CESP - Cia Energética de São PauloRua da Consolação 1875 11º andar, São Paulo - SP - 01301-100

fone (0xx) (11) 234-6320 - fax (0xx) (011) 234-6326e_mail: jean.negri@cec.cesp.com.br

GIA/01221 a 26 de Outubro de 2001

Campinas - São Paulo - Brasil

Grupo XIGRUPO DE ESTUDO DE IMPACTOS AMBIENTAIS

Avaliação da Capacidade de Suporte para Implantação de Usinas Termoelétricas (UTE’s)

Jean Cesare NegriCESP

RESUMO

Na regiões metropolitanas no Estado de São Paulo temhavido concentração no desenvolvimento econômico ecrescimento demográfico. Podem ser destacadas, alémda Região Metropolitana da Grande São Paulo(RMSP), as Regiões Metropolitanas de Campinas,Santos-Cubatão, Sorocaba e São José dos Campos.Baseada sobretudo numa infra estrutura industrial,estas regiões têm mantido esta vocação atraindoempreendimentos novos.

Com uma infraestrutura desenvolvida para acesso ainsumos básicos, o setor elétrico no segmento degeração enxerga nestes locais um importante potencialpara a implementação de usinas termoelétricas. Aconjugação de insumo-consumo torna estas regiões dealto interesse em vista do potencial benefícioeconômico. Esta constatação é refletida nas condiçõesatuais, onde pelo menos um projeto de usina vemsendo desenvolvido em cada uma destas regiões.

Por outro lado, a expansão continuada gera um apeloambiental, através de uma preocupação geral e legítimada sociedade civil e das instituições de controleambiental, para um crescimento sustentável da região.A questão passa por uma solução de compromisso,envolvendo desenvolvimento que traz recursos para aregião e a qualidade ambiental, que possui umacapacidade de suporte finita.

Com o intuito de evitar degradação ambientaladicional, o órgão de licenciamento tem orientado osempreendedores no sentido de manter o nível deemissão, isto é acréscimo zero. Isto redundanecessariamente numa retirada de fontes existentes e

numa análise de compatibilização dos poluentesenvolvidos.

Neste sentido, é apresentado neste trabalho uminstrumento para o diagnóstico preditivo da qualidadedo ar, que pode surgir como uma importanteferramenta e agilizar o licenciamento deempreendimentos termoelétricos.

Palavras Chaves: Planejamento Ambiental – GeraçãoTermoelétrica – Licenciamento Ambiental

1.0 - INTRODUÇÃO

Em geral, o empreendedor nos seus estudos ambientaistrata do seu empreendimento de forma isolada,avaliando as emissões gasosas e valores de qualidadedo ar com as referências normatizadas. As condiçõespré-existentes na área de influência são na grandemaioria desconhecidas, devido a falta de uma rede demonitoramento. Como a informação do “back ground”caberia ao órgão de controle ambiental local, que não apossui, e considerando que a sociedade requisita aavaliação integralizada para garantir a qualidadeambiental da região e que o órgão licenciador sentefalta desta informação para um julgamento adequado,fica estabelecido o impasse.

A proposta de solução para esta questão da necessidadede uma avaliação integralizada, legítima por sinal, é oestabelecimento de uma metodologia de análise dacapacidade de suporte da região. A idéia é a criação deuma espécie de guarda-chuva, estabelecendo condiçõesde sustentabilidade, sendo que o espaço sob o guardachuva seria preenchido por empreendimentos até o

2

limite da capacidade disponível. A identificação doespaço existente ou remanescente é de fundamentalimportância.

A forma tradicional indicada é a elaboração de umdiagnóstico real físico e sócio-econômico, indicandoum método de análise para cenários futuros dequalidade de ar. Este diagnóstico envolve medições emtodas as fontes de emissão e monitoramento daqualidade do ar em alguns locais da região. Além deenvolver uma massa considerável de recursos, estetrabalho consome um tempo significativo deaproximadamente 2 anos. Com o conjunto de dadoslevantados, é aferido e validado um modelo dedispersão representativo da região, incluindo de formaagregada as fontes estacionárias (industriais), móveis(veículos) e agrícolas, provenientes de queimadas. Estemodelo é o instrumento de análise para indicar ainclusão de novos empreendimentos, limitados acapacidade de suporte estabelecida.

Alternativamente, pode ser proposto um método maisexpedito, compreendendo um diagnóstico preditivo daqualidade do ar da região, com o objetivo de fornecer aprimeira avaliação sobre as condições ambientais daregião.

Em síntese o que se pretende é, uma vez definidas asáreas de influência e as fontes poluidoras, estimar astaxas de emissões, com base em inventário e consultasàs indústrias da região (instaladas e acessantes). Estasemissões estimadas serão inseridas num modelo dedispersão do ar para a obtenção da qualidade do ar,numa região de entorno definida. Paralelamente serátambém avaliada a formação de ozônio devido areatividade fotoquímica de hidrocarbonetos nãoqueimados e óxidos de nitrogênio.

Os métodos acima se complementam. O modelopreditivo proposto poderá estabelecer as condiçõesorientativas da região a nível de qualidade do ar. Amedição de campo fornecerá dados reais para umapequena série, contudo de fundamental importânciapara aferir, calibrar e validar o modelo. E, a terceirafase concluindo o processo é a aplicação do modelopara extrapolar as condições de contorno da medição eestabelecer cenários futuros, contemplando acapacidade de suporte da região.

2.0 - METODOLOGIA

O trabalho proposto inclui atividades multi-disciplinares, requerendo o envolvimento de entidadesde reconhecido conhecimento na área. De formaseqüencial o trabalho apresenta o roteiro abaixo.

2.1. Definição da Área de Concentração das FontesPoluidoras

É definida inicialmente uma região de concentração defontes poluidoras numa área de 5 km de diâmetroaproximadamente em torno do novo empreendimento edo município afetado. Nesta área, são levantadas juntoao órgão de saneamento ambiental (Cetesb, no caso deSão Paulo) as indústrias com alto e médio grau deprioridade. Para cada indústria são identificadas asfontes de emissão. A estas fontes serão agregadas asfontes das indústrias acessantes, incluindo a da usinatermoelétrica sob análise.

Consultas a regiões vizinhas são importantes para aaveriguação das fontes poluidoras, de forma a otimizarou ampliar o referido raio.

Além das fontes pontuais fixas, serão contempladasfontes agrícolas devido a queima de resíduos (cana deaçúcar) e fontes móveis de origem veicular.

2.2 Definição da Área de Influência

Esta é a área que recebe diretamente o impacto dospoluentes emitidos pelas fontes acima descritas. Comoreferência é indicada uma área com diâmetro de 25 km,com posição concêntrica em relação a área das fontespoluidoras.

O raio da área escolhida deve confinar os efeitos dapoluição oriunda das fontes poluidoras selecionadas.De forma similar a definição da área de fontes, esteraio pode sofrer acomodações para a inclusão destesefeitos.

Na figura 1 pode ser verificada a representação para oestudo de caso de Paulínia.

FONTES

Influência

FIGURA 1 – Áreas de Concentração e Influência –Caso Paulínia

2.3 Estimativa das Taxas de Emissões

3

Esta estimativa engloba taxas de emissão de fontemóveis, agrícolas e estacionárias. As taxas das fontesveiculares e agrícolas são estimadas através de fatoresde emissão com base em métodos da Cetesb e US-EPA- “United States Environmental Protection Agency”.As taxas de fontes industriais são estimadas a partir deinformações da fonte (tipo de equipamento) ecombustível, complementadas com resultados deemissões disponíveis.

Um instituto de experiência renomada nos assuntosrelativos a combustão e emissão deve ser o responsávelpor estas estimativas. Trabalhos de medição emindústrias similares e a disponibilidade de um banco dedados correlato são fatores importantes para a seleçãodesta entidade.

O objetivo do trabalho é estimar as taxas de emissão depoluentes atmosféricos em diferentes fontes, instaladase a instalar.

Devem ser consideradas, a priori, as seguintes fontes:móveis (veiculares), estacionárias (basicamente,combustão em equipamentos industriais) e agrícolas(basicamente, queima na colheita de cana de açúcar), eos seguintes poluentes atmosféricos: óxidos de enxofre(SOx), óxidos de nitrogênio (NOx), material particulado(MP), monóxido de carbono (CO) e hidrocarbonetosorgânicos voláteis (VOC).

As taxas de emissão referentes às fontes móveis eagrícolas são as globais da região considerada,enquanto que as referentes às fontes industriais sãoindividualizadas, ou seja, ter-se-á um conjunto de taxaspara cada uma das indústrias consideradas.

As taxas de emissão estimadas devem ter unidadescompatíveis para uso em modelos de dispersão depoluentes.

Para as fontes móveis, veículos a álcool, diesel egasolina, a informação básica a se buscar consiste noVolume Diário Médio (VDM) de veículos nasprincipais rodovias da região considerada.Preliminarmente, o órgão responsável pelo controle detrânsito (Detran/DER) possui estas informações.

Para as fontes veiculares, tendo-se as condições detráfego da região, as taxas de emissão são estimadascom base nos chamados fatores de emissão. Taisfatores são números que relacionam a emissão dosvários poluentes com alguma variável operacional dafonte. Neste caso, para cada tipo de veículo, a massaemitida de cada poluente é associada com a distânciapercorrida pelo veículo. A unidade usual é gramas dedeterminado poluente por quilômetro rodado. Os dadospodem ser obtidos junto às publicações da Cetesb

(Proconve – Programa de Controle Veicular), doLaboratório de Motores de Institutos de Pesquisas e daUS-EPA, selecionando o conjunto de fatores que sejulgar mais adequado.

Para as fontes agrícolas, pode ser consideradaunicamente a queima na colheita da cana de açúcar. Ainformação básica necessária é a área de plantio, dentroda região considerada, onde a colheita é ainda manual.A consulta neste caso é efetuada junto a empresas dosetor sucro-alcooleiro, Embrapa e Copersucar.

Na estimativa das taxas de emissão de poluentesderivadas de queima na colheita da cana, o trivial ébuscar nas publicações da US-EPA os fatores deemissão estabelecidos para os diferentes poluentes.Não se encontrando lá essa informação, irá se buscaroutras publicações. Cálculos de combustão, associadosa formulação de algumas hipóteses, permitem avalidação dos fatores encontrados.

Para as fontes estacionárias, são consideradosprincipalmente os equipamentos industriais decombustão. Fundamentalmente, é preciso saber para asdiversas fontes, tipo e quantidade de combustívelqueimado, e características gerais do equipamento decombustão. Tais informações devem serdisponibilizadas pelas indústrias, as quais podem serobtidas através de visitas e com reuniões com as suasequipes de operação e de meio ambiente. No caso dosfuturos empreendimentos, os dados necessários são osde projeto.

Quanto às fontes industriais de combustão, a utilizaçãode fatores de emissão encontrados em literatura,mesmo nas publicações da US-EPA, nem sempre éválida dada a singularidade de alguns de nossoscombustíveis. Por exemplo, a natureza dos óleoscombustíveis utilizados no Brasil é substancialmentediferente dos utilizados na Europa e nos EstadosUnidos. São óleos significativamente mais viscosos ecom maiores teores de impurezas, fatores que levam aelevadas taxas de emissão da maioria dos poluentes.Nesse caso, portanto, na predição das taxas de emissãoserão consideradas as informações gerais da fonte e docombustível, e os resultados dos vários trabalhosrealizados com medições efetivas e disponíveis.

2.4 Estudo de Dispersão

A partir da estimativa das taxas de emissões por fontes,está prevista nesta atividade a avaliação daconcentração dos poluentes ao longo da área deinfluência. São utilizados modelos específicos ecomprovadamente reconhecidos de análise dedispersão segundo as 3 fontes - móveis, agrícolas e

4

pontuais (industriais) de forma agregada, integrando ospoluentes das diversas origens.

A partir de uma série confiável e representativa dedados meteorológicos, o estudo de dispersãoatmosférica é por si só um trabalho complexo,principalmente quando incorporadas fontes denaturezas distintas. Neste tipo de estudo a idéiaprincipal é responder a seguinte pergunta: Dadas ascondições meteorológicas, e as características da fonteemissora, qual será a concentração de poluentes a umadistância qualquer da fonte?

Um método para obtenção da resposta é a simulaçãoatravés da aplicação de modelo matemático dedispersão atmosférica. No presente caso a variedade defontes emissoras é grande, onde estão envolvidas asfontes do tipo pontual, linha e área. Para caracterizar oimpacto das emissões atmosféricas na região, podemser utilizados os seguintes modelos:

• Fonte pontual e área - ISCST3 - Industrial SourceComplex Term – version 3 (US-EPA 1995)

• Fonte Área - SCREEN3 - Screening Procedures forEstimating The Air Quality Impact of StationarySources (EPA 1995)

• Fonte Linha móvel - Modelo EPA CALINE4(California Line Source Dispersion Model);

• Modelo CALMET (California MicrometeorologicalModel);

• Modelo EPA CALINE4 (California Line SourceDispersion Model)

O modelo ISCST3 permite associar cenários climáticospróximos da realidade física, sendo utilizado tanto pelacomunidade acadêmica como pelas agências nacionaise internacionais de controle ambiental. O cálculo deconcentração de poluentes permite a obtenção deresultados nas escalas espacial e temporal, os quais sãocomparados posteriormente aos padrões vigentes nopaís (Resolução CONAMA No 03/90). O modeloaceita dados de entrada de mais de 500 fontessimultâneas e gera cerca de mais de 1.500 receptoresna superfície. Os receptores são distribuídos dentro deuma grade cartesiana, cujas quadrículas aceitam áreasvariáveis. O modelo SCREEN3, foi desenvolvido para se obter aconcentração no nível do solo em regiões onde nãoexistam dados meteorológicos disponíveis. Portanto, éde grande utilidade na aplicação do cálculo daconcentração de fontes-áreas cuja chaminé esteja nonível do solo. O documento básico do seu

desenvolvimento foi o Screening Procedures forEstimating The Air Quality Impact of StationarySources (US-EPA 1995). O CALMET (California Micrometeorological Model),é um modelo desenvolvido para gerar o campomicrometeorológico que vai subsidiar a simulação daconcentração resultante das emissões das fontesmóveis. Os resultados obtidos serão os inputsnecessários para alimentar o modelo de dispersão EPACALINEA 4. O EPA CALINE4 (California Line Source DispersionModel), é um modelo de desenvolvido para estimar aconcentração emitida por fontes móveis ao longo deuma rodovia. Será calculada a concentração média dospoluentes tradicionalmente emitidos pela frota deveículos de acordo com o tipo e o tamanho da frotacirculante. O modelo será alimentado pelasinformações meteorológicas geradas pelo CALMET.

Resumidamente, os resultados são apresentados deforma prática, através de isopletas de concentração noplano horizontal e tridimensional dos poluentesconvencionais estabelecidos na Resolução CONAMA3/90, possibilitando visualizar o quadro da distribuiçãoda qualidade do ar.

São elaboradas tabelas comparativas da seguinteforma:

A concentração integrada gerada pelas fontesindustriais estacionárias;

A concentração individual e integrada gerada pelasfontes áreas;

A concentração gerada pela fontes móveis dentro daárea de influência;

A integração das fontes operando simultâneamente, detal modo que permita identificar o grau de saturação daqualidade do ar dentro da área de influência de todas asfontes.

É desenvolvida uma classificação percentual decontribuição de poluentes de cada fonte e tipo (dentrode um diâmetro de 25 km da área de influência) sobre aconcentração total, de tal modo que seja possível obteruma referência sobre qual o principal poluentedominante na área.

A partir do resultado global, estimar qual será acontribuição de uma nova fonte ou a ampliação defonte já existente na região e qual será a capacidade deabsorção de mais poluentes pela atmosfera local.

5

2.5 Estudo de Reações Secundárias de OrigemFotoquímica

Considerando que os modelos de dispersão mantém ospoluentes in natura ao longo da trajetória de diluição naatmosfera e que as reações entre os hidrocarbonetosnão queimados e os óxidos de nitrogênio na presençade luz formam o ozônio, nesta atividade é avaliado omecanismo de formação do ozônio segundo esteprincípio, com base na carga de poluentes presentes naárea de influência e o respectivo potencial de síntese deozônio.

O smog fotoquímico é afetado por um grande númerode fatores complexos variáveis no espaço e no tempo,envolvendo um grande número de poluentes primáriose secundários de forma não linear e ainda não bemconhecida em todos os seus detalhes. As escalastemporais das variações de concentrações tipicamenteobservadas durante a ocorrência do smog fotoquímicoé da ordem de poucas horas, sendo estas variaçõesbastante significativas dentro do período de um dia.

Existe uma variedade de modelos matemáticos desimulação de aspectos do smog fotoquímico os quaisdiferem em aspectos relacionados à fluidodinâmica,meteorologia e mecanismos de geração e de destruiçãodas substâncias participantes. O modelo RPM-IV (Reactive Plume Model IV)apresenta as características desejáveis para uma análisedo problema em questão(United States EnvironmentalProtection Agency, 1992). O modelo RPM-IV é um modelo numérico de plumaque simula as complexas interações existentes entre adispersão e fenômenos fotoquímicos envolvidos. Estemodelo pode ser utilizado para a simulação deefluentes gerados em uma única fonte pontual, fontessuperficiais e, em alguns casos, várias fontes pontuais.

Entretanto, em função das limitações do modelo derepresentação dos efeitos fotoquímicos, neste estágionão está prevista modelagem, tendo em vista acomplexidade dos fenômenos envolvidos e asincertezas das reações de formação de ozônio.

3.0 - LIMITAÇÕES

Como qualquer trabalho de estimativa e modelagem,os resultados de caráter preditivo são aproximados,necessitando de posterior calibração e aferição para arespectiva validação. Menores erros são obtidos quantomais precisa for a representação dos fenômenosenvolvidos. A precisão de análise preditiva pode sersubdividida em 3 níveis: informativa-fornecendo umainformação apenas de caráter geral, informando a

direção do fenômeno; orientativa-orientando de formamais direta sobre os resultados de determinadoprocesso e indicativa-de caráter praticamentedeterminativo, fornecendo resultados com margem deerro admissível aos processos usuais de engenharia.

No processo de análise proposto existem 3 limitaçõesprincipais e fontes de possíveis imprecisão:

• estimativa das taxas de emissões• modelagem da dispersão• taxa de formação de ozônio

A primeira medida para diminuir a imprecisão é abusca de capacitação dos responsáveis pelasestimativas, indicando profissionais com conhecimentotécnico comprovado no assunto, acumulando trabalhosempíricos na área e base científica para a descrição dofenômeno.

As taxas de emissões por fonte serão apresentadas porfaixas de mínimo e máximo, com a proposta de umvalor mais provável. Com um grau de certeza bastantealto, poderá ser afirmado que o valor real estará nafaixa prevista. A simulação com o valor propostodeverá apontar para a situação mais provável, enquantoque o valor máximo implicará numa estimativa de tetomáximo.

Para a modelagem de dispersão serão utilizadosmodelos desenvolvidos pela US-EPA e aceitos porórgãos de controle ambiental. Os resultados dependemsobremaneira da base de dados meteorológicosutilizada. A simulação com inversão térmica é acondição mais crítica para efeito de concentração depoluentes ao nível do solo.

A complexidade das reações de formação de ozôniodificulta a representação e a modelagem do fenômeno,induzindo o problema a um caráter exploratório, comprecisão a nível informativo. Entretanto, a estimativada concentração de poluentes não reativos obtidos daestimativa inicial das taxas de emissão e simuladosatravés de modelos de dispersão apresentam resultadoscom precisão orientativa. O nível indicativo é obtidocom simulações dos valores máximos sob condiçõescríticas de dispersão, implicando num limite deexposição.

A contribuição deste trabalho está na obtenção de umprimeiro diagnóstico preditivo da regional, que podeser realizado num prazo de 2 a 3 meses.

É fundamental e imprescindível a colaboração dasindústrias implantadas e acessantes a região,delimitadas na área de concentração de fontespoluidoras, no sentido de fornecer as informações

6

básicas destas fontes - equipamento e combustível. Oscenários simulados, segundo as taxas de emissão maisprováveis e máximas serão o da situação atual, e o dasituação com as metas de redução estabelecidas peloórgão ambiental com as indústrias. A estes 2 cenáriosserão incorporados os novos projetos acessantes.

Obviamente que este trabalho não pretende substituir odiagnóstico ambiental real via medição emonitoramento. Este diagnóstico envolve medições emtodas as fontes de emissão e monitoramento daqualidade do ar em alguns locais da região. Além deenvolver uma massa considerável de recursos, estetrabalho consome um tempo significativo deaproximadamente 2 anos. As medições são realizadasem tempo real, o monitoramento é vinculado acondições meteorológicas e uma baixa série de dadoslimita a representabilidade dos resultados.

Os 2 trabalhos se complementam. O modelo preditivoproposto poderá estabelecer as condições orientativasda região a nível de qualidade do ar. A medição decampo fornecerá dados reais para uma pequena série,contudo de fundamental importância para aferir,calibrar e validar o modelo. E, a terceira faseconcluindo o processo é a aplicação do modelo paraextrapolar as condições de contorno da medição eestabelecer cenários futuros, contemplando acapacidade de suporte da região.

Vale ressaltar que para a realização deste trabalho énecessária uma avaliação conjunta desta proposta comas equipes da Cetesb e SMA/DAIA, visando averificação dos critérios a serem aplicados.

4.0 - CONCLUSÕES

O planejamento ambiental definido como oprocedimento técnico, político, dinâmico, contínuo eparticipativo, que a partir do conhecimento dedeterminada região indicará as ações de preservação erecuperação ambiental, para se atingir uma qualidadede vida adequada para as gerações atuais e futuras;

e, a capacidade de suporte definida como a capacidadedo meio físico de receber os remanescentes dasemissões das fontes poluidoras de forma a serematendidos os padrões ambientais e os diversos usos dosrecursos naturais,

são conceitos cada vez aceitos e difundidos. Sãoconceitos acima de tudo coerentes que a médio prazodeverão estar incorporados de forma efetiva naavaliação de projetos.

É freqüente se ouvir a seguinte argumentação durante oprocesso de licenciamento de uma UTE: “Devem ser

abordados, sem rodeios aquelas possibilidades maispreocupantes ou ameaçadoras, pois é a somatória dapoluição que deve ser o alvo da análise e não este ouaquele empreendimento, isoladamente”. Os 2conceitos atendem este requisito.

O método preditivo acima exposto pode fornecer oprimeiro instrumento de avaliação nesta linha de ação.

Agradecimentos às equipes do IPT – Instituto dePesquisas Tecnológicas (Divisão de Mecânica eEletricidade); Ecosoft; JVA Assunção; Jaako PöyriEngenhaia e Eng. Sérgio Eiger, pela colaboração naelaboração das propostas técnicas de estudo.

5.0 - BIBLIOGRAFIA

(1) Negri, J.C. e outros. - Diagnóstico Preditivo daQualidade do Ar na Região de Paulínia, TPP –Termoelétrica do Planalto Paulista. São Paulo, 1999.

(2) SMA/SP – Planejamento Ambiental da AtividadeIndustrial na Região de Influência de Paulínia –Resolução SMA 13 de 19/3/99. São Paulo, 1999.