Análise comparativa do custo-benefício de medidas de eficiência energética e geração fotovoltaica em habitações de interesse social

Abstract

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil , Florianópolis, 2020.Os edifícios consomem mais de um terço da energia primária no mundo. Parte dessa eletricidade é desperdiçada devido à ineficiência energética dessas edificações. Essa demanda energética pode ser mitigada por meio da geração de energia elétrica. Dentro desse cenário, existem duas abordagens para a questão da demanda de energia nos edifícios: gerar mais energia de forma limpa e renovável ou diminuir o consumo de energia das edificações por meio de estratégias de eficiência energética. A questão abordada é até onde ir com as medidas de conservação de energia e eficiência em termos de custo benefício. Nesse contexto, o objetivo geral é comparar o consumo de energia e a geração fotovoltaica distribuída em habitações de interesse social unifamiliares, pelo viés da relação custo x benefício. Para isso, a metodologia adotada foi de calcular o custo do ciclo de vida de uma casa com 45m² situada em Florianópolis, cidade com clima subtropical classificado como mesotérmico úmido. Utilizou-se para o dimensionamento dos sistemas fotovoltaicos o valor do consumo referente à porcentagem do consumo evitado com as medidas de eficiência energética aplicadas, comparando, dessa forma, o rendimento e a viabilidade econômica das duas medidas. Quando as medidas de eficiência energética foram aplicadas de forma isolada, a medida com maior proporção de influência foram: os sistemas construtivos das paredes (variação de 56%), em segundo lugar a orientação (variação de 24%) e terceiro lugar a eficiência do ar condicionado (variação de 13%). A análise do impacto das medidas nos custos da casa demonstrou que o sistema construtivo das paredes obteve maior expressão conforme esperado, no entanto as duas outras medidas com maior influência no consumo apresentaram 0% e 0,20%, sendo os menores valores. No custo do ciclo de vida o consumo de energia é considerado e quando combinadas as medidas de eficiência energética a economia de energia se intensifica e o custo do ciclo de vida vai aumentando ou diminuindo de acordo com as medidas aplicadas. Dentro dos 576 modelos foram escolhidos dois modelos para a análise comparativa de eficiência energética com sistemas fotovoltaicos, o modelo com menor custo e o modelo com maior economia de energia. Para o dimensionamento do sistema fotovoltaico foi estimada a energia economizada com as medidas de eficiência. A comparação entre os sistemas foi realizada em quatro cenários diferentes, a taxa de juros, considerada a taxa de atratividade mínima, foi a Selic de 4,5% e 9,5% e o aumento de energia de 5% e 10%. A avaliação foi realizada por meio de três indicadores, o Valor Presente Líquido (VPL), Taxa Interna de Retorno (TIR) e o payback. O VPL não demonstrou ser rentável do ponto de vista financeiro às estratégias de eficiência em três cenários. O único cenário com VPL positivo foi no cenário aonde a taxa de juros é baixa e o aumento da energia alto. No caso do sistema fotovoltaico apenas um cenário não demonstrou viabilidade, o cenário com juros altos e baixo aumento no preço da energia. A TIR demonstrou viabilidade das medidas de eficiência energética no cenário com aumento do preço da energia, enquanto o sistema fotovoltaico teve a TIR maior que a taxa mínima considerada em todos os cenários. Pelo conceito clássico do payback todos os cenários, tanto para o uso das medidas de eficiência quanto dos sistemas fotovoltaicos os períodos de retorno foram menores que 25 anos. Com essa pesquisa conclui-se que quando tratados como concorrentes pelo ponto de vista financeiro o sistema fotovoltaico apresenta melhor performance nos indicadores, sendo o mais conveniente para aplicação isolada. No entanto a pesquisa mostra como medidas com baixo ou nenhum custo podem economizar uma quantidade significativa de energia, devendo sempre esses fatores serem levados em consideração na fase de projeto.Abstract: Buildings consume more than a third of the world's primary energy. Part of that electricity is wasted due to the energy inefficiency of these buildings. This energy demand can be mitigated through the generation of electricity. Within this scenario, there are two approaches to the issue of energy demand in buildings: generating more energy in a clean and renewable way or reducing the energy consumption of buildings through energy efficiency strategies. The question addressed is how far to go with energy conservation and cost-effective measures. In this context, the general objective is to compare energy consumption and photovoltaic generation distributed in single-family in houses low-cust, through the costbenefit ratio. For that, the methodology adopted was to calculate the life cycle cost of a 45m² house located in Florianópolis, a city with subtropical climate classified as humid mesothermal. For the dimensioning of photovoltaic systems, the consumption value referring to the percentage of avoided consumption with the applied energy efficiency measures was used, thus comparing the performance and economic viability of the two measures. When the energy efficiency measures were applied in isolation, the measure with the greatest proportion of influence was: the building systems of the walls (56% variation), secondly the orientation (24% variation) and thirdly the efficiency of the wall. air conditioning (variation of 13%). The analysis of the impact of the measures on the costs of the house showed that the construction system of the walls obtained greater expression as expected, however the two other measures with greater influence on consumption presented 0% and 0.20%, with the lowest values being. In the life cycle cost, energy consumption is considered and when combined with energy efficiency measures, energy savings are intensified and the life cycle cost increases or decreases according to the measures applied. Among the 576 models, two models were chosen for the comparative analysis of energy efficiency with photovoltaic systems, the model with the lowest cost and the model with the greatest energy savings. For the dimensioning of the photovoltaic system, the energy saved with the efficiency measures was estimated. The comparison between the systems was carried out in four different scenarios, the interest rate, considered the minimum attractiveness rate, was the Selic rate of 4.5% and 9.5% and the energy increase of 5% and 10%. The assessment was carried out using three indicators, the Net Present Value (NPV), Internal Rate of Return (IRR) and the payback. NPV did not prove to be profitable from a financial point of view to efficiency strategies in three scenarios. The only scenario with positive NPV was in the scenario where the interest rate is low and the increase in energy is high. In the case of the photovoltaic system, only one scenario did not demonstrate viability, the scenario with high interest rates and a low increase in the price of energy. The IRR demonstrated the viability of energy efficiency measures in the scenario with an increase in the price of energy, while the photovoltaic system had an IRR higher than the minimum rate considered in all scenarios. According to the classic payback concept, all scenarios, both for the use of efficiency measures and for photovoltaic systems, the payback periods were less than 25 years. With this research it is concluded that when treated as competitors from the financial point of view, the photovoltaic system presents better performance in the indicators, being the most convenient for isolated application. However, research shows how low or no cost measures can save a significant amount of energy, and these factors should always be taken into account in the design phase