de forma simples, mas podemos a separar em
dois grupos, seguindo a metodologia regulada para a LIGHT, (LIGHT 2014). Temos a
chamada parcela A não-gerenciável e a parcela B gerenciável. Já que temos o intuito de
usar um valor médio para simular os próximos 25 anos de operação, a parcela A é
composta por fatores adversos e pontuais, que impactam no curto prazo custo da energia
para a concessionária e são repassados ao consumidor. Vamos nos ater apenas ao
41
cálculo da parcela B não-gerenciável, a qual possui um valor que varia regularmente
independente de oscilações de curto de prazo. Essa parcela é medida através da variação
do IGP-M, índice similar ao IPCA o qual também serve para medir a inflação deduzida
de um fator multiplicador, o que a torna um pouco menor do que inflação medida para o
período. Usando o fator de 0,75 chegamos ao valor próximo de 5% para o reajuste do
preço da energia (foi usada a inflação em 6,5% como média para o período).
A taxa de desconto foi de 16% a.a. Essa medida é composta pelo custo de capital
das empresas na hora colocar recursos em projetos. Estamos desenvolvendo o trabalho
com o intuito de prover informações para que seja possível tomar a melhor decisão na
hora de investir em um projeto de geração própria de energia. Nesse contexto,
usualmente empreendedores dos setores da indústria e analistas de investimento avaliam
o custo de capital próprio pelo método do CAPM (PÓVOA 2007), com uma taxa
composta pela taxa livre de risco mais um percentual de risco de mercado para diversos
setores, multiplicado pelo 𝛽 do setor investido.
𝑅!"#$%&'% = 𝑅!"#$% !" !"#$% + 𝛽 ∗ 𝑅!"ê!"#
A taxa livre de risco será igual a taxa de captação do governo brasileiro adotada
como a taxa Selic meta do ano de 2014, nesse caso 11% ao ano. O prêmio de mercado
usado será de 5%, valor comum adotado por analistas no mercado (PÓVOA 2007), e
fator beta será de 1,0 para o projeto de energia.
Tabela 3.7 Indicadores financeiros para todos os cenários
Unidades Cenário A Cenário B Cenário C
Parâmetros financeiros
Reajuste do custo do combustível % 5,00% 5,00% 5,00% Taxa de inflação % 6,50% 6,50% 6,50% Taxa de desconto % 16,00% 16,00% 16,00% Vida do projeto ano 25 25 25
Fonte: Elaboração do autor
O custo efetivo de imposto de renda é de 22,5% e o período de depreciação para
10 anos, valor usado pelo CPC brasileiro na depreciação de máquinas e equipamento.
(CPC, 2006).
42
Tabela 3.8 - Financiamento do projeto
Sobre os dados acima apresentados, é de extrema importância comentar sobre a
possibilidade de net metering. A estratégia de operação para o modelo energético da
eletricidade abre espaço para precificar uma possível exportação (venda) de energia
para a rede. Essa é uma forma de compensação implementada para incentivar a GD.
A resolução 482/2012 da ANEEL, prevê condições para compensar a
microgeração e a minigeração. A faixa da microgeração é até 100kW e da mini geração
de 100kW até 1MW. A resolução permite que o produtor seja compensado pela
distribuidora local pela energia elétrica produzida e injetada na rede. Ao final do mês, a
energia consumida é descontada da energia injetada, caso o saldo seja negativo (injetou
mais energia do que consumiu) é criado um crédito para a energia ser usada em um
período de até 36 meses a frente (MIRANDA, 2013). A compensação foi atualizada
pela resolução no 517/2012. A resolução permite ainda que o crédito de energia gerado
pelo estabelecimento possa ser utilizado por outro estabelecimento (unidade
consumidora) do mesmo dono. “...compensada com o consumo de energia elétrica ativa
dessa mesa unidade consumidora ou de outra unidade consumidora de mesma
titularidade da unidade consumidora onde os créditos foram gerados, desde que possua
o mesmo Cadastro de Pessoa Física ou Cadastro de Pessoa Jurídica...” (ANEEL 2012
apud MIRANDA 2013)
Entretanto, está forma de compensação estabelece um valor mínimo de
cobrança. O trabalho adotou a taxação do ICMS sobre o preço de energia pago, logo o
preço da “exportação” de energia foi descontado do ICMS.
Unidades Cenário A Cenário B Cenário C
Financiamento
Incentivos e subsídios Rs 0 0 0 Razão da dívida % 80,00% 80,00% 80,00% Empréstimo Rs 4.243.092 3.659.043 3.089.872 Capital próprio investido Rs 1.060.773 914.840 772.468 Taxa de juros da dívida % 4,00% 4,00% 4,00% Duração da dívida ano 10 10 10 Pagamento da dívida Rs/ano 523.135 451.166 380.953
Fonte: Elaboração do autor
43
No caso brasileiro cabe também ao produtor arcar com os custos iniciais para
adaptação do sistema para medição nos dois sentidos, contudo após instalado é
responsabilidade da distribuidora a operação e manutenção.
As avaliações econômicas nos cenários A.02 e B.02 dependem exatamente dessa
possibilidade de usar o excesso de energia em outro empreendimento próprio ou
exportar para a rede, e obter crédito, lembrando que há uma validade ou tempo máximo
para esta operação.
Tabela 3.9 - Receita com Net Metering
Unidades Cenário A
Cenário B
Cenário C
Receita Anual com eletricidade exportada
Eletricidade exportada p/ rede MWh 506 354 0 Preço eletricidade exportada R$/MWh 380 380 380 Receita com eletricidade exportada* R$ 168.612 117.942 0
Taxa de index. Sobre a eletricidade exp. % 0,00% 0,00% 0,00%
*Não há receita com eletricidade exportada para os casos A.01 e B.01 apenas nos A.02 e B.02 Fonte: Elaboração do autor
Na tabela a seguir vamos apresentar os valores dos indicadores financeiros mencionados anteriormente, VPL, TIR e payback para todos os cenários simulados
44
Tabela 3.10 - Indicadores financeiros A0.2, B 0.2 e C
Fonte: Elaboração do autor
Tabela 3.11 – Indicadores Financeiros A.01, B.01 e C
Fonte - Elaboração do autor
As tabelas 3.10 e 3.11 resumem os indicadores financeiros que ajudam na
tomada de decisão como VPL, taxa interna de retorno e período de payback. As mesmas
tabelas também ressaltam os benefícios que a exportação de energia para a rede pode
trazer para os resultados e indicadores. Vale ressaltar que os cenários em que não há
exportação de energia há a economia de não precisar comprar energia elétrica da rede.
Viabilidade FinanceiraTIR antes impostos-‐capital próprio % 27,4% % 23,7% % 13,4%TIR antes impostos -‐ ativos % 9,3% % 8,4% % 4,6%
TIR após impostos -‐ capital % 19,9% % 17,5% % 9,9%TIR após impostos -‐ ativos % 6,6% % 5,8% % 2,6%
Retorno simples ano 8,1 ano 9,0 ano 14,5Retorno do capital próprio ano 9,2 ano 10,6 ano 14,3
Valor Presente Líquido (VPL) Rs 526.892 Rs 177.175 Rs -‐680.537Economia anual no ciclo de vida Rs/an 86.417 Rs/an 29.059 Rs/an -‐111.617
Razão custo benefício (C-‐B) 1,50 1,19 0,10Juros da dívida 1,29 1,16 0,73
Cenário A (A.02) Cenário B (B.02) Cenário C
Viabilidade FinanceiraTIR antes impostos-‐capital próprio % 18,0% % 16,7% % 13,4%TIR antes impostos -‐ ativos % 6,6% % 6,1% % 4,6%
TIR após impostos -‐ capital % 13,5% % 12,6% % 9,9%TIR após impostos -‐ ativos % 4,3% % 3,9% % 2,6%
Retorno simples ano 11,5 ano 12,3 ano 14,5Retorno do capital próprio ano 12,2 ano 12,7 ano 14,3
Valor Presente Líquido (VPL) Rs -‐382.292 Rs -‐458.790 Rs -‐680.537Economia anual no ciclo de vida Rs/an -‐62.701 Rs/an -‐75.247 Rs/an -‐111.617
Razão custo benefício (C-‐B) 0,64 0,50 0,10Juros da dívida 0,93 0,86 0,73
Cenário A (A.01) Cenário B (B.02) Cenário C
45
4. Resultados e Análise de Sensibilidade
A análise de sensibilidade envolve a variação de variáveis do projeto de forma a
revelar quais destas realmente afetam os resultados simulados do projeto. Além de
identificar os parâmetros de entrada mais sensíveis, ela fornece ideia sobre os resultados
possíveis e suas probabilidades (LODI, 2011). Através da análise de sensibilidade
procura-se com isso ver os parâmetros de maior impacto e em seguida quantificar como
as suas variações afetam os resultados obtidos.
No capítulo anterior foram apresentadas todas as variáveis de entrada
necessárias para replicar o estudo de caso de inserção de uma PACOS no Museu de
Arte de Rio. O trabalho, durante o capítulo 4, irá discutir algumas das variáveis de
entrada e variar os seus valores, de forma a analisar o seu impacto na viabilidade do
projeto. Por exemplo, algumas análises foram comentadas no capítulo anterior, quando
se apresentaram os custos de aquisição da tecnologia de pilha a combustível de óxido
sólido adotados no modelo. Serão feitas variações nos valores de custo inicial
(parâmetro de entrada) e será analisado como essa variação imposta afeta os resultados
obtidos e como ela afeta os indicadores usados para a tomada de decisão.
4.1. Variáveis de Impacto
Inicialmente é feito uma análise para ver qual das variáveis de entrada (i.e. taxa
de juros da dívida, custo total inicial, tarifa de energia elétrica cobrada) dentro de uma
faixa de variações estabelecida causa o maior impacto nos indicadores financeiros (o
programa nos restringe aos seguintes indicadores financeiros: valor presente líquido,
taxa interna de retorno e retorno sobre capital próprio investido). Contudo, inicialmente,
é necessário selecionar o principal indicador entre os apresentados pelo programa, para,
depois, iniciarmos a análise de sensibilidade do projeto de inserção da pilha a
combustível de óxido sólido.
O valor presente líquido, VPL, ainda é um dos indicadores mais usados na
indústria para avaliar novos projetos. Com ele, é possível ter uma ideia dos ganhos
futuros advindos do projeto e também inserir o conceito do dinheiro no tempo ou o
custo de oportunidade do recurso investido no projeto. Além disso, o VPL retorna um
46
valor em unidade monetária e não em taxas ou período de tempo, como seria o caso da
taxa interna de retorno e do tempo de payback (ROSS, WESTERFIEL, JORDAN &
LAMB, 2013).
Seguindo a metodologia proposta, percebe-se que, em todos os cenários
analisados dado as seguintes variações máximas definidas na tabela 4.1, os três maiores
fatores de impacto são sempre: custos iniciais de aquisição, razão da dívida e o preço da
eletricidade como mostra as figuras 4.1, 4.2 e 4.3. Sendo assim, o estudo se restringe em
analisar apenas os três parâmetros acima, para compreender o impacto no indicador
financeiro de viabilidade do projeto.
Tabela 4.1 - Variações assumidas para análise de sensibilidade
Parâmetro Unidade Faixa (+/-) Custos iniciais Rs 30% O&M Rs 20%
Custo combustível -‐ caso proposto Rs 10% Custo combustível -‐ caso de referência Rs 10%
Razão da dívida % 30%
Taxa de juros da dívida % 30% Duração da dívida ano 30%
Fonte: Elaboração do autor
As figuras 4.1, 4.2 e 4.3 apresentam uma informação de grande valor para a
tomada de decisão. A partir delas, é possível conhecer quais são os fatores (ou variáveis
de impacto) que mais afetam os indicadores do projeto. Em todos os cenários
simulados, são sempre os mesmos parâmetros que possuem maior peso no impacto do
VPL.
47
Figura 4.1 - Cálculo do impacto dos fatores no cenário A
Fonte: Adaptado do Retscreen
Figura 4.2 - Cálculo do impacto dos fatores no cenário B
Fonte: Adaptado do Retscreen
Figura 4.3- Cálculo do impacto dos fatores no cenário C
Fonte: Adaptado do Retscreen
É ainda possível notar que a primeira diferença só ocorre no quarto fator de
impacto. No caso dos cenários A e B é a duração da dívida, a qual para a o C ela
aparece na quinta colocação. Sendo assim, o estudo segue para a análise do custo
inicial, razão da dívida e preço da tarifa de energia cobrada.
Clas
se p
or im
pact
o
Impacto relativo (desvio padrão) do parâmetro
Impacto - Valor Presente Líquido (VPL)
-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6
Preço eletricidade exportada
Custo combustível - caso propostoTaxa de juros da dívidaO&MDuração da dívidaCusto combustível - caso de referênciaRazão da dívidaCustos iniciais
Clas
se p
or im
pact
o
Impacto relativo (desvio padrão) do parâmetro
Impacto - Valor Presente Líquido (VPL)
-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8
Preço eletricidade exportada
Taxa de juros da dívidaCusto combustível - caso propostoO&MDuração da dívidaCusto combustível - caso de referênciaRazão da dívidaCustos iniciais
Clas
se p
or im
pact
o
Impacto relativo (desvio padrão) do parâmetro
Impacto - Valor Presente Líquido (VPL)
-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6
Preço eletricidade exportada
O&MTaxa de juros da dívidaDuração da dívidaCusto combustível - caso propostoCusto combustível - caso de referênciaRazão da dívidaCustos iniciais
48
Custo Inicial de Aquisição
A primeira variável analisada será o custo inicial de aquisição do equipamento.
A tecnologia de pilha a combustível de óxido sólido não é uma tecnologia madura com
uma quantidade razoável de unidades operando no mundo. Na tabela 4.2 é possível ver
que o total de capacidade instalada em 2012 de pilhas a combustível instalados nos
Estados Unidos ainda é pequeno. Com a exceção do projeto da POSCO Power na
Coréia do Sul (sendo produzido nos Estados Unidos) para um parque de 70 MW, a
maioria dos projetos desenvolvidos ainda são composto por gerações estacionárias
menores do que 1MW.
49
Tabela 4.2 - Tabela de Projetos desenvolvidos de PACs
Localização Capacidade Notas
Kaiser Permanente, CA 4 MW Sete instalações na Califórnia
NTT America, San Jose, CA 500 kW Usa biogás produzido na fazenda Califórnia dairy
Sharks Ice, San Jose, CA 300 kW Pista de patinação do time de hóquei San Jose Sharks
AT&T, CA 7.5 MW 11 sítios - Corona, Fontana, Hayward, Pasadena, Redwood City, Rialto, San Bernardino, San Diego, San Jose, and San Ramon, CA
Fireman’s Fund, Novato, CA 600 kW A Fireman's Fund anunciou que terá retorno do investimento de $1,5 milhão em 10 anos
Ratkovich Co., Alhambra, CA 500 kW Utilização em um conglomerado de empresas
Red Lion Energy Center, DE 13.5 MW Projeto de uma estação de PaC de geração contínua e grid fechado
Washington Gas, Springfield VA
200 kW
Owens Corning, Compton, CA 400 kW
California State University, San Bernardino, CA
1.4 MW Está sendo angariada pela Southern Califórnia Edison Company
Central Connecticut State University, New Britian, CT
1.4 MW Vendida para a Greenwood Energy
London, England 300 kW Será instalada em 23,226 m2, projeto de desenvolvimento em parceria com a coroa
POSCO Power, South Korea 70 MW 2.8 MW já foi enviado por navios
Water Park Resort, Jakarta, Indonesia
300 kW Vendida para a POSCO Power
University of Connecticut 400 kW Sistema com cogeração para todos os edifícios do campus de Depot
Whole Foods, Fairfield, CT 400 kW
Octagon, Roosevelt Island, NY 400 kW Sistema de cogeração a fim de aquecer a água para um complexo de 500 apartamentos. Certificado pelo LEED.
Hamden High School, Hamden, CT
400 kW Sistema com cogeração que provê 90% da eletricidade necessária para a escola e aquecimento da piscina
Cambrian Center, San Jose, CA 20 kW Possui sistema de cogeração para casa de repouso de pessoas idosas.
Irvine Unified School District (IUSD), Irvine, CA
60 kW Seis PaCs em instalação na Woodbridge High School e na University High School
Stone Edge Farm, Sonoma County, CA
5 kW Sistema de cogeração para as vinícolas da fazenda
Universal Studios, Hollywood, CA
20 kW Sistema de cogeração instalado para prover agua quente e energia para a cozinha do parque temático da Universal Studios
Fonte: U.S DOE (2012 pág 17,18 e 19)
Logo, por não ser uma tecnologia com experiência comercial difundida, ainda há
incerteza para definição de preços e custos médios de operação desse tipo de tecnologia,
entretanto não há problemas em estipular valores médios, desde que estes sejam sujeitos
à variação para medir o seu impacto nos resultados finais.
Para quantificar qual o percentual de variação que podemos assumir no custo de
aquisição da tecnologia Hoffman & Szklo (2011) e ERPI (2012) propõem que quando a
tecnologia ainda não se encontra madura, podemos estimar um percentual de erro para o
custo da tecnologia. Segue-se o modelo da tabela 4.3.
50
Tabela 4.3 - Matriz de avalição do intervalo de precisão para estimar o custo (dados em percentual)
Índice A – Madura B – Comercial C – Demonstração D – Piloto E&F – Laboratório
A – Atual 0 n/a n/a n/a n/a B – Detalhada -5 a 8 -10 a 15 -15 a 20 n/a n/a C – Preliminar -10 a 15 -15 a 20 -20 a 35 -25 a 40 -30 a 60 D – Simplificada -15 a 20 -20 a 35 -25 a 40 -30 a 50 -30 a 200 E – meta n/a -30 a 80 -30 a 80 -30 a 100 -30 a 200
Fonte: Hoffman & Szklo (2011), ERPI (2012)
Onde o índice de classificação de A até E segue a proposta de HOFFMANN e SZKLO, 2011:
A – Atual: Possui dados detalhados do processo e do design mecânico, ou dados históricos de unidades existentes.
B – Detalhada: Processo de design detalhados
C – Preliminar: Processo de design na fase preliminar
D – Simplificado: Processo de design simplificado
E – Meta: objetivo técnico do projeto / custo para o valor desenvolvido a partir de dados da literatura
Quanto a curva de aprendizado da PACOS seguindo a classificação de A até E:
A – Madura: Experiência comercial significativa (quantidade razoável de unidades comerciais operantes)
B – Comercial: Experiência comercial incipiente
C – Demonstração: Conceito comprovado por unidade de demonstração integrada.
D – Piloto: Conceito verificado por pequena planta piloto
E – Laboratório: Conceito verificado por estudos laboratoriais e desenvolvimento inicial de equipamento
O estudo de caso realizado nesse trabalho tem o objetivo de fazer uma análise
preliminar (C) e a tecnologia de pilha a combustível de óxido sólido ainda é comercial
com experiência incipiente (B). Logo podemos ver variações de até 20% para os custos
de aquisição e operação da tecnologia de acordo com a tabela 4.3.
A análise da literatura mostra que o custo observado no mercado é ainda mais
51
variável. Segundo FROITZHEIM 2014, a PACOS de menor preço no mercado é da
Redox Power System. Segundo artigo da MIT Review em 2013, a pilha de óxido sólido
da Redox Power System custa 1000 USD/kW, diferente de outras no mercado, que
custam em torno 8.000 USD/kW (LAMONICA, 2013). Há também alguns valores
estimados: “em 2010, a segundo a Sociedade Americana de Engenharia Mecânica,
ASME publicou um trabalho estimando o custo das PACOS em 2268 USD/kW em
2011” (WACHSMAN, MARLOWE e LEE, 2011, apud FROITZHEIM 2014). Os
valores assumidos para o trabalho foram de 4.000 USD/kW segundo valor interpolado
para custos de fabricação de PACOS (PNNL, 2013 e BATTELLE, 2014) e usando uma
taxa de conversão de 2,50 BRL/USD. Devido a grande variação encontrada, na análise
de sensibilidade realizada foi assumida uma variação de até 30% no preço inicial.
Vemos a seguir o impacto no valor presente líquido da variação dos custos
iniciais nos cenários A.02, B.02 e C. Foram mostrados nos cenários A e B apenas os
resultados para as simulações que envolvem o a possibilidade de injetar energia na rede
e a mesma servir de crédito (A.02 e B.02) pois são os cenários que mostram maior
atratividade do ponto de vista dos indicadores financeiros.
Esse é o maior impacto nos indicadores usados e é visto grande variação de VPL
numa faixa que pode inviabilizar a inserção de PACOS em edificações.
Figura 4.4 - Histograma dos VPL simulados do cenário A.02
Fonte: Adaptado do RETScreen
Freq
uênc
ia
Distribuição - Valor Presente Líquido (VPL)
0%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
-564.826 -329.382 -93.939 141.505 376.948 612.392 847.835 1.083.279 1.318.722 1.554.165
52
Figura 4.5 - Histograma dos VPL simulados do cenário B.02
Fonte: Adaptado do RETScreen
Figura 4.6 - Histograma dos VPL simulados do cenário C
Fonte: Adaptado do RETScreen
Pode-se observar que a grande maioria dos cenários testados para A.02 e B.02
ainda apresentam o valor positivo para o indicador. O que mostra resultados
promissores para a adoção dessas estratégias de operação quando há possibilidade de
exportação da energia para a rede. No cenário B.02 aproximadamente 28% dos casos
apenas seriam rejeitados para os VPL simulados usando as variações pré determinadas.
Razão entre dívida e capital próprio
O segundo fator de maior influência encontrado em todos os cenários simulados
é a razão da dívida. Esta é a razão entre o capital próprio investido e a dívida financiada.
Esse fator aparece devido à grande diferença entre o custo de capital próprio (CMCP) e
Freq
uênc
ia
Distribuição - Valor Presente Líquido (VPL)
0%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
14%
-1.718.506 -1.516.529 -1.314.552 -1.112.574 -910.597 -708.619 -506.642 -304.665 -102.687 99.290
53
a taxa subsidiada pelo financiamento do BNDES. Vemos uma grande diferença de 16%
do CMCP para 4% que é a taxa praticada pelo BNDES. O elevado custo médio de
capital é devido principalmente à elevada taxa de juros Selic, a qual reflete a taxa
anualizada de empréstimo de um dia entre instituições financeiras lastreadas em títulos
públicos. Essa taxa de juros é no Brasil considerada como a taxa livre de risco para
investimentos.
Sendo assim todos os investimentos saem em busca de uma alta taxa de retorno
(TIR), pois possuem um elevado custo de capital. Nos cenários analisados, usamos a
taxa do BNDES a qual é subsidiada, ficando a abaixo do que seria uma captação no
mercado de crédito privado, pois o mercado de crédito direcionado destinado a
empresas no Brasil é majoritariamente controlado pelo BNDES e seus programas de
financiamento. O crédito fornecido pelo BNDES respondeu, por exemplo, em 2007 por
27,8% de todo os empréstimos fornecidos no Brasil (MORAIS, 2010).
A taxa utilizada da dívida para aquisição de equipamento de até 16 milhões de
reais ficou em 4% adotando a razão de 80% de dívida. Contudo o crédito aprovado pode
cobrir até 100% do custo de inicial aquisição (BNDES, 2014). O subcapítulo 2 do
capítulo 4 apresenta durante a análise de sensibilidade os valores de VPL para diferentes
razões de dívida (ver tabelas 4.5, 4.8 e 4.10).
Preço da Eletricidade Contratada
O último parâmetro é o preço da energia elétrica adotado para os cenários A, B e
C. e como eles impactam os resultados (chamado de custo da energia no cenário de
referência). A conclusão direta é que se o preço da energia elétrica subir muito, a
vantagem em investir na geração de energia própria aumenta muito; contudo, é de
grande importância ressaltar que a análise mostra uma grande dependência desse fator
para a viabilidade do projeto e faz com o que preço da energia elétrica da rede seja o
terceiro principal fator de impacto.
A variação anual adotada para o aumento da eletricidade contratada foi definida
como 6.5% a.a. com variações máxima na faixa de 10% para toda a vida do projeto (25
anos). Vale ressaltar que o estudo faz uma análise para o total tempo de vida do projeto,
54
i.e., 25 anos. Sendo assim não se pretende incorporar variações de curto prazo, como os
reajustes anuais feitos que são repassados ao consumidor final. Considera-se, portanto,
apenas a parcela que acompanha um indicador de inflação (IGP-M), que é chamada de
parcela gerenciável da tarifa da distribuidora (LIGHT 2013 e ANEEL 2007).
O trabalho tem o intuito de fornecer esse tipo de análise para um futuro
investidor ter conhecimento de quais são os principais pontos a serem observados na
hora de projetar um investimento usando esse tipo de tecnologia.
4.2. Análise de Sensibilidade
A seguir, o estudo mostra os resultados da análise de sensibilidade para os
cenários A.02, B.02 e C. O estudo irá focar apenas nos A.02 e B.02 (e não no A.01 e
B.01) pois são estes os cenários mais atrativos do ponto de visto dos indicadores
financeiros já que os mesmos contemplam o crédito de energia gerado pelo excesso
produção de energia elétrica.
A análise de sensibilidade também tem o intuito de quantificar de que forma a
variação de dados de entrada podem impactar os resultados esperados do projeto. É
imprescindível a aplicação de um método que permita determinar a influência que a
variação tem sobre os resultados esperados do projeto (CORRÊA NETO, 2001). O
estudo realizou a análise de sensibilidade para o cálculo do VPL e mostrou a variação
do indicador em relação à aos fatores de maior impacto apresentados na seção anterior
(custo inicial, razão entre dívida e capital próprio e preço da eletricidade contratada).
55
Tabela 4.4 - Análise de Sensibilidade do VPL no Cenário A.02 - Preço da Eletricidade x Custo Inicial
Tarifa de Eletricidade – caso de referência
Custos iniciais R$ 4.243.092 4.773.479 5.303.865 5.834.252 6.364.638
Rs -‐20% -‐10% 0% 10% 20% 494.403 -‐20% 368.865 28.573 -‐311.720 -‐652.012 -‐992.305 556.204 -‐10% 788.171 447.878 107.586 -‐232.706 -‐572.999 618.004 0% 1.207.477 867.184 526.892 186.599 -‐153.693 679.804 10% 1.626.782 1.286.490 946.197 605.905 265.613 741.605 20% 2.046.088 1.705.796 1.365.503 1.025.211 684.918
Fonte: Elaboração do autor, adaptado do Retscreen
Tabela 4.5 - Análise de Sensibilidade do VPL no Cenário A.02 – Razão da Dívida x Custo Inicial
Razão da dívida Custos iniciais R$ 4.243.092 4.773.479 5.303.865 5.834.252 6.364.638
% -‐20% -‐10% 0% 10% 20% 64% -‐20% 912.555 535.397 158.239 -‐218.918 -‐596.076 72% -‐10% 1.060.016 701.291 342.566 -‐16.160 -‐374.885 80% 0% 1.207.477 867.184 526.892 186.599 -‐153.693 88% 10% 1.354.938 1.033.078 711.218 389.358 67.498 96% 20% 1.502.399 1.198.971 895.544 592.117 288.690
Fonte: Elaboração do autor, adaptado do Retscreen
Na análise de sensibilidade, identificamos a viabilidade inicial do projeto. Neste
caso, para o aumento de 10% no custo inicial combinado com a redução de 10% do
preço da energia da rede, ou apenas o aumento de 20% o custo inicial, já tornaria
inviável o projeto proposto.
No caso da razão entre a da dívida e do capital próprio e o custo inicial, é
possível variar até 20% sem inviabilizar o projeto contudo para uma variação pequena
da razão combinada com a variação para cima do custo inicial de 10% já tornaria o
projeto inviável do ponto de vista do VPL.
Como foi visto na seção anterior na análise dos fatores de impacto e na atual, na
análise de sensibilidade, a razão entre dívida e capital próprio investido é crucial e
possui o segundo maior impacto. A seguir, é imposta variação da razão da dívida e da
taxa de juros praticada para a mesma.
56
Tabela 4.6 - Análise de Sensibilidade para cenário A.02 - Razão da Dívida x Taxa de Juros da Dívida
Razão da dívida Taxa de Juros da Dívida % 2,40% 3,20% 4,00% 4,80% 5,60%
% -‐40% -‐20% 0% 20% 40% 48% -‐40% -‐123.629 -‐166.529 -‐210.413 -‐255.268 -‐301.077 64% -‐20% 273.951 216.752 158.239 98.433 37.354 80% 0% 671.531 600.033 526.892 452.134 375.786 96% 20% 1.069.112 983.313 895.544 452.134 714.217
112% 40% 1.466.692 983.313 1.264.197 1.159.535 1.052.648 Fonte: Elaboração do autor, adaptado do Retscreen
Vemos novamente uma informação abordada anteriormente que o impacto da
razão da dívida para o empreendimento é muito grande, devido à grande diferença entre
o CMCP e a taxa de juros praticada. Sendo assim, mesmo sob grande variação, da taxa
de juros (mantido o resto constante), o impacto não é tão grande e o projeto ainda é
viável financeiramente. A dependência é maior para a razão da dívida. Se essa diminuir
muito, não importa qual seja a taxa de captação, mas a inviabilidade do projeto
acontece.
Vemos a seguir nas tabelas 4.7, 4.8, 4.9 e 4.10 a mesma análise feita para os
cenários B.02 e C. Novamente, enfatizam-se os valores dos indicadores financeiros para
as variações das três principais variáveis de impacto: custo inicial, razão da dívida e
capital próprio e preço da eletricidade contratada.
Tabela 4.7 - Análise de Sensibilidade do VPL no Cenário B.02 - Preço da Eletricidade x Custo Inicial
Tarifa de Eletricidade – caso de referência
Custos iniciais R$ 3.659.358 4.116.778 4.574.198 5.031.617 5.489.037
Rs -‐20% -‐10% 0% 10% 20% 494.403 -‐20% -‐74.482 -‐367.959 -‐661.437 -‐954.914 -‐1.248.392 556.204 -‐10% 344.824 51.347 -‐242.131 -‐535.608 -‐829.086 618.004 0% 764.130 470.652 177.175 -‐116.303 -‐409.780 679.804 10% 1.183.436 889.958 596.481 303.003 9.526 741.605 20% 1.602.741 1.309.264 1.015.786 722.309 428.831
Fonte: Elaboração do autor, adaptado do Retscreen
57
Tabela 4.8 - Análise de Sensibilidade do VPL no Cenário B.02 – Razão da Dívida x Custo Inicial
Razão da dívida Custos iniciais R$ 3.659.358 4.116.778 4.574.198 5.031.617 5.489.037
% -‐20% -‐10% 0% 10% 20% 64% -‐20% 509.781 184.510 -‐140.761 -‐466.032 -‐791.303 72% -‐10% 636.955 327.581 18.207 -‐291.167 -‐600.542 80% 0% 764.130 470.652 177.175 -‐116.303 -‐409.780 88% 10% 891.304 613.723 336.143 58.562 -‐219.019 96% 20% 1.018.479 756.795 495.111 233.427 -‐28.257
Fonte: Elaboração do autor, adaptado do Retscreen
Tabela 4.9 - Análise de Sensibilidade do VPL no Cenário C - Preço da Eletricidade x Custo Inicial
Tarifa de Eletricidade – caso de referência
Custos iniciais R$ 3.031.240 3.410.145 3.789.050 4.167.954 4.546.859
Rs -‐20% -‐10% 0% 10% 20% 494.403 -‐20% -‐1.032.943 -‐1.276.046 -‐1.522.134 -‐1.770.557 -‐2.020.464 556.204 -‐10% -‐613.637 -‐856.740 -‐1.099.843 -‐1.342.946 -‐1.586.049 618.004 0% -‐194.332 -‐437.435 -‐680.537 -‐923.640 -‐1.166.743 679.804 10% 224.974 -‐18.129 -‐261.232 -‐504.335 -‐747.438 741.605 20% 644.280 401.177 158.074 -‐85.029 -‐328.132
Fonte: Elaboração do autor, adaptado do Retscreen
Tabela 4.10 - Análise de Sensibilidade do VPL no Cenário C – Razão da Dívida x Custo Inicial
Razão da dívida Custos iniciais R$ 3.031.240 3.410.145 3.789.050 4.167.954 4.546.859
% -‐20% -‐10% 0% 10% 20% 64% -‐20% -‐405.022 -‐674.461 -‐943.901 -‐1.213.340 -‐1.482.779 72% -‐10% -‐299.677 -‐555.948 -‐812.219 -‐1.068.490 -‐1.324.761 80% 0% -‐194.332 -‐437.435 -‐680.537 -‐923.640 -‐1.166.743 88% 10% -‐88.986 -‐318.921 -‐548.856 -‐778.791 -‐1.008.725 96% 20% 16.359 -‐200.408 -‐417.174 -‐633.941 -‐850.708
Fonte: Elaboração do autor, adaptado do Retscreen
O cenário B mostra resultados atrativos. O indicador financeiro é influenciado
pelos fluxos anuais futuros, que no caso do cenário B contém gastos anuais mais
elevados por causa do gás natural para o sistema de refrigeração por absorção.
Apresenta um pior resultado do indicador se comparado com o cenário A.02. Contudo
58
ainda apresenta excesso de energia para entrar como crédito de energia o que compensa
muitos custos anuais e apresenta um valor presente líquido positivo.
Todos os cenários estudados se favorecem de um aumento do preço da tarifa de
energia elétrica. O cenário C dentre os três analisados é o menos favorecido pois a
PACOS instalada atende apenas a demanda de base de energia mas também é o menos
impactado caso haja uma redução da tarifa de energia elétrica. Entretanto vale ressaltar
que o projeto se torna viável quando o preço da energia elétrica contratada sobe mesmo
mantendo-se os elevados custos iniciais.
Os cenários A.02 e B.02 mostram resultados promissores caso haja significativa
redução dos custos iniciais de aquisição. Como pode ser visto na tabela 4.6, ainda que
se diminua consideravelmente (40%) a razão entre dívida e capital próprio, ou seja, o
produtor tenha que colocar mais recursos próprios (cuja taxa de captação é muito mais
elevada do que os empréstimos considerados). Os cenários ainda são considerados
viáveis caso haja uma redução no custo inicial. Vale ressaltar que a variação de 40% é
considerada muito elevada.
59
5. Conclusões e Estudos futuros
O trabalho, como apresentado no capítulo 1, tem a intenção de analisar como
seria a inserção de uma pilha a combustível de óxido sólido em edificações e como
seriam as possíveis estratégias de operação para essa tecnologia inserida em uma
edificação comercial no Brasil. Considerando o conteúdo apresentado nos capítulos
anteriores acredito ter realizado a tarefa proposta. Contudo é preciso discutir certas
variáveis que não foram dados a devida atenção e outras variáveis que são críticas para
corroborar os resultados apresentados.
O trabalho foi organizado seguindo uma divisão em duas partes. Uma delas a
introduzindo a tecnologia de pilha a combustível focando nas pilhas de óxido sólido.
Provendo informação do funcionamento e seu princípio básico, de onde vem a energia
gerada, em quais setores é empregada a tecnologia nos dias de hoje e explicar o porquê
desta tecnologia ter se desenvolvido tanto nos últimos anos e possuir uma derivada
grande de crescimento.
A segunda parte do trabalho contém o estudo de caso mas também é composta
por um exemplo de geração distribuída. Um dos motivadores foi explicar vantagens de
uma geração distribuída no Brasil e no caso de projetos que considerem a geração
distribuída foi tido o intuito de explicar como seriam as condições para operar uma
edificação comercial com a própria geração de energia elétrica. Os cenários analisados
não têm como o seu principal interesse de serem comparados entre si e no final
selecionar o melhor dentre eles. Cada um deles segue uma estratégia bem diferente que
pode ser uma restrição de projeto previamente definida e o estudo em si mostraria o que
pode ser esperado do projeto caso o estabelecimento tenha que adotar aquela forma de
operação.
Voltando aos fatos que precisariam ser estudados abordados com maior detalhe e
a outros fatores pouco mencionados mas que também influenciam no estudo de caso
feito e na tomada de decisão. A longevidade do projeto foi adotada para 25 anos, a qual
é totalmente plausível do ponto de vista de operação da tecnologia contudo torna
algumas variáveis de grande impacto nos resultados finais de difícil consistência dos
dados para as previsões no futuro, não que haja a intenção de prever o valor exato no
futuro mas sim de ter ideia da tendência para a qual o valor está variando.
60
Talvez a principal ideia concluída durante a análise de sensibilidade feita sobre o
projeto e visto em todos os cenários, é a compreensão das variáveis que mais impactam
os indicadores selecionados para dar suporte a tomada de decisão. Nesse caso em todos
os cenários as variáveis são as mesmas, custo inicial de aquisição da tecnologia, razão
entre dívida e capital próprio investido e preço da tarifa de energia elétrica da rede.
Vemos com isso uma grande dependência de fatores externos. Também é visto quão
impactante são esses fatores na decisão entre investir em um projeto de geração própria
ou não.
Por exemplo, o impacto do preço da energia elétrica sendo responsável pelo
terceiro maior impacto. Fazendo-se um paralelo com a situação global atual onde o
preço do petróleo caiu mais de 60% nos últimos 6 meses para patamares abaixo de 50
USD/bbl. (o texto atualizado até o final de Janeiro de 2015). Preço este que se manteve
acima de 100 dólares por 48 semanas consecutivas até começar a cair (MARKS, 2014).
Este preço leva muitos projetos a serem descontinuados devido a inviabilidade
econômica do projeto. Propondo uma situação contrária para a tarifa elétrica, onde o seu
preço aumentasse em muito durante anos vários anos consecutivos. Esse cenário poderia
aumentar em muito a atratividade desses projetos de geração estacionária própria.
O que vemos no caso da inserção de PACOS para geração estacionária é um
elevado custo inicial (10.000 BRL/kW) o qual se vier a cair no futuro será um grande
motivador para adoção de tal tecnologia. Vemos os cenários A.02 e B.02 analisados no
capítulo anterior (tabelas 4.5 e 4.8) mostrando resultados ainda viáveis mesmo que a
razão da dívida diminuísse mais de 20%, o cenário era viável caso o custo inicial de
aquisição diminuísse. Entretanto a análise também mostrou que há também grande
dependência de financiamento a baixas taxas para compra e implementação da
tecnologia. No cenário A.02 o cenário com o melhor indicador financeiro, mostra que
mesmo que o custo diminua 20%, caso a razão da dívida caia para 20% o cenário não
fica viável (tabela 4.5).
Por último gostaria de ressaltar as peculiaridades do caso do MAR as quais não
podem ou não deveriam sem certo prévio estudo ser modificadas e aplicadas em outros
casos. O projeto aqui feito, considerou tudo o que o museu já continha como por
exemplo o custo de aquisição do sistema de refrigeração por compressão. Os dados de
61
temperatura e umidade relativa da cidade do Rio de Janeiro foram obtidos do Aeroporto
Santos Dumont de grande proximidade geográfica do MAR (distância de apenas 2.6
quilômetros mostrada na figura 3.3) o que corrobora bastante para os resultados contudo
é preciso levar em consideração quando não temos dados consistentes de uma região
próxima ao estabelecimento o qual queremos modelar. É preciso ressaltar também que o
período de 25 anos de operação é considerado apenas para a pilha a combustível e não
para o sistema de refrigeração que seria menor, sendo assim poderia ser incluído um
preço mais elevado na aquisição do sistema de refrigeração ou um preço mais elevado
de O&M para o sistema de refrigeração.
Como proposta para estudos futuros, é possível estender a análise de viabilidade
para outros indicadores financeiros e não se restringir aos indicadores do programa
RETScreen. Pode-se estender o estudo para o cálculo do custo da energia para cada um
dos cenários analisados
Mais uma vez espero que esse trabalho mostre as vantagem e desvantagens do
uso da pilha a combustível de óxido sólido e que motive a geração distribuída no Brasil,
provendo informações de um estudo de caso e que ajude na tomada de decisão para
futuros projetos de engenharia nessa área.
62
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66
7. Apêndice
Fotos de modelos teste no RETScreen.
Figura A.1 – Capa genérica do programa
Figura A.2 - Curva de demanda
Informação sobre o projeto
Nome do ProjetoLocalização do Projeto
Preparado paraPreparado por
Tipo de projeto
Tipo de grid
Tipo de análise
Poder calorífico de referência
Ver parâmetros
Localização dos dados climáticos
Mostrar dado ¨
Veja banco de Dados do projeto
Poder calorífico superior (PCS)
¨
Selecionar local de dados climáticos
Produção de frio e eletricidade
Caso B01 - Paridade Elétrica Com Cogeração
Santos Dumont/Rio
Condições de Referência do site
Museu de Arte do Rio
Projeto Final de GraduaçãoPedro Romeiro
Rede central & carga interna
Método 2
Unidade
Tipo de grid Rede central & carga interna
Mês
Eletricidadecarga média bruta
kW
Eletricidadecarga média
líq.kW
Refrigeração % de tempo de operação do processo
Refrigeraçãocarga média
kW
Aquecimento % de tempo de operação do processo
Aquecimentocarga média
kWJaneiroJaneiro 140 56 252 0FevFevereiro 149 63 260 0MarMarço 192 109 250 0Abr Abril 183 104 238 0Mai Maio 131 60 211 0JunhoJunho 153 88 196 0JulhoJulho 139 76 187 0AgoAgosto 126 62 191 0Set Setembro 159 94 196 0Out Outubro 167 97 212 0NovembroNovembro 117 42 224 0DezDezembro 136 56 242 0
10,0% 118 Retornar RetornarCarga de pico - anual 212 118 100% 281 100% 0
Demanda de eletricidade MWh 1.318 669Preço da eletricidade - caso de referência Rs/kWh 0,469 0,469Custo total de eletricidade 618.069Rs 313.548Rs
Projeto produção de EletricidadeSistema de produção de eletricidade do caso referência
Carga de ponta sist. elétrico acima da média mensal máxima
Características da carga do caso de referência
67
Figura A.3 - Carga e Rede
Figura A.4 - Carga e Rede e Modelo Energético
Figura A.5 - Carga e Rede
Unidade
Área de piso resfriado para o prédio m² 15.900Tipo de Combustível EletricidadeCoeficiente de desempenho - sazonal 3,00Cálculo da carga de refrigeraçãoCarga de refrigeração por prédio W/m² 17,7Demanda refrigeração independente da temperatura externa % 20%Demanda total de frio MWh 1.948Carga total de ponta de frio kW 281,3Consumo de combustível - anual MWh 649Preço do combustível Rs/kWh 0,469Custo do combustível 304.456Rs
Ações de eficiência energética no uso final % 0%Carga líquida de ponta de frio kW 281,3Demanda líquida de frio MWh 1.948
Unidade
Tipo de grid Rede central & carga interna
Projeto produção de EletricidadeSistema de produção de eletricidade do caso referência
Projeto de Refrigeração
Sistema de refrigeração do caso referência
Ações de eficiência energética do caso proposto
RETScreen Proj. Rede e Carga - Projeto de produção de frio e eletricidade
Prédio individual - refrigeração ambiental
Custo inicial incrementalSeleção do SistemaCarga de base do sistema de eletricidadeTecnologiaDisponibilidade % 97,0% 8.497 h
Método-seleção de combustívelTipo de CombustívelPreço do combustível Rs/m³ 1,158
Célula combustívelPotência elétrica kW 118 100%Capac. Mínima % 10,0%Eletricidade fornecida à carga MWh 648 97%Eletricidade exportada p/ rede MWh 354FabricanteModelo 2 unidade(s)Preço do calor kJ/kWh 0Taxa de recuperação de calor % 24,0%Combustível necessário GJ/h 0,0 milhão Btu/h 0,0Capacidade térmica kW -28,3 milhão Btu/h -0,1
Preço da eletricidade - caso de referência Rs/MWh 469,00 Rs/kWh 0,469Preço do combustível - caso proposto sistema elétrico Rs/MWh 111,20 Rs/kWh 0,111Preço eletricidade exportada Rs/MWh 0,00 Rs/kWh 0,000Preço da Eletricidade - caso proposto Rs/MWh 469,00 Rs/kWh 0,469
SiemensSOFC 100 kW Sistema
Estratégia de operação - carga básica do sistema de eletricidade
Sistema de eletricidade do caso proposto
Célula combustível
Combustível único
Carga Base do Sistema
Gas natural - m³
Unidade Estimar %
Carga de base do sistema de eletricidadeTecnologia Célula combustívelEstratégia de operação Potência elétr.máx.de saídaCapacidade kW 210 99,2%Eletricidade fornecida à carga MWh 1.278 97,0%Eletricidade exportada p/ rede MWh 506Carga de ponta do sistema elétricoTecnologia Eletricidade da RedeCapacidade sugerida kW 211,7Capacidade kW 212 100,1%Eletricidade fornecida à carga MWh 40 3,0%Sistema elétrico de back-up (opcional)TecnologiaCapacidade kW 0
Carga base do sistema de refrigeraçãoTecnologia CompressorFonte de energia Sistema de produção de eletricidadeCapacidade kW 281 100,0%Frio fornecido MWh 1.948 100,0%Carga de ponta do sistema de refrigeraçãoTecnologia CompressorFonte de energia Sistema de produção de eletricidadeCapacidade kW 0 0,0%Frio fornecido MWh 0 0,0%Sistema de Refrigeração de back-up (opcional)TecnologiaCapacidade kW
Características do caso propostoEletricidade
Refrigeração
68
Figura A.6 - Forma de inserir dados de Custo no RERTScreen
Figura A.7 - Forma de Inserir dados financeiros
Unidade Quantidade Custo unitário Quantidade Custos relativos
Estudo de viabilidade custo 1 130.000Rs 130.000Rs Subtotal 130.000Rs 2,8%
Desenvolvimento custo 1 130.000Rs 130.000Rs Subtotal 130.000Rs 2,8%
Engenharia custo 1 2.670.000Rs 2.670.000Rs Subtotal 2.670.000Rs 58,4%
Carga de base - Célula combustível kW 118,00 10.000Rs 1.180.000Rs Carga de Ponta - Eletricidade da Rede kW 118,00 -Rs Construção de estrada km 1 -Rs -Rs Linha de Transmissão km 1 -Rs -Rs Subestação projeto 1 -Rs -Rs Ações de Eficiência energética projeto 1 -Rs -Rs Definido pelo usuário custo 1 20.000Rs 20.000Rs
-Rs Subtotal 1.200.000Rs 26,2%
Carga de base - Absorção kW 281,3 800Rs 225.079Rs Ações de Eficiência energética projeto -Rs -Rs Definido pelo usuário custo -Rs -Rs
-Rs -Rs Subtotal 225.079Rs 4,9%
Peças de reposição % 1,0% 130.000Rs 1.300Rs Transporte projeto 0 -Rs -Rs Treinamento & Comissionamento d-p 0 -Rs -Rs Definido pelo usuário custo 0 -Rs -Rs Contingências % 5,0% 4.356.379Rs 217.819Rs Juros durante a construçaõ 0 mes(es) 4.574.198Rs -Rs Subtotal 219.119Rs 4,8%
4.574.198Rs 100,0%
Sistema de refrigeração
Balanço do sistema e misc.
Total de custos de investimento
Custos iniciais (créditos)Estudo de viabilidade
Desenvolvimento
Sistema de produção de eletricidade
Engenharia
Parâmetros financeiros
GeralReajuste do custo do combustível % 5,0%Taxa de inflação % 6,5%Taxa de desconto % 16,0%Vida do projeto ano 25
FinanciamentoIncentivos e subsídios Rs 0Razão da dívida % 80,0%Empréstimo Rs 3.659.358Capital próprio investido Rs 914.840Taxa de juros da dívida % 4,00%Duração da dívida ano 10Pagamento da dívida Rs/an 451.166
Análise do imposto de renda þCusto efetivo- imposto de renda % 22,5%Postergar prejuízo?Método de depreciaçãoRegra semi-anual - ano 1 sim/não SimBase da taxa de depreciação % 10,0%Taxa de depreciação %Período de depreciação ano 10Isenção fiscal ? sim/não NãoDuração isenção fiscal ano
LinearNão
69
Figura A.8 - Visualização dos fluxos de caixa por ano de operação
Figura A.9 - Cenário teste de análise de sensibilidade
Fluxo de caixa anual
Ano Antes imposto Após imposto Cumulativo# Rs Rs Rs0 -914.840 -914.840 -914.8401 -62.285 -106.557 -1.021.3962 -43.596 -94.816 -1.116.2123 -24.021 -82.498 -1.198.7114 -3.520 -69.577 -1.268.2885 17.950 -56.023 -1.324.3116 40.435 -41.806 -1.366.1177 63.981 -26.896 -1.393.0138 88.637 -11.258 -1.404.2729 114.454 5.140 -1.399.13110 141.486 22.336 -1.376.79611 620.954 481.239 -895.55712 650.585 504.203 -391.35313 681.605 528.244 136.89014 714.078 553.411 690.30115 748.070 579.755 1.270.05616 783.651 607.330 1.877.38517 820.892 636.192 2.513.57718 859.870 666.399 3.179.97619 900.661 698.012 3.877.98820 943.349 731.096 4.609.08421 988.019 765.715 5.374.79922 1.034.761 801.940 6.176.73923 1.083.666 839.841 7.016.58024 1.134.833 879.495 7.896.07525 1.188.362 920.980 8.817.05626 0 0 8.817.056
Análise de performanceFx. de sensibilidadeLimite Rs
Rs3.031.240 3.410.145 3.789.050 4.167.954 4.546.859
Rs -20% -10% 0% 10% 20%494.403 -20% -1.032.943 -1.276.046 -1.522.134 -1.770.557 -2.020.464556.204 -10% -613.637 -856.740 -1.099.843 -1.342.946 -1.586.049618.004 0% -194.332 -437.435 -680.537 -923.640 -1.166.743679.804 10% 224.974 -18.129 -261.232 -504.335 -747.438741.605 20% 644.280 401.177 158.074 -85.029 -328.132
Rs3.031.240 3.410.145 3.789.050 4.167.954 4.546.859
% -20% -10% 0% 10% 20%64% -20% -405.022 -674.461 -943.901 -1.213.340 -1.482.77972% -10% -299.677 -555.948 -812.219 -1.068.490 -1.324.76180% 0% -194.332 -437.435 -680.537 -923.640 -1.166.74388% 10% -88.986 -318.921 -548.856 -778.791 -1.008.72596% 20% 16.359 -200.408 -417.174 -633.941 -850.708
%64% 72% 80% 88% 96%
% -20% -10% 0% 10% 20%3,20% -20% -902.099 -765.193 -628.286 -491.379 -354.4733,60% -10% -922.883 -788.575 -654.266 -519.957 -385.6494,00% 0% -943.901 -812.219 -680.537 -548.856 -417.1744,40% 10% -965.149 -836.123 -707.098 -578.072 -449.0464,80% 20% -986.626 -860.285 -733.944 -607.603 -481.262
Razão da dívida
Razão da dívida
Valor Presente Líquido (VPL)20%
Custos iniciaisCusto combustível - caso de referência
Custos iniciais
Taxa de juros da dívida
70
1