Segurança Energética e Mudanças Climáticas

Transcrição

1 Segurança Energética e Mudanças Climáticas Prof. Roberto Schaeffer Programa de Planejamento Energético, COPPE/UFRJ 23 de agosto de 2011

2 Introdução Painel 3: Pessoas, Ecossistemas e Energia Natural/lícito se ter preocupações crescentes acerca dos impactos dos sistemas energéticos sobre os ecossistemas e sobre as pessoas Pressão surge das pessoas para com a biodiversidade, áreas indígenas etc, através da participação crescente da sociedade nos processos decisórios Impactos dos sistemas energéticos são variados, local e globalmente Foco aqui assumirá uma ótica inversa: vulnerabilidade do sistema energético nacional às mudanças climáticas e possíveis estratégias de adaptação Necessidade de incorporar incertezas climáticas no planejamento energético de longo prazo

3 Introdução Sistema energético brasileiro fortemente dependente de fontes primárias renováveis Mudanças nas condições climáticas podem comprometer mais fortemente a produção de energia renovável Fontes renováveis representam importante alternativa para a mitigação das mudanças climáticas globais (MCG) Por serem fortemente dependentes de condições climáticas, podem se tornar mais vulneráveis aos próprios impactos do fenômeno que procuram evitar

4 Introdução MCG podem afetar a produção/consumo de energia ao alterar: Padrões de precipitação: hidreletricidade e produção de biocombustíveis (e também disponibilidade hídrica para empreendimentos energéticos os mais diversos) Padrões de temperatura: hidreletricidade (pela maior evaporação em reservatórios e competição pelo uso da água), termeletricidade, produção de biocombustíveis e demanda de energia Regime de ventos: potencial eólico (além de obras de engenharia em geral, como torres e linhas de transmissão)

5 Estudos de Impactos de MCG sobre Hidreletricidade

6 Situação do SIN

7 Diferentes Bacias Hidrográficas

8 Contribuição Relativa das Diferentes Bacias

9 Sazonalidade de Diferentes Regiões

10 Fatores de Influência na Modelagem Hidroenergética Características do sistema hidrelétrico Número de usinas/potência instalada Participação no sistema elétrico (complementar ou complementado) Extensão geográfica e sazonalidade Interconexões (hidráulicas e energéticas) Tipos de usinas/capacidade de armazenamento Medidas de impacto Potencial de geração Energia média Energia firme Energia assegurada Fator de capacidade Viabilidade econômica

11 Projeções Climáticas (GCM + downscaling) Esquema geral da metodologia proposta Temperatura e Precipitação Modelagem Hidrológica (i) Vazão aos reservatórios Impactos indiretos sobre outros setores Modelagem Hidrelétrica (ii) Fator de capacidade firme Cálculo das Opções de Adaptação de Menor Custo (iii) Impactos sobre geração: Energia média Energia firme Incertezas Cumulativas

12 Hidreletricidade: modelagem Cenários Climáticos A2 e B2: precipitação e temperatura Vazões naturais afluentes aos reservatórios das hidrelétricas Novo conjunto de séries de vazão Séries mensais de 75 anos ( ) 195 usinas no Sistema Interligado Nacional (configuração do PDE 2015) Modelo de operação do sistema hidrelétrico SUISHI-O Energia Firme (garantida) Fator de capacidade Energia Média (geração média ao longo do tempo)

13 Vazão: Variações anuais (fonte: Salati et al., 2009; baseline = 100) Bacias do Sul/Sudeste MW = 45,1% MW = 3,8% MW = 3,8% B2 A2 Paraná B2 A2 At. Sudeste B2 A2 At. Sul baseline baseline B2 A2 Paraguai B2 A2 Uruguai baseline baseline baseline MW = 0,6% MW = 4,1% Nota: Potência instalada em 2015, segundo o Plano Decenal de Expansão (PDE,2015)

14 Vazão: Exemplo de variações anuais (fonte: Salati et al., 2009; baseline = 100) Bacias do Norte/Nordeste MW = 15,4% MW = 15,7% MW = 9,7% Amazônia Tocantins Araguaia São Francisco B2 A2 100 B2 A2 100 B2 A baseline baseline baseline MW = 1,1% 842 MW = 0,8% At. Leste Parnaíba Nota: Potência instalada em 2015, segundo o Plano Decenal de Expansão (PDE,2015) B2 A B2 A baseline baseline

15 Metodologia : SUISHI-O Modelo de simulação da operação de usinas individualizadas com cálculo de energia firme 3 simulações: Cenário Referência vazões mensais médias históricas Cenário A2 vazões médias históricas com impactos de MCG Cenário B2 vazões médias históricas com impactos de MCG

16 Hidreletricidade: resultados 2035 SUISHI-O Fator de Capacidade Médio Subsistema Histórico A2 B2 S/SE/CO <30MW 58.0% 40.2% 39.7% entre 30 e 300MW 48.5% 31.6% 32.1% >300MW 44.6% 38.7% 39.5% N/NE <30MW 58.0% 43.4% 48.8% entre 30 e 300MW 42.4% 21.5% 23.3% >300MW 74.6% 38.4% 40.4%

17 Hidreletricidade: resultados 2035 SUISHI-O Variação em Relação ao Cenário Referência Bacia A2 B2 E. Firme E. Média E. Firme E. Média Amazonas -36% -11% -29% -7% Tocantins Araguaia -46% -27% -41% -21% São Francisc o -69% -45% -77% -52% Parnaiba -83% -83% -88% -82% At. Leste -82% -80% -82% -80% At. Sudeste -32% 1% -37% -10% At. Sul -26% 8% -18% 11% Uruguai -30% 4% -20% 9% Paraguai -38% 4% -35% -3% Paraná -8% 43% -7% 37% TOTAL -31% 3% -29% 1%

18 Resultados SUISHI-O Energia Média Cenário A2 Cenário B2 Variação Percentual > (- 20) (-20)-(-40) (-40)-(-60) <(-60)

19 Resultados SUISHI-O Energia Firme Cenário A2 Cenário B2 Variação Percentual > (- 20) (-20)-(-40) (-40)-(-60) <(-60)

20 Vulnerabilidade hidrelétrica: Conclusões Apenas uma projeção climática utilizada necessidade de ampliar o número de cenários climáticos Comprometimento da confiabilidade do sistema de geração hidrelétrica pelas MCG queda em energia firme Geração média não é fortemente comprometida, embora haja impactos significativos sobre a geração hidrelétrica na região Norte/Nordeste (importância da Bacia do Paraná) Transmissão de eletricidade deve se tornar ainda mais importante

21 Potencial eólico bruto atual VELOCIDADE MÉDIA Velocidade média < 4 Velocidade média >4; <4.5 Velocidade média >4.5; <5 Velocidade média >5; <5.5 Velocidade média >5.5; <6 Velocidade média >6; < 6.5 Velocidade média >6.5; < 7 Velocidade média >7; < 7.5 Velocidade média >7.5; < 8 Velocidade média >8; < 8.5 Velocidade média > 8.5 ATLAS

22 Potencial eólico bruto: resultados VELOCIDADE MÉDIA Variação média < -20% Variação média >-20; <-15% Variação média >-15; <-10% Variação média >-10; <-5% Variação média >-5; <0% Variação média >0; < 5% Variação média >5; <10% Variação média >10; <15% Variação média >15; < 20% Variação média >20% A B A B2

23 Cenários Setor Energético: adaptação de menor custo A2 A2-1: sem MCG A2-2: com MCG (impacto sobre fator de capacidade firme) A2 Cenário tendencial Taxa de desconto diferenciada para alternativas de geração elétrica B2 B2-1: sem MCG B2-2: com MCG (impacto sobre fator de capacidade firme) B2 Cenário alternativo Maior incentivo à conservação de energia e melhoras tecnológicas

24 Adaptação Setor Elétrico Cenário A2 variação em 2035 Energia Cap. Instalada TWh var % GW Hidroelétricas Pequena (<30MW) -12 ( ) -30% ( ) 0,0 Média (>30MW; <300MW) -63 ( ) -36% ( ) 0,0 Grande (>300MW) -87 ( ) -28% ( ) 0,0 Bagaço-de-cana CP 22 bar 0 0% 0,0 CP 42 bar 0 0% 0,0 Cogeração em Cascata -20 ( ) -57% ( ) -3,7 ( ) CEST 99 ( ) 143% ( ) 13,2 ( ) BIG-GT 0 0% 0,0 Resíduos Sólidos Urbanos 0 0% 0,0 Eólica 21 ( ) 39% ( ) 10,0 ( ) Gás Natural 128 ( ) 129% ( ) 31,7 ( ) Nuclear 24 ( ) 31% ( ) 3,2 ( ) Carvão Mineral 0 0% 0,0 Diesel 0 0% 0,0 Óleo Combustível 0 0% 0,0

25 Adaptação Setor Elétrico Cenário B2 variação em 2035 Energia Cap. Instalada TWh var % GW Hidroelétricas Pequena (<30MW) -12 ( ) -30% ( ) 0,0 Média (>30MW; <300MW) -61 ( ) -35% ( ) 0,0 Grande (>300MW) -80 ( ) -26% ( ) 0,0 Bagaço-de-cana CP 22 bar 0 0% 0,0 CP 42 bar 0 0% 0,0 Cogeração em Cascata -12 ( ) -100% ( ) -2,3 ( ) CEST 77 ( ) 49% ( ) 10,3 ( ) BIG-GT 0 0% 0,0 Resíduos Sólidos Urbanos 0 0% 0,0 Eólica 24 ( ) 26% ( ) 11,5 ( ) Gás Natural 99 ( ) 117% ( ) 23,8 ( ) Nuclear 0 0% 0,0 Carvão Mineral 53 ( ) 134% ( ) 8,6 ( ) Diesel 0 0% 0,0 Óleo Combustível 0 0% 0,0

26 Adaptação: Resultados Menor confiabilidade do sistema hidrelétrico leva a uma necessidade de maior capacidade instalada de outras fontes (gás natural, nuclear/carvão, bagaço de cana e eólica) Opções de adaptação, e seus custos, diferem na medida em que há diferentes rentabilidades associadas às diferentes opções de geração Sistema elétrico projetado para 2035 teria que aumentar sua capacidade de geração para compensar uma perda de 162 TWh e 153 TWh de geração hidrelétrica por ano, incluindo a demanda adicional nos cenários A2 e B2 Essa capacidade de geração extra implica em investimentos adicionais da ordem de 50 bilhões de dólares

27 Considerações sobre as Vulnerabilidades Segurança energética brasileira pode ser afetada pelas MCG Haveria uma tendência à perda de capacidade de geração hidrelétrica e térmica Mas outra para ganhos na geração eólica Impactos negativos provavelmente se farão sentir com mais intensidade no Nordeste (apesar das incertezas maiores se situarem justamente nesta região), o que, se confirmado, pode agravar disparidades econômicas regionais do país Escassez de dados/ferramentas disponíveis para a avaliação dos efeitos das MCG sobre o setor de energia é um tipo a mais de vulnerabilidade Fundamental incorporar os impactos de diferentes projeções climáticas no planejamento energético nacional

28 No Caso do Nordeste a Geração Eólica Seria uma Boa Alternativa? Como ficaria a questão de uma possível geração de excedentes elétricos em sistemas relativamente inflexíveis? Caso importante no Brasil é o Nordeste: Larga entrada de usinas eólicas pelos leilões Planejamento de usinas inflexíveis: nucleares/hidroelétricas a fio d água Modelagem do sistema elétrico nacional Utilização de um modelo integrado (MESSAGE) Entrada de veículos elétricos para absorver excedentes elétricos

29 Impactos da Geração Eólica em Larga Escala no Sistema Energético Brasileiro

30 Impactos da Geração Eólica em Larga Escala no Sistema Energético Brasileiro Modelo Padrão Vento Modelo Padrão Geração Eólica Modelo Despacho Rede elétrica Sazonalidade diária do vento Sazonalidade mensal do vento Modelo conversão de energia Custo de instalação Custo O&M (fixo e variável) Fator de capacidade Tempo de construção da planta Tempo de operação da planta Energia não utilizada

31 Impactos da Geração Eólica em Larga Escala no Sistema Energético Brasileiro Sazonalidade Mensal Sistema S2 Jan-Mar Abr-Jun Jul-Set Out-Dez Sazonalidade Horária Sistema S :30h 04:30h 07:30h 10:30h 13:30h 16:30h 19:30h 22:30h Hidro Grande Hidro Pequena / Média Eólica Carga Eólica Carga

32 Impactos da Geração Eólica em Larga Escala no Sistema Energético Brasileiro Resultados Capacidade instalada no subsistema S2 (MW) Bagaço CP 22bar Bagaço BIG-GT Bagaço CEST Carvão Mineral Gás Natural Ciclo Combinado Gás Natural Ciclo Aberto Hidrelétrica Grande Hidrelétrica Média Hidrelétrica Pequena Óleo Diesel Nuclear Eólica Total Nota: CP Conta Pressão. BIG/GT (Biomass Integrated Gasification/Gas Turbines) - Sistema de gaseificação da biomassa acoplado a turbina a gás. CEST (Condensing-Extraction Steam Turbine) - Turbina a vapor de extração e condensação.

33 Impactos da Geração Eólica em Larga Escala no Sistema Energético Brasileiro Resultados Excedente eólico no subsistema S2 GWh/período Jan/Fev/Mar Abril/Maio/J un Jul/Ago/Set Out/Nov/Dez 1-6h h h h h h h h h h h h h h h h h h h h

34 Impactos da Geração Eólica em Larga Escala no Sistema Energético Brasileiro Resultados Excedente eólico e frota elétrica no subsistema S2 Excesso de Energia (GWh) Carga S2 (TWh) % Frota ,6% ,7% ,8% ,9% ,0% ,1% PHEV50

35 Considerações Finais Sistema elétrico brasileiro impacta o meio ambiente e parece ser impactável por este Estes impactos serão crescentes tanto local quanto globalmente Do ponto de vista local, a seleção cuidadosa dos novos sítios, usinas a fio d água e outras alternativas (eficiência e outras tecnologias) têm que estar no menu Do ponto de vista global, as emissões do setor energético brasileiro tendem a crescer, ainda que partam de uma base bastante baixa Paradoxalmente, as vulnerabilidades do setor elétrico brasileiro às mudanças climáticas podem torná-lo mais carbono-intensivo ao longo do tempo Estas vulnerabilidades precisam ser melhor estudadas, e crescentemente incorporadas no planejamento da operação e expansão do setor

36 Considerações Finais Também neste caso, alternativas pelo lado da demanda e da oferta têm que fazer parte do menu de opções Uma alternativa interessante de oferta parece ser a energia eólica Não apenas o potencial eólico brasileiro já é substancial, como pode crescer no tempo com as mudanças climáticas E um possível excedente elétrico eólico poderia ser usado para carregar veículos elétricos plug-in, o que poderia ser um começo de criação de um plano estratégico para eletrificação do setor de transportes (que parece ser uma tendência mundial) Além disso, a recarga dos veículos pode aumentar o FC das usinas existentes E, no caso do nordeste, este possível excedente elétrico ocorreria basicamente entre janeiro e julho, permitindo também uma boa complementariedade com a safra da cana, facilitando ainda mais a integração setor elétrico com o setor de transportes

37 Obrigado Roberto Schaeffer Programa de Planejamento Energético PPE / COPPE / UFRJ