Projeção da atualização tecnológica do parque de iluminação PÚBLICA no Brasil - O Setor Elétrico
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Devido aos avanços tecnológicos e ao simultâneo crescimento da sociedade, o uso da iluminação artificial tem crescido no mundo. Este fato influencia significativamente na produção de eletricidade, que para atender a demanda de iluminação artificial, dispõe de 20% da produção total no mundo [1]. O crescente consumo de energia para atender tal demanda, atinge 1.900 milhões de toneladas de emissões de CO2 ao ano, valor que equipara-se com o setor automobilístico e aéreo [2].
Aproximadamente 2,3% da iluminação artificial é destinada a iluminação externa, que pode ser considerada em sua maioria como iluminação pública (IP), e são responsáveis por cerca 60% do consumo municipal de eletricidade num país desenvolvido [3]. Pode-se dizer que a IP tornou-se indispensável para qualidade de vida da sociedade, principalmente nos centros urbanos, uma vez que contribui para a segurança do cidadão, inibe a criminalidade, estimula o turismo e comércio, proporciona o lazer noturno aos habitantes, além de decorar o centro urbano tornando visível as paisagens, prédios, monumentos históricos e entre outros no período noturno. Além disso, a IP opera na segurança do tráfego orientando percursos a serem utilizados pelos motoristas [4].
No ano de 2008, estudos realizados pela Eletrobras, evidenciaram que a iluminação pública equivale a aproximadamente 3,96% do montante de energia elétrica consumida no país, correspondente a 10.624GWh/ano. Este número ressalta a importância e a necessidade de investigar o quanto pode-se economizar neste segmento, visto que a IP é potencialmente somada ao consumo total de energia elétrica utilizada pelo país [5]. Mediante a este cenário de crescimento, é necessário o estudo mais detalhado do real impacto da iluminação pública no consumo energético brasileiro em uma perspectiva futura, avaliando as tecnologias que estão surgindo.
É notória a preocupação com as novas soluções tecnológicas para aplicabilidade em IP, pois além de propiciar uma iluminação de qualidade, estas devem ser eficientes na conversão de energia elétrica em luz, e ter uma vida útil longa, e assim minimizar gastos com a manutenção deste sistema. Tradicionalmente a IP utiliza lâmpadas de descarga em alta pressão, sendo a vapor de sódio em alta pressão (VSAP) a mais empregada nos municípios, cerca de 63% dos pontos de iluminação existentes no Brasil [6].
Apesar do uso massivo da tecnologia VSAP em vias públicas, o uso da tecnologia LED tem crescido em todo o mundo. Pode-se citar como exemplo os projetos de iluminação inteligente já implementados nos EUA, França e no Brasil, onde esta tecnologia pode possuir controle remoto, permitindo variar a intensidade de iluminação pelo tempo ou pelo sensor de movimento, reduzindo o consumo de energia e também fornecendo informações em tempo real [7,8].
Deste modo, pode-se dizer que a inserção da tecnologia LED no parque de IP brasileiro, pode, além de melhorar a qualidade da iluminação, também contribuir com ações de eficiência energética. Neste âmbito, diversas ações estão sendo implementadas no país, reduzindo os custos de energia com a IP dentro dos municípios. Além disso, a tecnologia LED possui maior vida útil quando comparada com as outras tecnologias, sendo facilmente integradas a sistemas de controle remoto facilitando sua operação e manutenção, e promovendo assim uma redução de custos de manutenção e gestão da IP[7].
Sabe-se que as ações do PROCEL RELUZ proporcionaram uma considerável economia de energia no país a partir da inserção da tecnologia vapor de sódio. Todavia, segundo diversos estudos, a LED tem ganhando notoriedade no que diz respeito à redução de consumo de energia e ao conforto visual, devido ao alcance do seu fluxo luminoso, temperatura de cor, vida útil e fácil manutenção.
Este artigo tem como proposta, apresentar uma projeção do impacto da troca das lâmpadas e luminárias atuais pelas fabricadas com tecnologia LED. Para tanto, foi considerado um cenário de 2018 a 2028 tendo como base o consumo nacional (MWh/ano) e o quantitativo de equipamentos utilizado no atual parque de IP.
O trabalho foi dividido em três etapas. A primeira etapa refere-se à contextualização do histórico de iluminação pública no Brasil, destacando como a política governamental atual tem buscado a eficientização do parque de iluminação pública. Ainda nesse tópico, será evidenciada a regulamentação brasileira, destacando o papel das prefeituras e governos frente às concessionárias de energia elétrica. Vale ressaltar que para esta avaliação inicial, será utilizada a quantificação média dos pontos de iluminação pública existentes em todo o território nacional.
Na segunda etapa, são apresentados os índices essenciais para qualificar uma determinada tecnologia, apresentando, por meio de uma comparação entre as tecnologias que atualmente compõem o parque de IP do Brasil, aquelas que mais se destacam em cada uma das características analisadas. Neste mesmo estágio, será considerada a norma regulamentadora NBR 5101:2012 [9] a fim de apontar os requisitos mínimos para atender a IP de maneira eficiente e segura, e ainda descrever o papel das certificações hoje existentes para a IP de LED indicadas pelo Inmetro e pelo Selo Procel.
No terceiro e último cenário, é apresentada a projeção do consumo nacional em MWh do parque de IP no Brasil para o ano de 2017. Nesse sentido, uma tendência para a atualização do parque de IP com tecnologia LED no período compreendido entre 2018 e 2028 é realizada. Estas projeções e tendências foram obtidas a partir dos dados regionais de consumo (MWh) retirados do estudo [10], apresentado pela revista REGET/UFSM, que utilizou informações da base de dados da Aneel. A projeção do consumo foi realizada a partir da equação da reta, obtida por uma tendência linear construída em planilhas utilizando como ferramenta o software Microsoft Excel®. Este trabalho mostra uma projeção do cenário no ano de 2028, considerando a ocorrência da atualização tecnológica.
Como resultado, o trabalho apresenta a projeção do crescimento do parque de IP, e da redução da energia consumida após a substituição de todo este parque no período sob estudo. Para demonstrar a atualização do parque de IP pela tecnologia LED, foi admitida uma taxa de redução ao ano a partir do montante de pontos de IP atualmente existentes, entretanto, em confronto a esta projeção, e com base nas estimativas de mercado, também foi considerado a taxa de crescimento dessa tecnologia.
II – CENÁRIO BRASILEIRO
De acordo com o Art. 21 da Seção X da Resolução nº 414/2010 da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) [11], a elaboração do projeto, a implantação, expansão, operação e manutenção das instalações de iluminação pública são de responsabilidade do poder público municipal ou distrital, ou ainda de quem tenha recebido deste a delegação para prestar tais serviços [11,12].
De acordo com os últimos dados compilados pelo PROCEL RELUZ em 2012, atualmente existe cerca de 15 milhões de pontos de IP em todo o Brasil [13]. Todavia, em conformidade com dados levantados por diversos estudos, estima-se que o mercado de IP no Brasil compreenda em torno de 18 milhões de pontos de luz, com um alcance de 95,5% ao redor dos domicílios. Atualmente o parque luminotécnico existente no Brasil, é constituído essencialmente por lâmpadas a vapor de sódio, lâmpadas a vapor de mercúrio, e os LEDs, ainda não expressivos [14].
O parque de IP brasileiro é composto por lâmpadas de vapor de sódio e mercúrio que foram introduzidas ainda na década de 1960 [15]. Contudo, é sabido que estas lâmpadas configuram significativos custos de manutenção, além do difícil descarte.
Em virtude do crescente avanço tecnológico, o mercado de iluminação tem obtido soluções energeticamente mais eficientes, como a utilização das luminárias LEDs também para o setor de IP. Pode-se dizer que as luminárias LEDs consomem 50% de energia quando comparadas às luminárias convencionais. Esta economia é significativamente expressiva, uma vez que proporciona a redução das faturas de energia, e consequentemente o custo com a geração, transmissão e distribuição de energia elétrica [12].
Diante dos dados obtidos pelo PROCEL RELUZ até o ano de 2012, o quantitativo de pontos de IP correspondeu a aproximadamente a 15 milhões de unidades. A Tabela I apresenta estes dados [13].
Tabela I – Quantidade de Pontos de IP por tipo de tecnologia até o ano
2016 pelo procel reluz.
É sabido, que a eficientização do parque luminotécnico proveniente das ações do PROCEL RELUZ, além de proporcionar a redução do consumo de energia, participa da mitigação dos impactos ambientais. O programa PROCEL RELUZ em 2016 propiciou uma economia de energia correspondente a 15,15 bilhões de kWh que refletem num CO2 equivalente evitado de 1,238 milhão (tCO2), proporcional às emissões de aproximadamente 425 mil veículos em um ano [16]. A Tabela II apresenta um resumo destes dados.
Tabela II – Principais resultados energéticos das ações do procel em
2016 [6].
III – COMPARAÇÃO E QUALIFICAÇÕES DAS TECNOLOGIAS
Pode-se afirmar que os índices utilizados para qualificar uma dada tecnologia de luminária são, entre outros, a temperatura de cor, o índice de reprodução de cor, a eficiência luminosa e a vida mediana. Isso porque tais dados auxiliam na escolha do produto além de influenciarem no conforto visual do usuário e no custo gerado pela instalação. A TABELA III apresenta os dados das diversas tecnologias atualmente existentes no parque de IP, tendo em vista as características técnicas avaliadas.
Tabela III – Comparativos entre tecnologias.
Sabe-se que a ABNT NBR 5101:2012[9] determina os requisitos considerados como mínimos para a iluminação de vias públicas, e que tem como principal função aumentar a segurança dos tráfegos de pedestres e veículos.
Um dos fatores importantes para a iluminação em vias, é a distribuição apropriada das intensidades luminosas. A norma diz que as intensidades emitidas pelas luminárias são controladas direcionalmente e distribuídas de acordo com a necessidade para visibilidade do ambiente [9].
Com o propósito de assegurar a eficiência energética e a qualidade da eficiência luminosa da tecnologia LED, existem duas certificações brasileiras indispensáveis para os LEDs destinados a IP.
A primeira certificação é a Portaria 20 de fevereiro de 2017 [18]. Ela determina a certificação compulsória de luminárias públicas que utilizam LED e lâmpadas de descarga. Esta certificação tem como objetivo obter produtos com o máximo de eficiência energética e que apresentem segurança aos usuários, mitigando as diferenças de qualidade dos produtos entregues no comércio. Assim, os produtos que não atenderem o nível mínimo de qualidade requerida serão extintos do mercado até 2020.
A segunda certificação existente é do PROCEL, chamada de Procel Selo. Publicada em outubro de 2017 pelo PROCEL, aborda os critérios para certificação de lâmpadas LED pelo Selo Procel de Eficiência Energética [19].
Em março de 2017, foi aprovado investimento de aproximadamente R$17,5 milhões de recursos não reembolsáveis na Chamada Pública do Procel Reluz 2017. Em dezembro de 2018, o investimento aprovado foi de R$30 milhões de recursos não reembolsáveis pelo Comitê Gestor de Eficiência Energética (CGEE) [20]. Essa chamada pública tem por objetivo incentivar as prefeituras a apresentarem propostas de projetos para a modernização dos seus parques de iluminação pública, utilizando a tecnologia LED [16].
Tal modernização é baseada no conceito de aumentar a eficiência energética, garantindo os níveis de iluminâncias nas vias, e respeitando os outros índices estabelecidos pelas normas técnicas brasileiras de iluminação pública. Igualmente, todos os projetos realizados englobam a modernização dos sistemas de iluminação pública em todos os seus aspectos técnicos e equipamentos que os compõem, como lâmpadas e pequenos acessórios de fixação [16].
IV – PROJEÇÃO DOS CENÁRIOS
A – Projeção do Consumo Nacional para a IP
A projeção realizada neste estudo, foi obtida a partir dos dados regionais do consumo de IP, retirados de um estudo realizado pela Universidade Federal de Santa Maria [10] oriundos da Aneel no período de 2010 a 2013.
Foi realizada uma curva tendência para cada região (Norte, Nordeste, Sul, Sudeste e Centro-Oeste), onde se projetou o consumo em MWh para o ano de 2017. É importante ressaltar que em 2014 houve uma queda no consumo de energia devido altas cargas tributárias, as oscilações de câmbio, custo do capital, copa do mundo, desempenho econômico, entre outros. Tal comportamento, que culminou com a recente crise brasileira, pode ser observado na curva da Figura 1 [21]. A partir da soma das projeções regionais, foi possível obter o consumo nacional de IP até o ano de 2017. Assim, foi realizado o estudo proposto com as projeções de 2018 a 2028. Na Tabela IV apresentam-se os dados e na Figura 1 o gráfico referente à projeção do consumo de IP para o ano de 2017.
Tabela IV – Consumo nacional de IP projetado para o ano de 2017.
Figura 1 – Gráfico da Projeção do Consumo Nacional em MWh para o ano
B – Crescimento do Parque de IP de 2018 a 2028 (%)
Para realizar a projeção do crescimento do parque de iluminação pública no cenário de 2018 a 2028, compreendendo a substituição das tecnologias de iluminação existentes pela tecnologia LED, foi admitida uma taxa de redução de 10% ao ano a partir do montante de pontos de IP atualmente existentes. A quantidade atual total de pontos de IP por tipo de tecnologia está apresentada na Tabela I.
Para a elaboração deste estudo, todos os percentuais menores do que 3% de determinada tecnologia de IP foram incorporados na tecnologia vapor de sódio, uma vez que esta compreende maior impacto no parque quando comparada às demais, aproximadamente 70% do parque luminotécnico. Além disso, para o cálculo de equivalência foi admitido uma potência de 250W para cada luminária de vapor de sódio. Para a tecnologia vapor de mercúrio, que compreende cerca de 30% deste mesmo parque, foi admitida uma potência de 500W para cada luminária. A Tabela V evidencia está equivalência de acordo com os dados oriundos da Tabela I.
Objetivando tornar esta projeção mais exata, foi utilizada uma taxa de crescimento anual de 8,8% prevista para a tecnologia LED [22].
Na Tabela VI e Figura 2 pode-se verificar o comportamento deste crescimento no período de 2018 a 2028, onde as tecnologias vapor de sódio e vapor de mercúrio reduzem ao longo dos anos, enquanto tecnologia LED cresce até atingir o ano de 2028, momento em que todo o parque de iluminação é atualizado pela tecnologia de iluminação mais eficiente.
Tabela VI – Projeção da Substituição do Parque de IP das
Tecnologias Existentes por LED (mwh/ano) – CRESCIMENTO.
Figura 2 – Gráfico da projeção da atualização do parque de IP com a
inserção tecnologia LED.
Pode-se concluir diante da projeção realizada, que o crescimento do parque de IP de 2018 a 2028 corresponde a um percentual de 41%.
C – Redução da energia consumida após a substituição de todo o Parque de IP de 2018 a 2028 (%)
Realizou-se também a projeção da redução do consumo de energia em MWh/ano com a inserção da tecnologia LED, onde foi possível verificar que a redução da energia consumida após a substituição de todo o Parque de IP de 2018 a 2028 por essa tecnologia. Concluiu-se que esta redução, corresponde a um percentual de 61%. A Tabela VII e Figura 3 apresentam os resultados obtidos para o período de 2018 a 2028.
Tabela VII – Projeção da Substituição do Parque de IP das
Tecnologias Existentes por LED (mwh/ano) – REDUÇÃO.
Figura 3 – Gráfico da Projeção da Redução do Consumo (MWh/ano) na IP com a inserção da tecnologia LED.
Neste estudo foram realizadas previsões a partir de cenários que servem de embasamento para políticas energéticas. Para tanto, investigou-se como é realizada a gestão da eficiência energética para a iluminação pública no Brasil e a eficientização do parque luminotécnico nacional atual. Propôs-se a completa substituição dos pontos de IP atualmente existentes pela tecnologia LED por ser a que comprovadamente apresenta a melhor eficiência energética e a de menor agressão ao meio ambiente.
A partir das pesquisas realizadas, foi possível verificar que existem políticas e programas de eficientização do parque luminotécnico nacional, sendo a mais expressiva a política implementada pela Eletrobrás por meio do programa PROCEL RELUZ. A implementação deste programa, que conta com o apoio do Ministério de Minas e Energia (MME), é de competência das concessionárias de energia elétrica contando também com a participação das prefeituras e governos estaduais.
O PROCEL RELUZ utiliza em seu programa, recursos oriundos da Reserva Global de Reversão (RGR), todavia estes não são suficientes para que o cenário visualizado neste trabalho seja atendido.
É importante ressaltar que no ano de 2012 essa reserva foi esgotada.
Desta maneira identifica-se a necessidade de viabilizar recursos para que o PROCEL RELUZ se adeque a realidade tecnológica e mais eficiente de utilização de luminárias LED em vias públicas.
A proposta realizada neste estudo contempla a inserção da tecnologia LED ao longo de 10 anos no parque de IP brasileiro. Assim, espera-se que, com o incentivo do governo, as concessionárias de energia possam realizar a troca das luminárias existentes e obter uma redução de consumo de aproximadamente 61%, conforme apresentado neste estudo.
Vale ressaltar que tal política, se implementada, poderia reduzir as taxas de IP pública aplicadas às faturas de energia atuais, além de contribuir para a economia de energia elétrica do sistema elétrico e redução da emissão do CO2 no planeta.
*Júlia Fernandes Araujo é mestre em Engenharia Elétrica e de Telecomunicações na Universidade Federal Fluminense (UFF) na área de Modelagem e Análise de Sistemas de Energia Elétrica (2019) e possui graduação em Engenharia Elétrica com ênfase em Sistemas de Potência pela Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) em 2015. Possui experiência profissional em projetos, relatórios e planejamento da transmissão de energia elétrica, bem como eficiência energética e projetos de instalações em baixa e média tensão. Atualmente é uma profissional que desempenha atividades no mercado de energia, com atuação específica no mercado livre e reformas de subestações de média tensão.
*Luana Merenciano da Silva é mestre em Engenharia Elétrica e Telecomunicações pela Universidade Federal Fluminense (UFF) na área de Modelagem e Análise de Sistemas de Energia (2019), possui pós- graduação em Engenharia de Segurança do Trabalho (2018) pela Universidade Cândido Mendes (UCAM) e graduação pela Universidade Severino Sombra (USS/Vassouras/RJ) em Engenharia Elétrica (2014).
Atualmente trabalha no LabLux realizando ensaios em produtos na área de luminotécnica, para certificação de eficiência energética, acompanha e desenvolve pesquisas, artigos na área de eficiência energética, qualidade de energia e iluminação pública.
*Lorenna Baptista de Oliveira é mestre em Engenharia Elétrica e Telecomunicações na Universidade Federal Fluminense (UFF) na área de Modelagem e Análise de Sistemas de Energia (2018) e possui graduação pela UFF em Engenharia Elétrica com ênfase em Sistema de Potência (2016). Atualmente trabalha no Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal Fluminense como assistente administrativo. Tem experiência em projetos de engenharia elétrica com estudos de sistemas de iluminação em áreas classificadas, e em medições para certificação de lâmpadas e luminárias.
*Márcio Zamboti Fortes (M´2010, SM´2017) recebeu o título de Mestre em Engenharia da energia pela Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI) em 2000 e de Doutor em Engenharia Elétrica pela Universidade de São Paulo (USP) em 2007. Atualmente é professor da Universidade Federal Fluminense (UFF), docente do programa de pós-graduação em Engenharia Elétrica e Telecomunicações e desenvolve estudos nas áreas de: conservação e qualidade de energia, manutenção industrial, luminotécnica, máquinas elétricas e acionamentos.
*Bruno Soares Moreira Cesar Borba é professor do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Federal Fluminense, Niterói – Brasil. É graduado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), e recebeu os títulos de Mestre e Doutor em Planejamento Energético pela UFRJ (2008 e 2012). Atua nas áreas de planejamento energético e energias renováveis, realizando vários trabalhos sobre cenários energéticos de longo prazo.
*Angelo Cesar Colombini recebeu o título de Bacharel em Engenharia Elétrica pela Universidade de São Paulo (USP) em 1990, tendo cursado concomitantemente até o terceiro ano o curso de Ciência da Computação na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), concluído seu Bacharelado em Ciência da Computação na universidade de Franca em (1999) e título de Mestre em Engenharia Elétrica pela Universidade de São Paulo (USP) em (1994) na área de Sistemas de Potência e o título de Doutor em Ciências pela Universidade de São Paulo (USP)– Instituto de Física, na área de Física Computacional em (1999). Atualmente é docente no curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal Fluminense (UFF).