Integração dos setores elétrico e automobilístico

A substituição dos carros à combustão por carros elétricos está em curso. A Holanda só permitirá circulação de carros elétricos a partir de 2025. A Alemanha proibiu a fabricação de carros à combustão a partir de 2030 e a proibição de circulação em 2050, pretendendo reduzir em 80% a emissão de dióxido de carbono. Estas medidas fazem parte do Pacto Mundial sobre o Clima da Conferência de Paris. O Boston Consulting Group (BCG) prevê que em 2030 os carros elétricos vão representar 5% da frota brasileira, com vendas de 180 mil unidades ao ano. Neste contexto, o setor elétrico passa a ser vital para o setor automobilístico e sua integração é inevitável e fator crítico de sucesso, criando oportunidades para o desenvolvimento da economia nacional e a geração de empregos.

Cenário do setor automotivo no Brasil

Em 2018, segundo o IBGE, circulavam 54.715.488 carros no Brasil, de uma frota total de 100.746.553 veículos. Segundo o anuário 2020 da Anfavea (Associação Nacional de Fabricantes de Veículos Automotores) existem 26 marcas que produzem mais de 2.000 modelos e versões de veículos no Brasil, em 65 fábricas, com presença em 43 cidades de 10 estados da federação.

O cenário de montadoras de veículos está se alterando com os anúncios de fechamento de linhas de produção de montadoras importantes, como a Ford, Audi e Mercedes-Benz.

O Brasil tem capacidade para produzir entre 4,5 milhões a 4,7 milhões de veículos, já descontados números da Ford. O maior volume produzido foi de 3,7 milhões em 2013. Para 2021 a projeção é uma produção de 2,5 milhões.

A pandemia da Covid-19 afetou, significativamente, a produção de veículos no mundo e no Brasil. A indústria mundial produziu 91 milhões de veículos em 2019 e 76 milhões em 2020. Segundo a Anfavea, a produção de 2.014.055 veículos encolheu 31,6% em 2020, deixando a indústria automobilística com uma ociosidade técnica de quase 3 milhões de unidades.

De acordo com a ABVE (Associação Brasileira do Veículo Elétrico) de 2012 até junho de 2020 foram comercializados 30.092 veículos puramente elétricos e híbridos no país. A concessionária de distribuição de energia EDP, com base no estudo do BCG projeta um mercado de 2 milhões de veículos com uma rede de recarga de 400 mil pontos para 2030.

A objeção é o alto custo do carro elétrico no Brasil. Segundo a tabela FIPE, consultada em fevereiro de 2021, os valores dos 27 modelos comercializados no Brasil, variam de R$78.716,00 (Hitech Electric modelo e.co Tech2 6kW) até R$930.350,00 (Porsche, modelo Taycan Turbo). Alguns exemplos de preços, em fevereiro de 2021: Renault ZOE Life 92cv, R$140.548,00; Nissan LEAF Aut., R$ 209.981,00; e, BMW i3 Rex E Drive Connected Aut., R$ 212.446,00. Estes valores já consideram que os carros elétricos movidos a bateria e a células de combustível de hidrogênio vendidos no país não pagam o imposto de importação e tem a alíquota de IPI reduzida para 7%.

Segundo dados da CPFL, empresa do setor elétrico que eletrificou parte da sua frota, as principais vantagens em economia dos carros elétricos em relação aos carros à combustão são: manutenção mais barata devido à simplicidade do motor elétrico; e, a operação é três vezes mais barata (o valor do km rodado de um carro à combustão é de R$ 0,31, enquanto o custo no veículo elétrico é de R$ 0,11, valores médios do ano de 2016).

O setor automobilístico conta com o Programa Rota 2030 – Mobilidade e Logística – uma estratégia de incentivo do governo federal para o desenvolvimento do setor, com um regime tributário especial para a importação de autopeças sem produção nacional equivalente. O programa tem políticas de estímulo à pesquisa e desenvolvimento (P&D) para buscar a diferenciação tecnológica, evitando o risco de transferência das atividades de P&D para outros polos, a perda de investimentos no País e a perda do conhecimento em biocombustíveis.

Cenário do setor elétrico no Brasil

Em março de 2020, o sistema elétrico brasileiro tinha uma capacidade instalada capaz de produzir 174.790 megawatts (MW), sendo 58,35% em usinas hidrelétricas (UHE), 25,19% em usinas termoelétricas (UTE), 9,88% em plantas eólicas (EOL), 3,11% em pequenas usinas hidrelétricas (PCH), 1,87% em plantas fotovoltaicas (UFV), 1,13% em usinas nucleares (UTN) e 0,47% em hidrelétricas muito pequenas (CGH).

A curva de carga média, ou seja, a potência média consumida em uma unidade de tempo, no Brasil está abaixo da capacidade instalada (174.790 MW): em janeiro de 2019 foi 73.132 MWmédia; em janeiro de 2020 foi 70.657 MWmédia; e, em dezembro de 2020 foi 70.616 MWmédia.  Nos mesmos períodos a carga de energia mensal foi: 54.418 GW em janeiro de 2019; 52.568 GW em janeiro de 2020; e, 52.538 GW.

No intervalo entre 18 e 21 horas, concentra-se o maior consumo de energia, conhecido como horário de pico. Neste período são usados ao mesmo tempo, além das fábricas, a iluminação pública, a iluminação residencial, vários eletrodomésticos e a maioria dos chuveiros.

Em fevereiro de 2021, estavam em construção 254 empreendimentos para adicionar mais 11.433,7 MW, sendo: 37,04% em 60 termelétricas (UTE); 36,3% em 131 parques eólicos (EOL); 11,8% na usina nuclear de Angra 3 (UTN); 10,66% em 33 plantas fotovoltaicas (UFV); 2,88% em 24 pequenas centrais hidrelétricas (PCH); 2,14% com a usina hidrelétrica São Luiz do Tapajós no Pará; e, 0,06% em 4 usinas hidrelétricas muito pequenas (CGH).

Classificamos a energia gerada como de base e intermitente. A energia de base é quando sua fonte primária pode ser armazenada, como a água dos lagos de reserva das usinas hidrelétricas e o gás natural das termoelétricas. A energia intermitente, ao contrário da energia de base, não pode ser armazenada, e deve ser consumida imediatamente, como a parques eólicos e fotovoltaicos. O sistema elétrico deve ter capacidade de reserva de energia de base para atender a intermitência dos parques eólicos e fotovoltaicos. Ou seja, à medida que cresce o consumo e geração de parques intermitentes deve-se aumentar a capacidade de usinas de base. Aqui entra o papel importante das hidrelétricas e termoelétricas, incluindo a geração nuclear, como também o uso de baterias de alta capacidade de armazenamento.

Em períodos secos, a geração de energia por hidrelétricas é reduzida e compensada pela geração de energia por termelétricas, razão pela qual foi instituído a tarifa de bandeiras (verde, amarela e vermelha) que aumenta o custo da energia em determinadas épocas do ano, pois o custo de geração das termelétricas é mais elevado. Basicamente, o critério utilizado é o nível dos lagos de reserva das hidrelétricas. Por exemplo, a usina hidrelétrica de Itaipu tem uma elevação da crista de 225 metros, ou seja, o lago de reserva não pode ultrapassar a altura de 225 metros, se isto ocorrer é necessário abrir os vertedouros, proporcionando um belo espetáculo para os turistas. O nível do lago de reserva de Itaipu tem-se mantido estável: 216,6 metros em janeiro de 2019; 220,2 metros em junho de 2019 (sua maior marca desde maio de 2018); e, 219,6 metros em fevereiro de 2021.

O Brasil tem um bom arcabouço regulatório para a geração distribuída. Desde 2012, com a Resolução Normativa Aneel no 482/2012, o consumidor, através de micro e mini geração, pode gerar sua própria energia a partir de fontes renováveis ou cogeração qualificada, fornecendo o excedente para a rede de distribuição de sua localidade. Isto permite aliar economia financeira, consciência ambiental e autossutentabilidade.

Em março de 2016, passou a valer a Resolução Normativa Aneel no 687/2015, permitindo o uso de qualquer fonte renovável, além da cogeração qualificada, com a microgeração distribuída de até 75 kW e a minigeração até 5 MW, além de ampliar a validades dos créditos de geração excedente de 36 para 60 meses para abater o consumo de unidades consumidoras do mesmo titular situadas em outro local, denominado “autoconsumo remoto”. Isto significa, na prática, que um consumidor, residencial ou empresarial, pode construir uma planta fotovoltaica em uma área fora do seu endereço, desde que dentro da área de atendimento da concessionária de distribuição de energia.

A nova resolução normativa, também, criou a figura da “geração compartilhada”, possibilitando que a criação de consórcios e cooperativas para instalarem micro e minigeração distribuída à rede da concessionária de distribuição, com regras para simplificar o processo de conexão.

A micro e minigeração de energia próximas do consumo permite o alívio da rede de transmissão de longa distância, reduz investimentos de expansão e suas perdas técnicas devido a características próprias da transmissão. Também, mitiga os impactos de apagões por problemas nas linhas de transmissão e subestações, além de reduzir os riscos de racionamento de energia.

No Brasil, vendedores e compradores podem negociar energia elétrica voluntariamente, permitindo que os consumidores contratem o seu fornecimento de energia elétrica diretamente das empresas geradoras e de comercializadoras. Nesse ambiente, os consumidores e fornecedores negociam entre si as condições de contratação de energia. Diferente do mercado tradicional cativo, que funciona no Ambiente de Contratação Regulada (ACR), cujo consumo é obrigatório da distribuidora da área de concessão onde se encontra o consumidor e sem escolha do fornecedor de energia.

No Mercado Livre de Energia existe dois tipos de consumidores: livres e especiais. Os chamados consumidores livres devem possuir, no mínimo, 2.000 kW de demanda contratada de energia proveniente de qualquer fonte de geração de energia. Os chamados consumidores especiais, o consumo deverá ser igual ou maior que 500 kW e menor que 2.500 kW, permitido apenas de fontes sustentáveis, tais como: eólica, solar, biomassa pequenas centrais hidrelétricas (PCHs) ou hidráulica de empreendimentos com potência inferior ou igual a 50.000 kW.

O sistema de geração de energia elétrica do Brasil é interconectado por meio de uma malha de transmissão para a transferência de energia entre subsistemas, permitindo a obtenção de ganhos sinérgicos e explora a diversidade entre os regimes hidrológicos das bacias. O chamado Sistema Interligado Nacional (SIN) é constituído por quatro subsistemas: Sul, Sudeste/Centro-Oeste, Nordeste e a maior parte da região Norte.

O SIN é operado pelo ONS (Operador Nacional do Sistema), responsável pela coordenação e controle da operação das instalações de geração e transmissão de energia elétrica e pelo planejamento da operação dos sistemas isolados do país, sob a fiscalização e regulação da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel).

A Aneel mantém um Programa de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) para alocar recursos humanos e financeiros em projetos que demonstrem originalidade, aplicabilidade, relevância econômica de produtos e serviços, nos processos e usos finais de energia. Os recursos financeiros vêm de uma porcentagem da receita operacional líquida das concessionárias de geração, transmissão e distribuição de energia. Através de editais da Aneel ou das concessionárias são propostos ao mercado linhas de pesquisas para desenvolvimento e selecionados os melhores projetos, dentro do orçamento disponível. Um dos editais versou sobre o “Desenvolvimento de Soluções em Mobilidade Elétrica Eficiente”, em 2018.

Recarga de baterias dos carros elétricos

A capacidade de armazenamento da bateria dos carros elétricos determina sua autonomia, medida em quilowatts-hora (kWh). O tempo de recarga depende da potência do carregador, medido em quilowatts (kW) ou quilovolt-ampere (kVA). Tipicamente, os carregadores têm as seguintes potências: 3,7 kVA; 7,4 kVA; 22 kVA; e, 50 kVA. Quanto maior a potência do carregador menor será o tempo de recarga da bateria. Os carros elétricos utilizam as frenagens para carregar as baterias, função chamada de frenagem regenerativa.

Existem basicamente três tipos de carregamento de veículos elétricos: o lento, com tempo de recarga entre 6 e 8 horas, indicado para residências e empresas; o semirrápido, com tempo de recarga entre 1 e 2 horas, indicado para espaços públicos, vias públicas e semipúblicas, shopping centers e estacionamentos; e o rápido, com tempo de recarga de 30 minutos para atingir 80% de carga e 1 hora para 100% da carga.

Os carregadores de potência de 3,7 kVA e 7,4 kVA, com saídas entre 6 e 32 amperes (A) podem ser conectados na rede elétrica residencial, com uma tensão de alimentação de 220 V. Já os carregadores com potências superiores devem usar sistema trifásico (380 V ou 400 V) e a concessionária de distribuição de energia deve ser comunicada.

Apenas para termos de comparação, um carregador de 3,7 kVA, ou 3.700 W, equivale a uma ducha elétrica. Ou seja, a carga de um veículo elétrico equivale deixar uma ducha elétrica ligada entre 6 e 8 horas para a carga total de uma bateria de 22 kWh para uma autonomia de 210 quilômetros. Em uma simulação, considerando o uso diário de 6 horas para a recarga de uma bateria de 22 kWh, resultaria em um consumo mensal de 666 kWh, a um custo de R$464,27, com base em uma tarifa de R$0,697100 por kWh.

A Resolução Normativa no 819, de 19 de junho de 2018, estabelece os procedimentos e as condições para a realização de atividades de recarga de veículos elétricos. Esta resolução regulamenta a atividade de recarga pelas concessionárias de distribuição de energia a comercializarem a energia em estações públicas de recarga de baterias, liberando que os preços dos serviços sejam livremente negociados. Também define que os equipamentos de recarga que não sejam exclusivos para uso privado deverão ser compatíveis com protocolos abertos de domínio público.

Integração dos setores automobilístico e elétrico

A eletrificação da frota de carros trará um forte impacto no setor elétrico, criando enormes oportunidades para novos negócios, crescimento da economia e geração de novos empregos.

Figura – Integração dos setores elétrico e automobilístico

As recargas das baterias dos carros exigirão mais geração de energia, podendo alterar os horários dos picos de consumo, hoje entre as 18 e 21 horas. Imagine se todos os usuários de carros elétricos quando chegarem em casa iniciarem a recarga das baterias. Teremos um consumo muito maior que o atual e este consumo aumentará proporcionalmente com o crescimento da frota elétrica.

Para evitar o aumento do consumo no horário de pico, a Aneel e as concessionárias de distribuição poderiam definir uma tarifa especial para o mercado cativo para recarga de baterias dos carros elétricos após a meia-noite, por exemplo. Com isto, uma boa parcela de das recargas das baterias podem ser atendidas pela geração de energia dos parques eólicos, que produzem energia que devem ser consumidas imediatamente.

A recarga de bateria dos carros nas residências, a partir de placas fotovoltaicas ou telhas que produzem energia, só será efetiva se forem combinadas com baterias que armazenem energia durante o dia e que possam recargar as baterias dos carros durante a noite. A opção hoje é entregar a energia produzida para a rede da concessionária durante o dia, obter os créditos, e utilizar a energia da concessionária à noite abatendo os créditos.

Se as prefeituras eletrificarem suas frotas de carros, poderão construir plantas de geração distribuída, usando a Resolução Normativa Aneel no 687/2015, para recarregar as baterias dos carros de forma sustentável, incluindo a geração de energia a partir do metano dos aterros sanitários.

A construção e transformação de prédios sustentáveis, seguindo as recomendações LEED (Leadership in Energy and Environmental Design), devem incluir a geração de energia distribuída e cogeração, e incluir nos projetos estações de recarga de baterias para carros elétricos.

As fábricas que buscam eficiência operacional e qualidade avançada, devem evoluir naturalmente para obter, além das certificações ISO 9.001 e ISO 14.001, a ISO 50.001 que implementa a gestão de energia. Este processo, identifica várias oportunidades de eficiência energética, que podem incluir a geração distribuída, cogeração de energia, ingresso no mercado livre de energia e eletrificação da frota.

Para planejar e operar de forma eficiente este ecossistema de mobilidade elétrica, integrando os setores elétrico e automobilístico, é necessário o uso intensivo de tecnologia, com aplicações de IoT (Internet of Things), Big Data, Analytics e Inteligência Artificial, como também as questões relativas à segurança cibernética. Assim como, a seleção das mais apropriadas tecnologias de telecomunicações, como o 5G, e protocolos de comunicação como o ModBus e OCPP (Open Charge Point Protocol) para aplicações de comunicação entre estações de recarga de veículos elétricos.  

Conclusão

A integração entre os setores elétricos e automobilístico resulta na melhoria dos serviços em ambos os setores de forma sustentáveis, crescimento econômico e geração de empregos. O aumento das vendas de carros para consumidores e a eletrificação das frotas das empresas, além de criar a necessidade de aumento da capacidade de geração de energia, cria a necessidade de revisão do modelo do sistema elétrico.

Para atender a demanda crescente de carros elétricos deve-se expandir a geração distribuída, com microgeração até 75 kW nas residências e minigeração até 5 MW em prédios e estabelecimentos industriais e comerciais para reduzir no longo prazo os investimentos na mobilidade elétrica.

A ociosidade das montadoras de carros no Brasil, estimada em 3 milhões de unidades por ano, poderia atender parte da demanda por carros elétricos do mercado, aproveitando os incentivos fiscais do programa Rota 2030, criando empregos e preparando a indústria nacional para a transição dos carros à combustão para elétricos.

A eletrificação das frotas dos municípios brasileiros criaria demanda por carros elétricos, incentivando o setor privado a adotar a mesma prática e, com isto, ativar a espiral de redução de preços por volume produzido e acelerar o crescimento do mercado de carros elétricos. Esta iniciativa das prefeituras é potencializada com a geração distribuída, criando exemplos para a sociedade e atendendo as demandas da política sobre mudanças climáticas e os objetivos de desenvolvimento sustentável das Nações Unidas.

O sucesso da integração entre os setores elétricos e automobilístico depende do uso intensivo de tecnologias da informação e telecomunicações, como IoT, Big Data, Analytics, Inteligência Artificial e protocolos abertos de comunicação.

Ambos os setores possuem programas oficiais de incentivo a pesquisa e desenvolvimento (P&D), dedicando fundos e renúncia fiscal para fomentar a inovação e a redução de custos dos produtos, além da possibilidade de desenvolver projetos junto com Universidades e Centros de Pesquisa.

Novas estratégias para fomentar o uso de carros elétricos no país acelerariam o desenvolvimento dos setores elétricos e automobilístico com a criação de novos empregos e crescimento da economia.

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