GT2 - ENERGIA
LEITURA CRÍTICA TÉCNICA E PARTICIPATIVA
JULHO/2024
Índice
Síntese do GT Energia: Caminhos para a Sustentabilidade e Eficiência Energética no Campus USP Butantã
Índice
INTRODUÇÃO
O GT energia procura identificar formas de aprimorar a sustentabilidade e eficiência energética do Campus Butantã da Universidade de São Paulo (USP). Isso poderia ser alcançado, por exemplo, por meio da compra de energia no mercado livre e pela expansão das fontes próprias de energia renovável. O GT está comprometido em estabelecer metas concretas para reduzir o consumo de energia e os custos associados, visando eventualmente tornar o Campus mais autossuficiente em termos energéticos e a redução das emissões de gases de efeito estufa (GEE). Dessa forma, todas as propostas que serão desenvolvidas pelo grupo serão alinhadas aos princípios da transição justa, aos Objetivos do Desenvolvimento Sustentável (ODS).
Nesta síntese, apresentamos o mapeamento das potencialidades e problemas no que se refere ao GT de energia e os resultados consolidados pela análise técnica em conjunto com as seis oficinas participativas. A partir desses mapeamentos abordamos 8 temas essenciais que incluem: 1) Produção de energia própria, 2) Migração para mercado livre de energia, 3) Infraestrutura da rede de energia elétrica do Campus, 4) Conservação, uso racional e eficiência energética das edificações do Campus e consumo de energia no Campus, 5) Consumo de outros energéticos (GN, GLP, e combustíveis da frota USP), 6) Transporte coletivo, iluminação pública e segurança, 7) Cobertura e qualidade da internet sem fio no Campus, 8) Inventário de GEE associado à energia.
IDENTIFICAÇÃO DOS PROBLEMAS E POTENCIALIDADE A PARTIR DOS LEVANTAMENTOS DE DADOS DO CAMPUS
A Figura 1 mostra os problemas e potencialidades identificados pelo GT Energia em diferentes áreas do Campus. Ela destaca uma série de problemas mapeados e suas interrelações com as atividades geradoras, os efeitos e impactos, além dos projetos associados (ou a falta deles).
Identificação dos problemas
Falta de mapeamento da matriz energética:
- Desconhecimento do parque de geradores a diesel no Campus.
- Falta de infraestrutura para monitoramento dos alimentadores da subestação do Campus.
- Dificuldade na otimização do uso de geradores, risco de falhas inesperadas e aumento de custos.
Consumo Ineficiente:
- Consumo excessivo de energia nas unidades do Campus.
- Impacto ambiental negativo, aumento de custos com energia e comprometimento da sustentabilidade.
Insegurança da Rede Elétrica:
- Sobrecarga de alimentadores, colocando em risco a segurança da rede elétrica.
- Apagões frequentes, perda de dados e equipamentos danificados.
Iluminação Pública Ineficiente:
- Iluminação pública ineficiente, consumindo energia desnecessariamente.
- Aumento de custos com energia e impacto ambiental negativo.
Falta de Ferramentas de Gestão:
- Inexistência de banco de dados, ferramentas e indicadores para boa gestão energética.
- Dificuldade na tomada de decisões estratégicas, impossibilidade de acompanhar o consumo e identificar anomalias.
Identificação das Potencialidades
As potencialidades identificadas pelo GT mostram áreas onde melhorias significativas podem ser realizadas, principalmente com foco em modernização, sustentabilidade e eficiência (Figura 1):
Modernização da Infraestrutura:
- Implementação de uma nova subestação de entrada de energia elétrica no Campus.
- Implementação de uma nova rede elétrica subterrânea
- Aumento da confiabilidade da rede elétrica, redução de perdas e otimização do consumo energético.
Eficiência Energética Predial:
- Retrofit dos sistemas de aquecimento nos restaurantes do Campus.
- Redução do consumo de energia, economia de custos operacionais e menor impacto ambiental.
Energia Renovável:
- Produção de energia renovável própria, incluindo solar e biomassa.
- Redução das emissões de gases de efeito estufa, diminuição dos custos com energia e promoção da sustentabilidade ambiental.
Mercado Livre de Energia:
- Utilização de energia contratada no mercado livre.
- Potencial para redução dos custos com energia e maior flexibilidade na gestão energética.
IDENTIFICAÇÃO DOS PROBLEMAS E POTENCIALIDADE A PARTIR DAS OFICINAS PARTICIPATIVAS
No mês de abril de 2024, foram realizadas seis oficinas participativas junto à comunidade universitária. A partir dessas oficinas, foram identificados 131 problemas e 44 potencialidades relacionados ao GT2 Energia. Entre os problemas levantados, a maior porcentagem (30,5%) está relacionada à iluminação pública, seguida por 13% de problemas com conforto térmico, 12,2% de problemas com conexão à internet, 6,9% de consumo ineficiente, entre outros, conforme mostra a Figura 2. As potencialidades mencionadas nas oficinas participativas foram: energias renováveis representando 31,8% como um potencial do Campus, seguidas pela eficiência energética com 15,9%. Outras potencialidades para melhoras incluem motorização com 9,1%, tomadas com 6,8% e iluminação pública com 4,5%. Além disso, 18,2% das potencialidades abrangem várias outras áreas, como mercado livre de energia (2,3%), e insegurança da rede elétrica (2,3%).
Durante a sexta oficina participativa foram identificadas e priorizadas três temáticas principais que merecem atenção: infraestrutura, lugar e gestão (Figura 3). No que diz respeito ao lugar foi identificado espaços, locais e vias mal iluminadas e potencialmente inseguras. Relacionada à infraestrutura destacaram-se os seguintes tópicos:
- Espaços locais e vias mal iluminadas e potencialmente inseguras: 24,4%
- Maior uso de energia limpa: 24,1%
- Desconforto térmico e necessidade de climatização: 11%
- Baixa conectividade de internet no Campus: 8,9%
Esses pontos, entre outros mencionados na Figura 4, evidenciam áreas críticas que necessitam de intervenções para melhorar questões relacionadas à energia, assim como a segurança, a sustentabilidade e o conforto no Campus.
Na área de gestão, podemos destacar principalmente:
- Monitoramento, Racionalização e Redução do Consumo Energético: Com 29,8% das menções, sublinha a importância de implementar sistemas de monitoramento contínuo e adotar práticas para racionalizar e reduzir o consumo de energia;
INTERCONEXÃO DO GT ENERGIA COM OUTROS GRUPOS DE TRABALHO A PARTIR DAS OFICINAS PARTICIPATIVAS
A Figura 4, apresenta três gráficos de rede que ilustram a interação do GT2 – Energia com os demais GTs, categorizados em três temas principais: Lugar, Infraestrutura e Gestão. Principalmente as redes apresentadas na Figura 4, ressalta a necessidade da gestão integrada e importância da colaboração interdisciplinar. Cada grupo de trabalho contribui com insights e necessidades específicas que devem ser harmonizadas para atingir os objetivos de sustentabilidade e eficiência energética no Campus.
Por exemplo, no tópico Infraestrutura GT2 apresenta 25 conexões, com ênfase em GT1 (5 conexões), GT3 (2 conexões), GT4 (3 conexões), GT5 (6 conexões), GT6 (8 conexões) e GT7 (1 conexão). A densa rede de interações reflete a importância da energia no funcionamento do Campus. A energia é necessária para a mobilidade, gestão de resíduos, conservação do patrimônio, convivência e segurança, além da manutenção das áreas verdes.
CONSUMO DE ENERGIA NO CAMPUS
Os dados disponíveis no sistema de monitoramento cobrem em torno de 30% do consumo de energia total do Campus. Analisando o consumo de energia do Campus no período de 2017-2019, verifica-se que o nível se manteve estável (6.510.680 kWh/mês ou 7,6 kWh/mês.m2). O ano de 2020 apresentou um consumo variável, provavelmente associado ao retorno às atividades após o período de isolamento pela pandemia COVID-19. No período de 2021-2023, o nível de consumo de energia caiu em média 23% em relação ao período de 2017-2019, porém verifica-se um aumento de 15% no consumo de energia de 2022 em relação ao ano de 2021 e um aumento de 7% no consumo de energia de 2023 em relação ao ano de 2023, aproximando-se dos níveis de consumo de energia do período de 2017-2019 (Figura 5).
Na Figura 5, é possível observar mudanças significativas no padrão de consumo de energia ao longo dos anos. Por exemplo, em 2020 (representado em vermelho), há uma redução significativa no consumo percentual em comparação com os outros anos. Esses valores percentuais menores indicam uma redução nas atividades no Campus, possivelmente devido às restrições impostas pela pandemia de COVID-19.
As Figuras 6 e 7 mostram o mapa de consumo de energia elétrica nas edificações com os maiores indicadores de consumo per capita (kWh/pessoa) em 2019 e 2023.
No mapa de 2019, observamos as seguintes características (Figura 6):
- Alta densidade de consumo: Áreas como a PUSP-CB (Prefeitura do Campus) e o ICB (Instituto de Ciências Biomédicas) apresentam consumos mais elevados, destacando-se na faixa de 260-310 kWh/pessoa e 310-360 kWh/pessoa, respectivamente.
- Consumo moderado: Outros edifícios, como o HU (Hospital Universitário) e a FO (Faculdade de Odontologia), apresentam um consumo entre 160-210 kWh/pessoa.
- Baixa densidade de consumo: Algumas áreas, como o IQ (Instituto de Química) e a EP (Escola Politécnica), apresentam consumos menores, variando entre 100-160 kWh/pessoa.
No mapa de 2023, podemos notar algumas mudanças significativas (Figura 7):
- Redução e aumento de consumo: Algumas áreas, como o ICB, continuam com um consumo elevado, agora na faixa de 450-500 kWh/pessoa. No entanto, observamos um aumento no consumo em áreas como o FO e a PUSP-CB, que em 2023 estão na faixa de 360-450 kWh/pessoa.
- Distribuição do consumo: A distribuição do consumo de energia per capita parece estar mais variada, com mais edifícios apresentando consumos acima de 260 kWh/pessoa.
- Novos padrões: Alguns edifícios que anteriormente tinham consumos mais baixos, como o IQ, agora apresentam um consumo mais elevado, na faixa de 210-310 kWh/pessoa.
A Figura 8 e 9 apresentam o mapa de consumo de energia elétrica por área no Campus Butantã da USP para os anos de 2019 e 2023, permitindo uma comparação pré e pós pandemia. Estes mapas ilustram o consumo total de eletricidade das unidades em relação à área total construída de cada uma.
Consumo em 2019:
Em 2019, os principais consumidores de eletricidade no Campus foram:
- NUCEL: Apresentava um consumo de energia elétrica elevado.
- Biblioteca Brasiliana
- Instituto de Química (IQ)
- Instituto de Física PLASMA
- Instituto de Física Deméter (IF Dosiométrica)
Estes edifícios e instalações se destacavam como os maiores consumidores de energia elétrica, refletindo a alta concentração de atividades de pesquisa e laboratórios que exigem equipamentos de grande porte ou uso constante, muitos dos quais permanecem ligados por longos períodos.
Consumo em 2023:
Em 2023, os institutos e prédios com os maiores indicadores de consumo por área (kWh/m²) continuaram a ser:
- NUCEL
- Instituto de Química (IQ)
- Instituto de Física (Prédio de Plasma)
Os dados de 2023 indicam que o padrão de consumo elevado se manteve em algumas unidades, destacando a necessidade contínua de medidas de controle e redução de consumo de energia para promover a sustentabilidade e eficiência energética no Campus.
PRODUÇÃO DE ENERGIA PRÓPRIA
Geração de energia elétrica dos sistemas fotovoltaicos no Campus da USP
A geração de energia elétrica (em MWh) de diferentes sistemas fotovoltaicos instalados no Campus da USP, ao longo do período de setembro de 2019 a setembro de 2023 é apresentada na Figura 10. Cada linha no gráfico representa a produção mensal de um dos sistemas fotovoltaicos específicos, permitindo comparar o desempenho e a variabilidade ao longo dos meses.
- BIPV – IEE (Integrated Building Photovoltaic)
- BAPV – IEE (Applied Building Photovoltaic)
- CTPV – IEE (Ground Solar Plant)
- CRPV – IEE (Power Factor Correction)
- BAPV – Bienio
- HU (Hospital Universitário)
As Figuras 10 e 11 mostram o desempenho dos diferentes sistemas fotovoltaicos, evidenciando as variações sazonais e as características individuais de cada um. Os pontos principais que se podem destacar são:
- Variação Sazonal: Todos os sistemas, exceto o CRPV, apresentam variações sazonais significativas, com maior produção nos meses de maior incidência solar (geralmente durante o verão) e menor produção nos meses de menor incidência solar (inverno).
- Importância da Diversificação: A presença de múltiplos tipos de sistemas fotovoltaicos (BIPV, BAPV, CTPV, CRPV) no Campus demonstra uma estratégia de diversificação, que pode ajudar a garantir uma produção mais estável de energia ao longo do tempo e mitigar riscos associados a falhas ou ineficiências em um único sistema.
Geração de energia elétrica a partir do biogás do biodigestor do IEE
A Figura 12 mostra a geração de energia elétrica mensal e acumulada a partir do biogás proveniente do biodigestor do Instituto de Energia e Ambiente (IEE) da USP. A análise cobre o período de agosto de 2021 a agosto de 2023. A linha azul mostra flutuações na geração de energia elétrica mensal. Observa-se uma tendência inicial de aumento com variações subsequentes. Há picos notáveis em agosto de 2021 e setembro de 2022, com uma queda significativa em dezembro de 2021 e março de 2023. A linha vermelha indica um crescimento constante e progressivo da energia elétrica acumulada. Esse comportamento é esperado, pois a energia gerada a cada mês se soma ao total acumulado.
INFRAESTRUTURA DE REDE DE ENERGIA ELÉTRICA DO CAMPUS
A infraestrutura da rede elétrica do campus é composta por cabines primárias, responsáveis pela alimentação dos prédios. A rede elétrica do campus é subterrânea, com a fiação instalada dentro de tubos no subsolo, tornando a rede mais harmônica para os habitantes e a arborização no campus, assim apresentando menos problemas em comparação com uma rede aérea. A Figura 13 mostra o mapa da rede elétrica do campus e é possível identificar que as áreas em azul claro representam as “Cabines Primárias” dentro do Campus.
ILUMINAÇÃO E SEGURANÇA
A Figura 14 mostra o mapa de iluminação pública que destaca as áreas em vermelho, indicando regiões com iluminação deficiente ou inexistente. Este mapeamento é resultado da junção de informações internas e externas, consultas públicas online, dados coletados durante as oficinas participativas e um mapa da USP Mulheres:
https://www.google.com/maps/d/viewer?ll=-23.561709675121435%2C-46.72808289999999&z=15&mid=1yAIatQPGC37qf1S399tLJxjheXo
Principalmente pode-se destacar os seguintes pontos:
- Áreas com problemas de iluminação: As áreas marcadas em marrom e vermelho mostram onde a iluminação é inadequada. Estas áreas necessitam de melhorias na infraestrutura de iluminação para aumentar a segurança e a visibilidade.
- Áreas Externas: As grandes áreas externas marcadas em marrom, especialmente ao redor dos principais edifícios e ao longo das vias internas, indicam que a iluminação nas áreas abertas do campus é um problema significativo.
- Áreas Internas: Às edificações destacadas em vermelho, como FFLCH, IGc, CRUSP, e outras, sugerem que problemas de iluminação não se limitam apenas às áreas externas, mas também afetam o interior dos prédios.
COBERTURA DE REDE SEM-FIO (WI-FI) EDUROAM NO CAMPUS USP BUTANTÃ
No que se refere ao mapa da cobertura da rede Eduroam (uma rede de internet acadêmica) no Campus Butantã USP, a Figura 14 ilustra a situação atual da cobertura da rede Eduroam no Campus, mostrando que a maior parte do campus já está coberta, mas ainda há algumas áreas periféricas que precisam ser contempladas em futuros planos de expansão da infraestrutura de rede sem fio. As áreas em laranja indicam as regiões do Campus que possuem cobertura da rede Eduroam, abrangendo a maior parte do Campus. Áreas em branco aquelas áreas do Campus que ainda não possuem cobertura Eduroam.
INVENTÁRIO DE GEE ASSOCIADO A ENERGIA NO CAMPUS BUTANTÃ
Em 2012, as emissões totais foram de 32,117.59 tCO2e, enquanto em 2022, as emissões totais foram de 18,370.82 tCO2e. Isso representa uma redução total de 13,746.77 tCO2e, ou aproximadamente 42.8% (Tabela 1). A significativa diminuição nas emissões demonstra os esforços da USP em melhorar a sustentabilidade, aumentar a eficiência energética, reduzir a dependência de combustíveis fósseis e adotar práticas mais sustentáveis em suas operações.
Em particular, as emissões provenientes de energia elétrica apresentaram as maiores reduções. As emissões de resíduos e geradores permaneceram inalteradas, indicando áreas onde ainda há potencial para melhorias.
Destaca-se que as principais emissões são oriundas dos sistemas de refrigeração e ar-condicionado. É importante ressaltar que esta é uma estimativa aproximada devido à falta de dados mais precisos. O método GHG Protocol, utilizado com os melhores dados disponíveis, tende a superestimar as emissões, fornecendo uma visão conservadora do impacto ambiental.