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ENERGIA SOLAR NA VITIVINICULTURA
Monique Calmon de Carvalho Ferreira
Projeto de Graduação apresentado ao Curso de
Engenharia Elétrica da Escola Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessários à obtenção do
título de Engenheiro.
Orientador: Jorge Luiz do Nascimento
Rio de Janeiro
Agosto de 2019
ii
ENERGIA SOLAR NA VITIVINICULTURA
Monique Calmon de Carvalho Ferreira
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO
DE ENGENHARIA ELÉTRICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS
NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO
ELETRICISTA.
Orientador:
_________________________________________________
Prof. Jorge Luiz do Nascimento, Dr. Eng.
Examinador:
_________________________________________________
Prof. Antonio Lopes de Souza, Ph.D
Examinador:
_________________________________________________
Prof. José Carlos de Oliveira, D.Sc
Rio de Janeiro – RJ, Brasil
Agosto de 2019
iii
Calmon de Carvalho Ferreira, Monique
ENERGIA SOLAR NA VITIVINICULTURA/Monique Calmon de Carvalho Ferreira. -
Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica, 2019.
Orientador: Jorge Luiz do Nascimento
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso de Engenharia Elétrica, 2019.
Referências Bibliográficas: p. 39
iv
AGRADECIMENTOS
Dedico esse trabalho aos meus pais, que participaram ativamente de toda a minha
educação e trilharam esse longo caminho comigo. Ao meu pai Antonio, agradeço em
especial por todos os desafios da vida que me ajudou a superar, e por ser meu melhor
amigo todos os dias. À minha mãe Elisabete, por todo o afeto em sua missão como mãe
e educadora, e por ser meu grande exemplo de dedicação e honestidade.
Ao meu namorado Eric, pela paciência nos últimos meses, pelos estudos nos
finais de semana e pelo apoio incondicional. Obrigada por acreditar no meu potencial e
por estar comigo ao final dessa jornada.
À minha família, que apesar das distâncias, sempre se faz presente. E que apesar
das dificuldades, sempre encontra forças para seu unir.
Ao professor e orientador Jorge Luiz do Nascimento, por ter me apoiado desde
meu retorno ao Brasil, sempre disposto a ajudar. Obrigada pela confiança que depositou
em mim nesse projeto e pelo trabalho de excelência que realiza com seus orientandos.
À equipe do Departamento de Engenharia Elétrica, pelos ensinamentos diários.
Agradeço em especial à querida Katia Tripolli, por todo o apoio durante esses anos de
graduação, e à Luciana Nesci, por toda a atenção e dedicação para com os alunos.
Obrigada por terem feito da secretaria o coração do nosso Departamento.
A todos os amigos da faculdade e da vida, que me acompanharam nesses anos e
estiveram juntos nos bons e maus momentos.
A todas as instituições, acadêmicas e privadas, com as quais estive em contato ao
longo do trabalho e que contribuíram com o envio de informações.
A todos que passaram por minha vida e me inspiraram.
v
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte
dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.
ENERGIA SOLAR NA VITIVINICULTURA
A necessidade de buscar-se alternativas sustentáveis para a geração de energia
tem impulsionado fortemente a pesquisa e o desenvolvimento de fontes renováveis.
Vários setores da economia já investem nesse tipo de tecnologia, não só pela ótica
ambiental, mas também do ponto de vista financeiro, de qualidade do produto final e de
imagem da marca.
No setor dos vinhos, as chamadas vinícolas solares são aquelas que usam energia
solar térmica e/ou fotovoltaica de forma a atender uma parte considerável de suas
necessidades energéticas. Dado que os processos envolvidos no cultivo da uva e na
produção de vinhos apresentam alta demanda energética e são tradicionalmente
realizados em locais de forte incidência solar, torna-se muito vantajosa a aplicação de
energia solar fotovoltaica em vinhedos.
No presente trabalho são apresentadas razões para o uso de fontes renováveis na
vitivinicultura, com foco nos sistemas de geração solar. São feitas considerações sobre o
desenvolvimento atual da tecnologia aplicada a vinícolas, e são dados exemplos
pontuais de casos reais no mundo. O trabalho é concluído por um estudo de caso, que
mostra a viabilidade financeira do investimento em energia solar fotovoltaica para
vinícolas.
Palavras-chave: Energia solar na viticultura, Vinícola solar, Energia fotovoltaica em
vinhedos.
vi
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Engineer.
SOLAR ENERGY IN VITIVINICULTURE
The need to search for sustainable alternatives for energy generation has strongly
driven research and development of renewable resources. Many sectors already invest
on this type of technology, not only from the environmental point of view, but also from
a financial standpoint as well as regarding the quality of the final product and brand
image.
In the wine sector, the so-called solar wineries are those that use solar thermal
and / or photovoltaic energy to meet a considerable amount of their energy needs. Given
that the processes involved in grape cultivation and wine production have high energy
demand and are traditionally performed in places with strong solar incidence, it is very
advantageous to apply photovoltaic solar energy in vineyards.
This work aims to present reasons for the use of renewable sources in viticulture,
focusing on solar generation systems. Considerations on the current development of
technology applied to wineries are made, and examples of actual cases in the world are
given. The work is completed by a case study, which shows the financial viability of
investing in photovoltaic solar energy for wineries.
Keywords: Solar energy on vitiviniculture, Solar winery, Photovoltaic energy on
vineyards.
vi
A mente depois de iluminada não pode voltar a ser escura.
- Thomas Paine.
vi
SIGLAS
Aneel - Agência Nacional de Energia Elétrica
CSIC - Conselho Superior de Investigações Científicas do Estado espanhol
GEE - Gases de Efeito Estufa
ICMS - Imposto sobre Circulação de Mercadorias e Serviços
IDEAL - Instituto para o Desenvolvimento de Energias Alternativas na América Latina
iHOGA - improved Hybrid Optimization by Genetic Algorithms
PV – Fotovoltaico (do inglês photovoltaic)
SCEE - Sistema de Compensação de Energia Elétrica
TIR – Taxa Interna de Retorno
TMA - Taxa Mínima de Atratividade
ix
Sumário
1 Introdução.................................................................................................................. 1 1.1 Objetivos ............................................................................................................ 2 1.2 Motivação .......................................................................................................... 2 1.3 Metodologia ....................................................................................................... 3 1.4 Organização do trabalho .................................................................................... 3
2 Interesse e incentivos para o uso de Fontes Renováveis em vinícolas ..................... 5 2.1 Variação dos preços de energia e de combustíveis fósseis ................................ 5 2.2 Localização geográfica ...................................................................................... 6 2.3 Incentivos governamentais ................................................................................ 6 2.4 Tendências de mercado e incentivos da mídia ................................................... 6 2.5 Mudanças climáticas .......................................................................................... 7
3 Gastos energéticos do processo de vitivinicultura .................................................... 8 3.1 Etapas da vitivinicultura .................................................................................... 8 3.2 Processos energéticos ........................................................................................ 9
4 Aplicação de Fontes renováveis em vinícolas......................................................... 15 4.1 Energia Eólica - avaliação da possibilidade de uso ......................................... 15 4.2 Energia solar .................................................................................................... 16 4.3 Substituição e integração ................................................................................. 20
5 Implementações em curso ....................................................................................... 23 5.1 Califórnia ......................................................................................................... 23 5.2 Brasil – Caso da Vinícola Guatambu ............................................................... 26 5.3 Espanha - Projeto Life Rewind ......................................................................... 28
6 Estudo de caso ......................................................................................................... 29 6.1 Propostas de projeto ......................................................................................... 29 6.2 Avaliação das propostas e escolha da solução ................................................. 30 6.3 Escolha ............................................................................................................. 36 6.4 Discussão sobre o estudo ................................................................................. 37
7 Conclusão ................................................................................................................ 38 8 Bibliografia.............................................................................................................. 39
x
Lista de Figuras
Figura 1: Cinco razões para ter-se vinícolas solares. Fonte: [1] (adaptada).
Figura 2: etapas principais da produção de vinho. Fonte: https://escholarship.org/
(adaptada).
Figura 3: Cadeia logística básica para viticultura. Fonte: M. Smyth, J. Russell, T.
Milanowski, “Solar Energy in the Winemaking Industry” (adaptada), Springer-Verlag
London Limited, 2011.
Figura 4: Cadeia logística básica para vinicultura. . Fonte: M. Smyth, J. Russell, T.
Milanowski, “Solar Energy in the Winemaking Industry” (adaptada), Springer-Verlag
London Limited, 2011.
Figura 5: Consumo energético anual versus produção de vinho de vinícolas da
Califórnia. Fonte: [1] (adaptada).
Figura 6: Consumo energético de 17 vinícolas inglesas com relação à produção de
vinhos. Fonte: SMYTH, M., NESBITT, A., “Energy and English wine production: A
review of energy use and benchmarking” (adaptada), 2014 .
Figura 7: Distribuição média do uso de energia em vinícolas por segmento. Gráfico
elaborado com base nos dados de estudo de fevereiro de 2014 [15].
Figura 8: Divisão percentual do consumo de eletricidade típico das operações de
vinicultura de uma vinícola de porte médio. Gráfico elaborado com base nos dados de
estudo de fevereiro de 2014 [15].
Figura 9: Extensão da rede elétrica, geração a diesel e maquinário agrícola a diesel.
Fonte: CARROQUINO, Javier et al, “Introducing renewable energy in vineyards and
agricultural machinery”, Wine Studies, 2017.
Figura 10: Classificação dos usos da energia solar evidenciando a divisão por técnica
ativa ou passiva. Fonte: [5] (adaptada).
Figura 11: Processo simplificado de resfriamento por energia térmica solar. Fonte:
UNEP GLOBAL SOLAR WATER HEATING PROJECT, “Solar Thermal Cooling”
(adaptada).
Figura 12: Configuração básica de um sistema fotovoltaico (Cepel 2008 [2]).
Figura 13: Recomendação de metodologia para início de operação de um sistema
energético.
Figura 14: Distribuição das 293 vinícolas solares ativas no mundo. Fonte: [1].
xi
Figura 15: Vinícola Fetzer, Redwood Valley – California. Fonte:
https://www.multivu.com/players/English/8206351-fetzer-vineyards-road-to-
regeneration-sustainability-report/ (Acesso em 15/08/2019).
Figura 16: Vista aérea parcial da Vinícola Guatambu e suas instalações solares. Fonte:
guatambuvinhos.com.br (acesso em 13/06/2019; imagem adaptada).
Figura 17: Acompanhamento por meio de sistema conectado dos indicadores de energia
da vinícola. Fonte: guatambuvinhos.com.br (acesso em 13/06/2019).
Figura 18: Proposta de solução da empresa Neosolar (geração de energia),
dimensionada para 35,64 kWP.
Figura 19: Proposta de solução da empresa Neosolar (equipamentos e condições
comerciais).
Figura 20: Proposta de solução da empresa Incentive Solar (equipamentos e geração de
energia), dimensionada para 38,76 kWP..
Figura 21: Proposta de solução da empresa Incentive Solar (condições comerciais).
Figura 22: Evolução do valor acumulado ano a ano por 6 anos e retorno do investimento
inicial.
xi
Lista de Tabelas
Tabela 1: valores de referência de estudo realizado em fevereiro de 2014 para
diferentes características energéticas de uma vinícola de porte médio. Fonte:
[15].
Tabela 2: Definição das classes de energia. Fonte: FEITOSA, E. A. N. et al.
Panorama do Potencial Eólico no Brasil. Brasília: Dupligráfica, 2003 (adaptada).
Tabela 3: Princípios de design das instalações da vinícola sustentável da UC
Davis. Fonte: [1].
Tabela 4: Dados enviados às empresas especialistas em Energia Solar
Fotovoltaica para solicitação de orçamento.
Tabela 5: Cálculo comparativo relacionados à economia mensal no consumo
energético oriundo da rede.
Tabela 6: Comparativo da economia ano a ano.
Tabela 7: Comparativo de valor acumulado e retorno.
Tabela 8: Projeção da Taxa Interna de Retorno do investimento.
1
1 Introdução
O setor de vinho engloba diversos subsetores ligados à colheita, produção,
armazenamento, embalagem, transporte, comercialização, entre outros. O consumo
elétrico associado é grande [1], e, em termos de vitivinicultura (ou seja, do processo de
cultivo da uva e produção de vinhos), muito concentrado nas próprias vinícolas.
Tradicionalmente, a vitivinicultura está bem consolidada em países europeus
especializados na produção de vinhos ao longo da história, responsáveis pelo
desenvolvimento das próprias técnicas de produção e com vinhedos com séculos de
existência. É o chamado “Velho Mundo” dos vinhos, que traz a tradição e a confiança
de um produto de qualidade.
No entanto, atualmente verifica-se uma tendência de crescimento da produção
de vinhos no “Novo Mundo” (Estados Unidos, Austrália, Nova Zelândia, Argentina,
Chile, África do Sul, Brasil...). Tais produtores buscam se diferenciar e se destacar no
mercado de forma criativa, inovadora e eficiente com relação a custos energéticos.
Trata-se de um perfil de produtor que investe no futuro desse mercado aquecido e que
busca estar sempre atualizado para manter-se competitivo.
Uma nova frente que se torna cada vez mais popular no Novo Mundo é a busca
por vinhos mais naturais e “eco-friendly”: cuja produção e conservação incluam mínima
intervenção de produtos químicos e que não afetem a biodiversidade do local. Nesse
contexto, muitas vinícolas buscam formas de consumo energético sustentável, que
atendam às necessidades energéticas existentes sem prejudicar a capacidade de geração
para demandas no futuro. Dessa forma, se tornam potenciais investidores em fontes de
energia renováveis, e consequentemente mais competitivas frente às vinícolas
europeias. Essas últimas, ao perderem mercado, percebem a importância de práticas
sustentáveis e começam também a se interessar por fontes renováveis de energia.
Outro fator que faz com que este setor possua um grande potencial para a
implantação de fontes de energia renováveis é a preocupação com as recentes mudanças
climáticas. Essas afetam diretamente a colheita, e é, portanto, natural a preocupação do
setor bem como de seus consumidores por um mínimo de impacto ambiental, já que as
atividades agrárias em geral são responsáveis por uma enorme parcela do consumo de
energia mundial [18].
2
1.1 Objetivos
O presente trabalho tem por objetivo principal informar e discutir sobre soluções
para o uso de energia solar na vitivinicultura. Deseja-se analisar práticas já estabelecidas
ou em desenvolvimento na área, bem como os interesses e incentivos associados à
implementação de soluções solares financeiramente viáveis que supram de forma
parcial ou total as demandas energéticas das vinícolas.
1.2 Motivação
A vitivinicultura compreende a união de duas ciências e práticas produtivas
diferentes: a viticultura e a vinicultura, que se complementam no processo de produção
do vinho. A viticultura está relacionada ao cultivo da uva para consumo in natura (ou
seja, em seu estado natural) ou para a produção de suco, vinho ou uva passa. Essa
prática engloba todos os processos de monitoramento e controle de pragas e doenças,
adubação, irrigação, monitoramento do desenvolvimento e características dos frutos,
poda da videira e colheita. Já a vinicultura está relacionada às etapas de transformação
da uva para a produção do vinho. Para obter o produto final, é necessário passar pelas
etapas de desengace (separo das uvas do cacho) e esmagamento, prensagem,
fermentação, trasfega, clarificação e estabilização, armazenamento para
amadurecimento, engarrafamento e comercialização.
Todos esses processos da vitivinicultura, desde o cultivo das uvas até a produção de
vinho requerem um gasto energético elevado em locais isolados dos grandes centros de
distribuição de energia elétrica. Trata-se também de um mercado aquecido, cujo cultivo
encontra-se em crescimento tanto nas áreas já consolidadas e tradicionais de produção
(o “Velho Mundo” europeu), como no “Novo Mundo” dos vinhos (Estados Unidos,
Austrália, Nova Zelândia, Argentina, Chile, África do Sul, Brasil...).
Atualmente, a energia solar é a fonte de energia renovável mais utilizada e
pesquisada para vinhedos, locais onde a incidência do sol é alta, condição necessária
para o cultivo das uvas usadas na produção de vinho. Existem fortes incentivos sociais,
governamentais, institucionais e midiáticos para sua utilização, e a tecnologia
empregada vem sendo fortemente aprimorada nos últimos anos.
3
Nesse contexto, as chamadas vinícolas solares são aquelas que usam energia solar
térmica e/ou fotovoltaica de forma a atender uma parte considerável de suas
necessidades energéticas. Como será analisado ao longo do presente trabalho, a escolha
por energia solar apresenta nítidas vantagens em eficiência, custo-benefício, praticidade
de instalação e manutenção para as vinícolas, além de estar alinhada com as demandas
globais em termos de energia limpa e sustentável.
1.3 Metodologia
A pesquisa realizada sobre a possibilidade de aplicação de fontes renováveis de
energia em vinhedos visa apresentar um levantamento dos fatores e variáveis
envolvidos no problema a ser resolvido, bem como casos de sucesso e tecnologias
disponíveis e consolidadas para implantação.
A fim de entender o problema de forma técnica e global, dados quantitativos de
gastos energéticos e eficiência são apresentados, bem como informações empíricas de
casos reais, a partir de estudos disponíveis no domínio público e de contato direto com
as instituições envolvidas. A partir de tais dados, um estudo de caso é elaborado para
ilustrar a possibilidade de substituição e integração de um sistema renovável a partir de
fonte solar em uma vinícola.
1.4 Organização do trabalho
No capítulo 2, os principais interesses e incentivos para o uso de fontes renováveis
em vinícolas são apresentados, citando-se não apenas interesses ambientais e
geográficos, mas também interesses financeiros, de qualidade de produção e de
posicionamento de marca de acordo com a utilização de tecnologia sustentável.
No capítulo 3, os gastos energéticos do processo de vitivinicultura são estudados e
detalhados por etapas. Também são apresentados valores de referência de mercado do
consumo energético de acordo com a ordem de grandeza da produção da vinícola.
No capítulo 4, aplicações de fontes renováveis em vinícolas são expostas, de forma
a demonstrar a viabilidade da tecnologia integrada à vitivinicultura. O foco é em energia
4
solar, pois se trata da melhor opção para implementação em vinícolas, devido a fatores
diversos que serão mencionados ao longo das considerações do presente trabalho.
Três implementações em curso são detalhadas no capítulo 5, ilustrando casos reais
de vinícolas solares do Brasil, da América do Norte e Europa, e destacando também a
distribuição global da totalidade dessas vinícolas.
Um estudo de caso é realizado ao final, com base na metodologia recomendada no
capítulo 4 para substituição e integração de um sistema de geração solar, descrevendo as
etapas realizadas e comparando opções que atendam a parte da demanda energética total
da vinícola.
O capítulo 7 traz as discussões levantadas pelo trabalho e conclui o estudo,
explicitando também a importância da continuidade da pesquisa e desenvolvimento no
domínio em prol da viabilidade e do crescimento do interesse por novas instalações
solares em vinícolas.
5
2 Interesse e incentivos para o uso de Fontes Renováveis em vinícolas
Existem muitas razões para investir-se em fontes renováveis em vinícolas. A Figura
1 mostra cinco principais motivações levantadas para o investimento em vinícolas
solares. No geral, destacam-se as associadas a custo-benefício, sustentabilidade e
imagem de marca, e os temas principais associados serão discutidos nesse capítulo.
Figura 1: Cinco razões para ter-se vinícolas solares. Fonte: [1] (adaptada).
2.1 Variação dos preços de energia e de combustíveis fósseis
A oscilação dos preços de energia e a instabilidade dos preços de combustíveis
fósseis devida ao monopólio de alguns países sobre sua extração faz com que as fontes
renováveis se tornem opções cada mais competitivas no mercado. Dado que a demanda
energética em vinícolas é muito alta, é ideal que o produtor não se torne refém de
oscilações de preço, nem da natural diminuição da oferta de combustíveis fósseis, afim
de que tenha uma segurança energética e financeira saudável para o seu negócio.
6
2.2 Localização geográfica
Como as áreas de vinícolas são tipicamente afastadas dos grandes centros de
distribuição de energia, faz sentido ter-se sistemas de geração locais, que diminuam ou
eliminem a dependência energética com relação à rede.
2.3 Incentivos governamentais
Uma grande vantagem do uso de energia renovável é a possibilidade de reinjeção
da energia na rede. No Brasil por exemplo, a Resolução Normativa 482 da Agência
Nacional de Energia Elétrica (Aneel) é a responsável por estabelecer as condições gerais
para o acesso de microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição de
energia elétrica, bem como o Sistema de Compensação de Energia Elétrica (SCEE).
Dessa forma, consumidores que instalam placas solares em seus telhados ou
terrenos (ou usam outra tecnologia de geração própria) podem entregar a energia
excedente ao sistema elétrico pelas redes das distribuidoras. Nos momentos de ausência
ou redução de incidência solar, podem receber energia das outras fontes de geração do
sistema, por meio das mesmas redes elétricas. O SCEE faz o balanço mensal entre
energia consumida e injetada para avaliar se o consumidor deverá pagar pela diferença
(ao consumir mais que injetar), ou ficar com o crédito financeiro junto à concessionária
de distribuição (ao injetar mais que consumir) [10].
Desde 07 de agosto de 2019, vigora também uma nova norma que estabelece
isenção do ICMS (Imposto sobre Circulação de Mercadorias e Serviços) sobre a energia
fotovoltaica para instalações de até 1MW de potência [11], reduzindo ainda mais o
custo dessa solução.
2.4 Tendências de mercado e incentivos da mídia
As preferências e demandas do consumidor por produtos sustentáveis é uma
tendência global já consolidada há alguns anos e especialmente em voga em 2019. As
principais revistas do mundo do vinho que classificaram as recentes tendências do
7
mercado incluem a adoção de energias renováveis em vinícolas, como por exemplo a
revista inglesa Foodbev [12] e a norte-americana Wine Spectator [20]. Instituições
responsáveis pela organização de eventos e competições também dão destaque à
tendência, como foi o caso do Concours Mondial de Bruxelles, que descreve um dos
seus principais objetivos como sendo observar, reconhecer e informar sobre as atuais
tendências da indústria vinícola e compará-las com seus dados [13].
Dessa forma, investir em energias renováveis se torna uma variável de
competitividade de marca para os produtores de vinhos, que podem posicionar a marca
como sustentável. Além disso, o produtor passa a alcançar um novo nicho do mercado
enoturístico, especializado em rotas “eco-friendly”. Em todo o mundo, estima-se que 50
milhões de viagens internacionais foram feitas para o enoturismo em 2016, gastando
aproximadamente $ 24.3 bilhões [14].
2.5 Mudanças climáticas
As recentes mudanças climáticas já prejudicam a produção de vinho global e fazem
com que antigas áreas de uvas viníferas não sejam mais adequadas ao cultivo. Dessa
forma, há uma preocupação comum do setor com agravamento da situação, que muitas
vezes pela filosofia da empresa ou por um posicionamento para com os consumidores,
busca alternativas para diminuir suas contribuições diretas ou indiretas de lançamento
de gases de efeito estufa (GEE).
Com essa mentalidade, uma das primeiras escolhas é a diminuição ou eliminação
do consumo de energia oriunda da queima de combustíveis fósseis. Buscar portanto
sistemas solares para produção de energia se torna uma escolha alinhada com os
esforços para a redução da emissão dos GEE afim de frear a evolução do aquecimento
global.
8
3 Gastos energéticos do processo de vitivinicultura
3.1 Etapas da vitivinicultura
O processo de produção de vinho é composto por algumas etapas fundamentais,
mostradas na Figura 2. É importante entendê-las para analisar-se os gastos energéticos
do processo total.
Figura 2: etapas principais da produção de vinho. Fonte: https://www.semanticscholar.org/ (adaptada).
Primeiramente, há a colheita das uvas, realizada em diferentes épocas de acordo
com a variedade da uva, o estágio de maturação e as condições climatológicas. Em
9
seguida, o processo que inicia a vinificação é composto pelo desengace e esmagamento.
As uvas são colocadas em uma máquina que remove os cachos do grão e rompe as
cascas das uvas.
No caso dos vinhos brancos, ocorre então uma prensagem inicial, para separar as
cascas e sementes do suco. A fermentação é a etapa seguinte, na qual o açúcar das uvas
se transforma em álcool e dióxido de carbono. É necessário que seja realizada a uma
temperatura adequada de acordo com o tipo de vinho a ser produzido. Para vinhos
tintos, a prensagem é realizada no final da fermentação, tendo em vista que as cascas
são fundamentais para a caracterização desse tipo de vinho.
O processo de clarificação e estabilização é responsável por remover
componentes que podem deixá-lo turvo, além de evitar a formação de cristais ou a
ocorrência de novas fermentações no vinho. Depois dessa etapa, o vinho está pronto
para o amadurecimento, realizado em tanques de aço ou barris de carvalho. A última
etapa é o engarrafamento, com a obtenção do produto final a ser comercializado.
3.2 Processos energéticos 3.2.1 Valores de referência
Um dos métodos mais eficazes para entender os processos energéticos da
vitivinicultura é mapear sua cadeia logística (supply chain), de modo que todas as
entradas relacionadas a energia e combustível sejam contabilizadas. Podemos dividir em
duas categorias de atividades, a da viticultura (Figura 3) e a da vinicultura (Figura 4).
10
Figura 3: Cadeia logística básica para viticultura. Fonte: M. Smyth, J. Russell, T. Milanowski, “Solar
Energy in the Winemaking Industry” (adaptada), Springer-Verlag London Limited, 2011.
Figura 4: Cadeia logística básica para vinicultura. Fonte: M. Smyth, J. Russell, T. Milanowski, “Solar
Energy in the Winemaking Industry” (adaptada), Springer-Verlag London Limited, 2011.
Devido à dependência entre as variáveis das cadeias, avaliar com precisão a
energia total necessária nesses processos é uma tarefa difícil, pois o modo de execução
dos processos varia muito de acordo com cada vinícola. Além disso, alguns parâmetros
como transporte (valor que depende muito da localização e isolamento geográfico da
vinícola) são altamente variáveis em termos de demanda energética. Portanto, é mais
11
simples e realista entender o perfil energético de cada vinícola e determinar seus gastos
de forma individual, sem tentar obter um modelo preditivo global.
Ainda assim, valores médios e estimativas percentuais podem ser avaliados com
relação a vinícolas de regiões e/ou tamanho similares. Considerando uma vinícola típica
de porte médio na Europa, com uma produção de 30.000 hectolitros (hl; igual a 100 l)
de vinho/ano, temos os seguintes valores como referência (benchmark) de mercado:
Aspecto Valor médio de referência
Consumo médio de energia elétrica 330.000 kWh/ano
Consumo de energia elétrica / produção 11 kWh / hl vinho
Consumo de energia térmica / produção 1 kWh / hl vinho
Potência instalada (para equipamentos elétricos) 800 kW
Potência instalada (para equipamentos térmicos) 20 kW para caldeiras, 50 kW
para veículos
Custo da energia elétrica para a indústria 0,12 €/kWh
Custo da energia térmica para a indústria 0,07 €/kWh
Valor de 1 € em 14/Fev/2014 [19] R$ 3,25
Custo da energia elétrica para a indústria (conversão) 0,39 R$/kWh
Custo da energia térmica para a indústria (conversão) 0,23 R$/kWh
Sazonalidade do consumo de energia elétrica Agosto a Setembro, Outubro a
Novembro
Sazonalidade do consumo de energia térmica
Outubro a Fevereiro (nas
indústrias com consumo de
combustível para aquecimento) Tabela 1: valores de referência de estudo realizado em fevereiro de 2014 para diferentes características
energéticas de uma vinícola de porte médio. Fonte: [15].
Apesar do consumo médio de eletricidade da vinícola típica ser de
aproximadamente 11 kWh, esse valor pode variar entre 3 kWh e 25 kWh. Além disso,
quanto maior a meta de qualidade do produto final, maior o gasto energético para sua
produção [15].
Com relação à variação do consumo elétrico de acordo com o tamanho do
empreendimento, quanto maior a capacidade produtiva, menor o consumo elétrico por
12
hectolitro: em média, grandes vinícolas (produção maior que 50.000 hl/ano) gastam 4
kWh/hl, enquanto vinícolas pequenas (produção menor que 25.000 hl/ano) gastam 16
kWh/hl.
No gráfico da Figura 5, pode ser vista a relação de gasto anual de eletricidade
em relação à quantidade de vinho produzida em vinícolas da Califórnia. O gráfico é
baseado em um estudo empírico das vinícolas, onde os pontos marcados representam os
valores reais de produção e consumo das vinícolas analisadas e, a partir de software de
programação, obteve-se a curva referente ao melhor ajuste aos pontos.
A relação de consumo e produção indica, por exemplo, que um consumo
energético de 330.000 kWh/ano representaria uma produção aproximada de 2.500
hectolitros de vinho, e não 30.000 hectolitros como verificado em vinícolas europeias.
Ou seja, nesse caso, para um mesmo consumo energético, produz-se nas vinícolas
europeias uma quantidade de vinho 12 vezes maior que a produção das vinícolas
californianas.
Figura 5: Consumo energético anual versus produção de vinho de vinícolas da Califórnia. Fonte: [1]
(adaptada).
Outro estudo, conduzido na Inglaterra e indicado pela Figura 6, mostra o
consumo energético de 17 vinícolas diferentes de acordo com a quantidade de garrafas
produzidas, considerando-se uma garrafa igual a 0.75l. Ilustra-se portanto a variação da
eficiência energética de vinícola a vinícola.
13
Figura 6: Consumo energético de 17 vinícolas inglesas com relação à produção de vinhos. Fonte:
SMYTH, M., NESBITT, A., “Energy and English wine production: A review of energy use and
benchmarking” (adaptada), 2014 .
3.2.2 Distribuição do consumo energético
O principal segmento energético utilizado nas vinícolas é a eletricidade, englobando
de 70 a 80% dos gastos energéticos totais. Os combustíveis gasosos (como gás natural)
contemplam entre 15% e 25% dos gastos, e combustíveis líquidos constituem o restante.
Figura 7: Distribuição média do uso de energia em vinícolas por segmento. Gráfico elaborado com base
nos dados de estudo de fevereiro de 2014 [15].
14
Do gasto energético total da atividade de vitivinicultura, em média 85% da
energia é destinada às atividades de vinificação (elaboração do vinho – produto final), o
que equivale a uma média de 280.500 kWh/hl. Os outros 15% são para as atividades
viticultura (cultivo da uva) para vinícolas que possuam vinhedos em sua própria
localidade, como bombeamento da água e iluminação temporária nas épocas de
colheita.
Ainda considerando-se os valores estimados de uma vinícola europeia de porte
médio, a divisão de consumo de eletricidade nas etapas da vinicultural se apresenta
como mostrado na figura 8, com a maior parte da demanda para a etapa de fermentação.
Figura 8: Divisão percentual do consumo de eletricidade típico das operações de vinicultura de uma
vinícola de porte médio. Gráfico elaborado com base nos dados de estudo de fevereiro de 2014 [15].
Para gastos de combustível, metade é destinada para as etapas de
engarrafamento, armazenamento e distribuição, na operação de empilhadeiras a díesel,
nos veículos de transporte interno, na obtenção de água quente para lavar garrafas e
tonéis e na pasteurização do vinho. A outra metade é empregada em atividades
auxiliares, como aquecimento geral.
15
4 Aplicação de Fontes renováveis em vinícolas
Nas atividades de vitivinicultura, a energia utilizada é obtida principalmente de três
formas: extensões da rede elétrica, grupos geradores a diesel e diesel para máquinas
agrícolas e mobilidade, como mostrado na Figura 9.
Figura 9: Extensão da rede elétrica, geração a diesel e maquinário agrícola a diesel. Fonte:
CARROQUINO, Javier et al, “Introducing renewable energy in vineyards and agricultural machinery”,
Wine Studies, 2017.
Como estudado no Capítulo 2, todas os três resultam em impactos ambientais
significativos, e o uso de energia renovável produzida no local teria grandes vantagens
ambientais. Além disso, impactos socioeconômicos positivos podem ser obtidos nas
áreas envolvidas, com um planejamento cuidadoso do sistema a ser implementado.
4.1 Energia Eólica - avaliação da possibilidade de uso
A energia cinética contida nas massas de ar em movimento (energia eólica) é uma
opção de fonte renovável de energia para emprego tanto em sistemas isolados como
para conexão com a rede elétrica.
A instalação de turbinas eólicas para geração de energia seria uma opção a ser
considerada como solução energética eficiente e sustentável para vinícolas. No entanto,
no geral, o potencial eólico disponível é limitado, dado que evita-se a escolha de áreas
para viticultura que possuam forte incidência dos ventos, já que ventos fortes e
contínuos podem danificar as videiras e impedir seu crescimento, além de muitas vezes
resfriarem as plantas além da temperatura ideal para seu desenvolvimento saudável.
16
vinhedo é afetado a partir de ventos paralelos às linhas de videiras de mais de 1m/s, e de
2m/s entre as linhas [4].
Portanto, considerando-se esses limites máximos de velocidade do vento para
manter-se a saúde das videiras, as melhores localidades para vinhedos estariam na
Classe de Energia 1, como mostrado na Tabela 2. Tal classe representa regiões de baixo
potencial eólico, de pouco ou nenhum interesse para o aproveitamento da energia eólica
[3].
Tabela 2: Definição das classes de energia. Fonte: FEITOSA, E. A. N. et al. Panorama do Potencial
Eólico no Brasil. Brasília: Dupligráfica, 2003 (adaptada).
Assim, podemos concluir que a Energia Eólica não é uma solução renovável viável
para vinhedos por não estar adequada às condições de crescimento e desenvolvimento
das videiras.
4.2 Energia solar
A energia solar é uma forma de energia renovável que consiste em aproveitar a
luz e o calor do Sol, ativa ou passivamente dependendo de como elas capturam e
distribuem a energia solar.
Como fica evidenciado pela classificação das principais tecnologias solares
apresentada na Figura 10, técnicas solares ativas incluem o uso de sistemas
fotovoltaicos, energia solar concentrada e aquecimento solar de água para aproveitar a
energia.
Já as técnicas solares passivas permitem o aproveitamento da energia solar de
forma direta, sem a necessidade de processá-la. Incluem por exemplo a orientação de
um edifício para o Sol, a seleção de materiais com propriedades térmicas ou de
dispersão de luz favoráveis e a criação de espaços que circulam naturalmente o ar,
17
práticas que compõe um conjunto de soluções arquiteturais denominado Arquitetura
Solar.
Figura 10: Classificação dos usos da energia solar evidenciando a divisão por técnica ativa ou passiva.
Fonte: [5] (adaptada).
4.2.1 Energia Solar Térmica
O aquecimento por energia solar térmica utiliza um sistema composto por
coletores solares para captura da energia. Tais coletores são painéis solares térmicos que
têm a função de transferir o calor da radiação solar para a água ou óleo que passa por
dentro deles para que seja utilizado como fonte de calor. É uma das formas mais
efetivas em termos de diminuição de custos em vinícolas, dado que a incidência solar
anual em vinícolas é alta.
Os sistemas de energia solar térmica permitem também a realização de
resfriamento. Esse processo é possível recuperando-se calor de um fluido ou gás e
transferindo-o para o meio ambiente, o que geralmente é chamado de rejeição de calor.
Esta transferência pode ser feita mecânica ou quimicamente. Uma das tecnologias
usadas para resfriamento são resfriadores (chillers) termicamente acionados, que usam
energia térmica para resfriar gases ou fluidos. Esta energia térmica pode ser fornecida
por diferentes tecnologias, incluindo a energia solar térmica. A Figura 11 demonstra um
sistema de energia térmica, onde a o calor solar aquece um gás ou líquido presente no
objeto cilíndrico, que passa a um tanque contendo o sistema de rejeição de calor. Em
seguida, pode-se gerar tanto água quanto ar gelados para fornecimento à residência.
18
Esse projeto pode ser adaptado para uma maior escala por exemplo, podendo atender às
necessidades de uma vinícola.
Figura 11: Processo simplificado de resfriamento por energia térmica solar. Fonte: UNEP GLOBAL
SOLAR WATER HEATING PROJECT, “Solar Thermal Cooling” (adaptada).
Existe ainda os sistemas de energia solar concentrada ou termossolares, que
produzem inicialmente calor, através de um sistema de espelhos (ou concentradores)
que concentram a radiação solar, e posteriormente transformam este calor em
eletricidade. Se trata de um tipo de energia solar térmica com propósito final de gerar
energia elétrica. Este é o tipo menos difundido de energia solar devido ao alto custo e
complexidade tecnológica.
Um sistema típico de refrigeração solar também inclui o aquecimento de
ambientes e de água, além da função de resfriamento. Dado que a maioria das vinícolas
possui uma demanda continua em por sistemas de aquecimento e resfriamento, a
energia solar térmica pode vir a ser uma solução completa para determinadas operações.
4.2.2 Energia Fotovoltaica
Graças à demanda crescente por fontes renováveis de energia, o
desenvolvimento e a produção de células fotovoltaicas (PV, de photovoltaic) foram
enormemente beneficiados. Atualmente, há muitos tipos de células fotovoltaicas
19
disponíveis no mercado, que podem ser classificadas de acordo com os materiais ou
processos de fabricação usados em sua manufatura.
A maioria dos sistemas fotovoltaicos é composta por mais de um módulo
fotovoltaico para alimentação elétrica e operação. Os principais componentes de um
sistema solar fotovoltaico completo são:
• O(s) módulo(s) fotovoltaico(s) e a estrutura de suporte;
• O sistema de armazenamento de energia;
• Os sistemas de regulação de energia e controle, incluindo o monitoramento;
• Sistemas auxiliares de energia.
Um modelo de sistema fotovoltaico padrão é ilustrado na Figura 12. Possui
tipicamente uma unidade de controle de potência, conectada a um sistema de
armazenamento de energia, e com a entrega de energia para o usuário. Trata-se de um
tipo de sistema que também pode ser aumentado para utilização em maior escala em
vinícolas, por exemplo.
Figura 12: Configuração básica de um sistema fotovoltaico (Cepel 2008 [2]).
O sistema básico de energia fotovoltaica pode ser classificado de acordo com
como está conectado a outras fontes de energia e cargas elétricas (autônomo, rede
conectada ou híbrido), seus requisitos funcionais e operacionais (requisito de carga) e
suas configurações de componentes (balanço do sistema).
20
4.2.3 Exemplo de utilização da Energia Solar em vinícola
Na Vinícola Alois Lageder, em Bolzano - Itália, conta desde 1996 com parte de
suas construções e arquitetura projetados para eficiência energética, uso de materiais
naturais e energia renovável.
Utilizando um sistema de dois estágios, com o primeiro contando com 160 módulos
de painéis PV de 110W, produzindo aproximadamente 15.000 kWh/ano. O segundo
estágio, instalado sobre a mesma estrutura do primeiro, possui 156 módulos PV que
produzem 23.000 kWh/ano. A produção total, de 38.000 kWh/ano, supre
aproximadamente 14,2% do consumo energético total.
Além das instalações solares fotovoltaicas, a vinícola também utiliza a energia
solar térmica, tanto passiva quanto ativamente. De forma passiva, um átrio foi projetado
na construção e é responsável por permitir um ganho solar para as áreas de escritório e
administração, aumentando a fração de luz solar incidente diariamente e desenvolvendo
uma ventilação natural durante os meses de verão.
Na mesma estrutura em que estão posicionados os módulos PV, 14 coletores
térmicos estão presentes e conectados a tanques que fornecem água quente à vinícola.
Se necessário, o calor pode ser também redirecionado para aquecer os circuitos de
aquecimento das áreas de escritório.
4.3 Substituição e integração
A substituição de sistemas energéticos tradicionais por fontes renováveis e sua
integração aos processos de vinícolas devem ser realizadas a partir de planejamento
individual e coleta de dados de cada local. Dessa forma, pode-se obter propostas viáveis
e realistas de modelos híbridos (uma parte de método “tradicional”, uma parte de fontes
renováveis) para projetos com menor prazo, adaptáveis, com bom custo-benefício, ou
até mesmo de um modelo puramente renovável, caso a proposta do produtor seja um
investimento na tecnologia renovável exclusivamente. O passo-a-passo proposto pela
Figura 13 é baseado em toda a pesquisa realizada nesse estudo e será detalhado na
continuação.
21
Figura 13: Recomendação de metodologia para início de operação de um sistema energético.
O primeiro passo para a revisão ou instalação do sistema energético é o
planejamento a partir de dados como consumo energético, demanda anual, produção
prevista e valor disponível para investimento. A partir de tais dados, softwares de
planejamento como o iHOGA (“improved Hybrid Optimization by Genetic Algorithms”
[6]), utilizado para dimensionamento de opções de sistemas de geração renovável que
minimizem os custos, podem ser empregados, e um levantamento de custo é solicitado
com uma gama de fornecedores.
Em seguida, passa-se à implementação e operação na vinícola, primeiramente a
partir de um teste-piloto. Assim, pode-se realizar uma verificação inicial da
performance do projeto em menor escala para depois expandi-lo, de acordo com os
dados e indicadores de performance que serão coletados e analisados. Tais dados devem
idealmente estar disponíveis de forma contínua, a fim de que se efetue uma verificação
rotineira que garanta o bom funcionamento do sistema a todo momento.
Após a verificação global do sistema, planeja-se as medidas a serem tomadas, ou
seja, as próximas ações dado a performance verificada, como um sistema de controle
em “malha fechada”. Assim, decide-se as necessidades de manutenção e adaptação do
sistema, e o ciclo recomeça com nova etapa de planejamento para implementação e
operação do sistema.
22
As revisões tornam-se mais esparsas à medida que o sistema vai se consolidando e
menos ajustes são necessários, exceto em caso de nova implantação de novas partes no
sistema global.
23
5 Implementações em curso
Atualmente, estima-se que 184.300 vinícolas no mundo têm potencial para utilizar
energia solar para atender uma proporção significativa de suas demandas energéticas.
No entanto, apenas 293 (0,16%) foram identificadas como possuindo um uso
significativo de instalações solares.
Figura 14: Distribuição das 293 vinícolas solares ativas no mundo. Fonte: [1].
5.1 Califórnia
Dessas 293 vinícolas, quase a metade (48%) se concentra no Estado da Califórnia,
considerado o Estado líder no segmento de geração de energia solar nos Estados
Unidos. Existem inúmeras razões para esse fato, sendo as principais:
- Ser o Estado dos EUA com a segunda maior média de dias de sol e de radiação
solar total incidente;
- Ser o terceiro Estado mais extenso do país, com mais terrenos e coberturas para
instalação de painéis solares;
- A opinião pública apoiar praticamente unanimemente o crescimento da geração de
energia por sistemas solares e políticas para o desenvolvimento dessa tecnologia;
- As políticas governamentais serem altamente favoráveis à energia solar, incluindo
uma medida que torna necessário que 33% da energia do Estado seja proveniente de
24
fontes renováveis até 2020, além da iniciativa “California Solar” que promove diversos
incentivos financeiros para apoiar as instalações solares [7].
Alinhado a esses fatores está o fato de a Califórnia ser também um Estado muito
propício para a produção de vinhos, concentrando 90% da produção total do país. A
possibilidade da união das condições adequadas do Estado na vitivinicultura e o
potencial solar natural faz com que o Estado possua um número alto de vinícolas solares
ativas.
A vinícola californiana a operar a mais tempo com fontes renováveis alcançou tal
feito no século passado, em 1999. Trata-se da Vinícola Fetzer, mostrada na Figura 15.
Figura 15: Vinícola Fetzer, Redwood Valley – California. Fonte:
https://www.multivu.com/players/English/8206351-fetzer-vineyards-road-to-regeneration-sustainability-
report/ (Acesso em 15/08/2019).
Nessa mesma direção, estudos são conduzidos nas universidades do Estado para o
crescimento da prática. Destaca-se o da UC Davis, que concretizou o conceito
visionário de uma vinícola sustentável 100% solar, sem necessitar em nenhum momento
do ano da energia de distribuidoras.
Dessa forma, tornou-se a primeira vinícola a ser completamente solar mesmo com
carga máxima, e, portanto, possuindo uma geração média de energia solar mais alta que
o consumo médio anual.
O complexo, contemplando 3160 m² de área total, foi financiado exclusivamente
por doações de entidades privadas, e inaugurado em janeiro de 2011. Inclui uma
25
vinícola-escola para a universidade, contando com áreas de pesquisa e laboratório. Seu
design foi concebido passeado nos seguintes objetivos:
- Eliminação de usos desnecessários de energia;
- Redução de usos necessários de energia;
- Seleção dos melhores serviços, sistemas e equipamentos em termos de eficiência e
gestão de energia;
- Uso de sistemas de fonte renovável solar.
Para atendê-los, as seguintes medidas foram incorporadas no projeto:
Princípios de design das instalações da vinícola sustentável da UC Davis
Escolha de um terreno adequado para construção da área de pesquisa e laboratório
Otimização de espaços no planejamento do formato e delimitações da construção
Utilização de panéis PV nos telhados das construções
Material de construção de alta performance, que minimiza as transferências de calor
Aproveitamento e controle da luz do dia
Controle da iluminação a partir de sistemas de eficiência energética baseados em
sensores de presença e de luz solar
Controle das trocas térmicas por sistemas HVAC (Aquecimento, Ventilação e Ar
Condicionado) e utilização da ventilação natural
Manutenção preventiva
Práticas sustentáveis Tabela 3: Princípios de design das instalações da vinícola sustentável da UC Davis. Fonte: [1].
Fundamental ao propósito da vinícola 100% autossuficiente em energia solar, o
conjunto de painéis PV adotado para os telhados é composto por 3 arranjos
posicionados com angulação de 15º. Um total de 442 módulos CS6P-230 [8] produzem
em média 120.000 kWh/ano. A energia extra gerada fora do período de pico de carga é
usada no processo de eletrólise para geração de hidrogênio, que em seguida poderá ser
usado por células de combustível em caso de redução ou ausência de energia solar, em
um ciclo de energia solar-hidrogênio [9]. Dessa forma, pode-se evitar o uso de baterias
ou conexão à rede. Além disso, o calor gerado pelas células de combustível também
pode ser reaproveitado.
26
Embora esta vinícola em particular não possua um caráter comercial, é uma
demonstração da viabilidade de um tal projeto, e serve como referência para outras
vinícolas, bem como pólo de pesquisa e desenvolvimento do tema.
5.2 Brasil – Caso da Vinícola Guatambu
No Brasil, a Vinícola Guatambu, em Dom Pedrito, Rio Grande do Sul, foi a
primeira vinícola da América Latina a ter 100% de sua produção e fabricação de vinhos
sustentável, movida a energia solar. A partir de um projeto-piloto em 2013, com 18
painéis PV, a vinícola verificou a viabilidade de um projeto em escala industrial, e
atualmente conta com um parque de 600 painéis que suprem toda sua demanda
energética desde maio de 2016. Para o projeto, investiu-se R$1,5 milhão nos painéis,
que permitem que o empreendimento otimize seu balanço energético e zere custos ao
adquirir créditos nos meses de verão em que gera energia excedente, e utilizá-los nos
meses de inverno, quando necessita de energia da distribuidora.
A projeção inicial era de ter-se o retorno do investimento em 2024, porém
recentemente a vinícola divulgou que o retorno será ainda mais rápido, já que
sucessivos aumentos do preço da energia da distribuidora aconteceram e não estavam
previstos anteriormente. Ou seja, a economia que estão tendo é ainda maior que a
prevista no projeto.
A vinícola, mostrada na Figura 16, possui 21,5 hectares de vinhedo e um complexo
enoturístico que engloba área de produção, auditório, sala de degustação, salão para
eventos e boutique. Os painéis solares são utilizados também como estacionamento
coberto para os visitantes, e as informações da produção de energia renovável podem
ser visualizadas por painéis dinâmicos, como o da Figura 17.
27
Figura 16: Vista aérea parcial da Vinícola Guatambu e suas instalações solares. Fonte:
guatambuvinhos.com.br (acesso em 13/06/2019; imagem adaptada).
Figura 17: Acompanhamento por meio de sistema conectado dos indicadores de energia da vinícola.
Fonte: guatambuvinhos.com.br (acesso em 13/06/2019).
Em 2017, a vinícola recebeu o Selo Solar, iniciativa do Instituto IDEAL (Instituto
para o Desenvolvimento de Energias Alternativas na América Latina), com apoio do
WWF-Brasil e Cooperação Alemã para o Desenvolvimento Sustentável.
28
Com essa iniciativa pioneira, a vinícola passou a destacar-se nacional e
internacionalmente no mercado e na mídia. Consegue também alcançar um nicho de
consumidores que prioriza a sustentabilidade, agregando assim valor ao seu produto,
além de se tornar um destino mais atraente nas rotas enoturísticas da região Sul do país.
5.3 Espanha - Projeto Life Rewind
Na Espanha, destaca-se a iniciativa do projeto Life Rewind, realizado a partir de um
consórcio entre a Universidade de Zaragoza, o Conselho Superior de Investigações
Científicas do Estado espanhol (CSIC), a vinícola Viñas del Vero (região de
Somontano, nordeste da Espanha) e a empresa de consultoria em energia Intergia
Energía Sostenible S.L.. Trata-se de um investimento de aproximadamente 1.6 milhões
de euros com o objetivo de demonstrar a viabilidade técnica, econômica e ambiental do
uso de energia renovável na indústria agroalimentar e em áreas rurais, com foco na
vitivinicultura a partir de projetos-piloto na vinícola Viñas del Vero.
Inicialmente, um estudo do setor foi realizado para obtenção de dados de demanda
energética da vinícola, bem como seus recursos renováveis disponíveis. Tais dados
foram então carregados no software iHOGA (improved Hybrid Optimization by Genetic
Algorithms [6]) para dimensionamento de opções de sistemas de geração renovável que
minimizassem o custo de energia e as emissões de CO2. A partir dos resultados obtidos,
uma configuração foi eleita e protótipos de função demonstrativa foram desenvolvidos,
tanto para sistemas fotovoltaicos de geração de energia quanto para maquinário
agrícola, e estão sendo testados, permitindo a continuidade da pesquisa nas tecnologias
empregadas.
29
6 Estudo de caso
No âmbito desse projeto, e a fim de validar os estudos realizados para aplicações de
energia solar fotovoltaica em vinhedos, um sistema fotovoltaico foi planejado para
atender parte da demanda energética de uma vinícola na região do Vale dos Vinhedos,
Bento Gonçalves, Rio Grande do Sul. Deseja-se que a fração energética necessária para
a climatização durante toda a etapa de armazenamento do vinho durante o
amadurecimento e a guarda em garrafas prévia à comercialização seja atendida por um
sistema de geração solar de área ocupada máxima de 250m², e, alinhado às
características de vinícolas estudadas previamente, considera-se um consumo de
eletricidade total de 50.000 kWh/ano para essa atividade.
Com base no ciclo de integração de um sistema como estudado e recomendado no
subcapítulo 4.3, o foco do estudo será na realização da etapa de planejamento. Com os
resultados e conclusões obtidos, ações serão recomendadas para as etapas seguintes,
correspondentes a integrações em casos reais.
6.1 Propostas de projeto
Com o intuito de obter soluções concretas para o problema apresentado, empresas
especialistas em Energia Solar Fotovoltaica foram contactadas. Explicou-se o objeto da
pesquisa e as características desejadas para um projeto de sistema solar de acordo com
os dados da Tabela 4, e as soluções apresentadas por duas empresas, Neosolar e
Incentive Solar, serão comparadas a seguir.
Solicitação de Orçamento para Sistema Solar
Tipo de projeto Pesquisa
Local de Instalação Vale dos Vinhedos, Bento Gonçalves - RS
Demanda energética a ser atendida 50.000 kWh/ano
(média mensal de 4.168 kWh)
Tarifa local 0.62 R$/kWh (RGE) Tabela 4: Dados enviados às empresas especialistas em Energia Solar Fotovoltaica para solicitação de
orçamento.
30
6.2 Avaliação das propostas e escolha da solução
6.2.1 Proposta 1 – Neosolar
A empresa Neosolar enviou a proposta inicial de solução mostrada pelas Figura
18 e 19: Na Figura 18, temos a estimativa de produção de energia solar mensal e a
economia em consumo de energia da rede graças à instalação solar. Já a Figura 19
mostra as condições comerciais do investimento, bem como a solução técnica
apresentada.
Figura 18: Proposta de solução da empresa Neosolar (geração de energia), dimensionada para 35,64 kWP.
31
Figura 19: Proposta de solução da empresa Neosolar (equipamentos e condições comerciais).
32
6.2.2 Proposta 2 – Incentive Solar
A proposta da empresa Incentive Solar corresponde às Figuras 20 e 21. A Figura
20 mostra o escopo do projeto solar proposto, os equipamentos a serem utilizados para o
sistema apresentado, os valores de investimento e o balanço entre energia demandada
mensal e energia produzida pela instalação. Já a Figura 21 apresenta as condições
comerciais e os serviços adicionais.
Figura 20: Proposta de solução da empresa Incentive Solar (equipamentos e geração de energia),
dimensionada para 38,76 kWP.
33
Figura 21: Proposta de solução da empresa Incentive Solar (condições comerciais).
6.2.3 Análise
Cálculos financeiros para o projeto foram realizados com o objetivo de verificar
a viabilidade dos sistemas propostos, bem como fazer uma escolha de qual solução e
orçamento se adequam melhor.
Primeiramente, fez-se o cálculo dos gastos mensais antes e depois da instalação,
obtendo-se assim a economia mensal no gasto com eletricidade.
34
Gasto com energia (rede) Neosolar Incentive Solar Energia total da rede (antes) [kWh/mês] 4168 4.168 Energia total da rede (depois) [kWh/mês] 50 1 Tarifa por KWh R$0,62 R$0,62 Gasto mensal (antes) R$2.584,16 R$2.584,16 Gasto mensal (depois) R$31,00 R$0,62 Economia mensal R$2.553,16 R$2.583,54 Tabela 5: Cálculo comparativo relacionados à economia mensal no consumo energético oriundo da rede.
Em seguida, a partir do valor de economia mensal, e considerando-se uma
inflação anual média da energia de 8%, calculou-se a economia ano a ano na conta de
luz graças ao investimento para um intervalo de 25 anos.
Economia do investimento Neosolar Incentive Solar Inflação anual média da energia 8% 8% Investimento -R$133.969,03 -R$136.389,00 Ano 01 R$30.637,92 R$31.002,48 Ano 02 R$33.088,95 R$33.482,68 Ano 03 R$35.736,07 R$36.161,29 Ano 04 R$38.594,96 R$39.054,20 Ano 05 R$41.682,55 R$42.178,53 Ano 06 R$45.017,16 R$45.552,81 Ano 07 R$48.618,53 R$49.197,04 Ano 08 R$52.508,01 R$53.132,80 Ano 09 R$56.708,65 R$57.383,43 Ano 10 R$61.245,34 R$61.974,10 Ano 11 R$66.144,97 R$66.932,03 Ano 12 R$71.436,57 R$72.286,59 Ano 13 R$77.151,49 R$78.069,52 Ano 14 R$83.323,61 R$84.315,08 Ano 15 R$89.989,50 R$91.060,29 Ano 16 R$97.188,66 R$98.345,11 Ano 17 R$104.963,76 R$106.212,72 Ano 18 R$113.360,86 R$114.709,74 Ano 19 R$122.429,73 R$123.886,51 Ano 20 R$132.224,10 R$133.797,44 Ano 21 R$142.802,03 R$144.501,23 Ano 22 R$154.226,19 R$156.061,33 Ano 23 R$166.564,29 R$168.546,24 Ano 24 R$179.889,43 R$182.029,93 Ano 25 R$194.280,59 R$196.592,33
Tabela 6: Comparativo da economia ano a ano.
35
A partir desses dados, foi possível obter também o retorno (payback) do
Investimento. Verifica-se que, para ambos os projetos, o prazo de retorno do
investimento inicial dar-se-á no quarto ano.
Retorno (Payback) Neosolar Incentive Solar Valor do investimento R$133.969,03 R$136.389,00 Valor acumulado Ano 01 R$30.637,92 R$31.002,48 Valor acumulado Ano 02 R$63.726,87 R$64.485,16 Valor acumulado Ano 03 R$99.462,94 R$100.646,45 Valor acumulado Ano 04 R$138.057,90 R$139.700,65 Valor acumulado Ano 05 R$179.740,45 R$181.879,18 Valor acumulado Ano 06 R$224.757,61 R$227.431,99 Valor acumulado Ano 07 R$273.376,14 R$276.629,03 Valor acumulado Ano 08 R$325.884,15 R$329.761,84 Valor acumulado Ano 09 R$382.592,80 R$387.145,26 Valor acumulado Ano 10 R$443.838,14 R$449.119,36
Tabela 7: Comparativo de valor acumulado e retorno.
Figura 22: Evolução do valor acumulado ano a ano por 6 anos e retorno do investimento inicial.
Por último, foram calculados os valores de Taxa Interna de Retorno (TIR), a
taxa necessária para igualar o valor do investimento (valor presente) com os seus
respectivos saldos de caixa gerados em cada período, representando o percentual de
retorno de um projeto para a empresa. Ao encontrar essa taxa, geralmente ela será
comparada à Taxa Mínima de Atratividade (TMA) para que se decida se o projeto deve
ou não ser aceito.
36
Taxa Interna de Retorno do Investimento (TIR) Neosolar Incentive Solar TIR após 1 ano -77,13% -77,27% TIR após 2 anos -37,57% -37,80% TIR após 3 anos -13,23% -13,48% TIR após 4 anos 1,17% 0,93% TIR após 5 anos 10,09% 9,86% TIR após 6 anos 15,89% 15,67% TIR após 7 anos 19,81% 19,60% TIR após 8 anos 22,55% 22,35% TIR após 9 anos 24,52% 24,33% TIR após 10 anos 25,96% 25,78% TIR após 11 ano 27,03% 26,86% TIR após 12 anos 27,85% 27,68% TIR após 13 anos 28,48% 28,31% TIR após 14 anos 28,96% 28,80% TIR após 15 anos 29,34% 29,18% TIR após 16 anos 29,64% 29,48% TIR após 17 anos 29,88% 29,72% TIR após 18 anos 30,06% 29,91% TIR após 19 anos 30,22% 30,07% TIR após 20 anos 30,34% 30,19% TIR após 21 anos 30,44% 30,29% TIR após 22 anos 30,51% 30,37% TIR após 23 anos 30,58% 30,43% TIR após 24 anos 30,63% 30,49% TIR após 25 anos 30,67% 30,53%
Tabela 8: Projeção da Taxa Interna de Retorno do investimento.
Após 5 anos por exemplo, a TIR já supera a taxa SELIC 2019 anualizada, de
6,5%. [17] Utilizando esse índice como TMA, ou seja, como o mínimo de retorno
esperado, podemos concluir que o investimento é economicamente atrativo.
6.3 Escolha
Como mostrado pela análise financeira, ambas as opções possuem retornos
similares, com leve vantagem da proposta da Neosolar. As soluções técnicas também
são similares em termos de desempenho e eficiência. A empresa Neosolar oferece mais
vantagens com relação a prazos próprios de garantia dos painéis, inversor e demais
equipamentos. Por outro lado, a Incentive Solar está localizada no Rio Grande do Sul,
mais próxima do local de instalação.
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Conclui-se após essa análise, motivado especialmente pela questão da garantia, que
a melhor opção seria contratar a Proposta 1 da empresa Neosolar, porém ambas as
propostas são consideradas como atrativas e vantajosas.
6.4 Discussão sobre o estudo
Após a escolha da solução, a próxima etapa no ciclo de integração no caso de um
projeto real seria a implementação física do sistema contratado na vinícola. A partir de
sua performance avaliada após certo tempo de uso, novos planejamentos para
manutenção e adaptação (e até mesmo ampliação do sistema) poderiam ser
considerados. Numa perspectiva de negócios, pode-se aproveitar o orçamento inicial
como base para novos projetos e negociações de descontos com a empresa contratada
originalmente.
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7 Conclusão
Neste trabalho foram apresentadas alternativas de uso de energia solar em vinícolas,
após estudo de características de consumo energético na vitivinicultura. Analisou-se o
interesse de uso e os incentivos que permeiam o cenário energético atual.
Complementarmente, foi realizado um estudo com foco no panorama global de
tecnologias em uso e soluções já implementadas em vinícolas solares.
Preocupou-se também com o processo de integração ideal, que não necessariamente
irá suprir a totalidade das demandas energéticas da vinícola, mas que pode começar em
menor escala, suprindo parte do consumo. Assim, é possível verificar a performance a
partir dos dados coletados ao longo da operação, e planejar uma possível adaptação ou
expansão do projeto.
Alguns casos são destaque e foram explorados a fundo, como o da Califórnia, líder
em número de vinícolas solares, e o da Vinícola Guatambu, no Rio Grande do Sul.
Também foram estudados projetos acadêmicos que vão além da pesquisa teórica e
possuem implantação real em vinícolas. Por fim, um caso de estudo foi resolvido, e com
base em uma análise financeira, duas soluções foram comparadas para o
desenvolvimento de um projeto fictício, alcançando o objetivo de demonstrar a
viabilidade de um tal projeto.
Conclui-se que a energia solar é uma forma viável e desejável para substituição de
fontes de energia poluentes e não-renováveis. Já existem diversas vinícolas
consideradas solares no mundo, desde o século passado, e espera-se que com o aumento
da pesquisa e do desenvolvimento de soluções especiais para vinícolas, acompanhado
da diminuição dos custos da tecnologia solar, torne-se uma prática comum no mundo
todo.
Para próximos trabalhos, aconselha-se a continuar pesquisando sobre os casos
diversos de consumo energético de vinícolas e as possíveis soluções de integração de
sistemas de geração de energia solar. Um estudo mais aprofundado de caso, em parceria
com associações de produtores de vinhos e com aplicações práticas em uma vinícola
real, seria o caminho ideal para que os dados obtidos e as análises realizadas sejam
representativos do local de vitivinicultura a ser explorado.
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8 Bibliografia
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Springer-Verlag London Limited, 2011.
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ambientais atribuída aos coletores solares térmicos nas residências brasileiras”, PCH
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[10] ANEEL, RESOLUÇÃO NORMATIVA Nº 482, DE 17 DE ABRIL DE 2012,
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[11] ABSOLAR (Associação Brasileira de Energia Solar Fotovoltaica),
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[12] FOODBEV, “Top 5 Wine Trends of 2019”, https://www.foodbev.com/news/top-5-
wine-trends-of-2019/, (Acesso em 23/07/2019).
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https://concoursmondial.com/en/wine-industry-trends-in-2019/, (Acesso em
23/07/2019).
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abordagem do modelo VECM”, SOBER – XVI Congresso da Sociedade Brasileira de
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41
[19] Google Finance, https://www.google.com/finance, (Acesso em 29/08/2019).
[20] WINE SPECTATOR, “Solar power”, https://www.winespectator.com/tags/solar-
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