Renewables Outlook 2007

Renewables Outlook 2007 Caracterização das várias tecnologias renováveis existentes e emergentes, contribuição para um posicionamento de negócio Alberto Giuseppe Ferreira Biamonti Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia e Gestão Industrial Júri Presidente: Prof. Doutor Rui Miguel Loureiro Nobre Baptista Orientador: Prof. Doutor José Manuel Costa Dias de Figueiredo Vogais: Eng. Pedro Rafael de Sampaio e Melo Neves Ferreira Prof. Doutor João Carlos Correia Leitão Agosto 2008

Agradecimentos Gostaria de agradecer às seguintes pessoas: Aos meus pais, Maria Helena de Biamonti e Alberto Giuseppe Biamonti, pelo esforço e dedicação que tiveram ao longo da minha educação pois, é devido a eles que me formei enquanto pessoa e profissional. Ao meu orientador e amigo Prof. José Figueiredo, pela dedicação, apoio e amizade que teve ao longo da minha formação académica. À equipa da Direcção de Planeamento Estratégico da Energia de Portugal, S.A.. Em particular, gostaria de agradecer ao director Eng. Pedro Neves Ferreira pela oportunidade que me deu em desenvolver a tese assim como no apoio prestado e ao Dr. José Novais Gonçalves e à Dra. Ana Margarida Sanches pela forte ajuda que me facultaram.

Resumo Pesquisa e levantamento de dados sobre energias renováveis, análise e reflexão sobre esses elementos, desenvolvimento de modelo de acordo com a metodologia de custos nivelados para aplicar às tecnologias estudadas, e consequente estudo comparativo entre elas. A curva evolutiva do custo nivelado de cada tecnologia em função do ano de investimento, faculta uma plataforma de reflexão estratégica acerca das evoluções possíveis a curto, médio e longo prazo do investimento em renováveis. O referido levantamento foi efectuado utilizando fontes profissionais, trabalhos de consultoria e publicações de associações energéticas profissionais, sempre que possível cotejado com trabalhos académicos. O modelo desenvolvido permitiu construir tabelas numéricas das quais se parte para desenhar as curvas de evolução que permitem a comparação numa óptica de custos entre as diferentes tecnologias. Partindo dos dados de 2008 conseguiu-se um quadro com os valores dos custos nivelados para 2008. Daqui, entrando com diversos factores (evolução da inflação, estado de maturidade de cada tecnologia, evolução previsível de OPEX e curvas de experiência de CAPEX), conseguiu-se extrapolar os custos nivelados por tecnologia para anos de investimento até 2030. Da análise de custos nivelados e do levantamento feito das diferentes tecnologias emergiram reflexões estratégicas sobre o perfil de evolução que vai haver no eólico e na geração distribuída. Elaborou-se um estudo do mercado de turbinas eólicas de forma a concluir-se qual a melhor estratégia de fornecimento de turbinas a adoptar. Identificaram-se ameaças no negócio de geração centralizada de uma promotora e elaborou-se um estudo de oportunidades de negócio na geração distribuída. Palavras Chave: Energias Renováveis, Custos Nivelados, Tecnologias, Turbinas, Geração Distribuída

Abstract Research and acquisition of data relating to renewable energies, analysis and consideration of these elements, development of models in accordance with a levelized cost methodology for application to the considered technologies and consequent comparative appraisal. The levelized cost evolution curve for each technology, as a function of the investment year, provides a platform for strategic consideration on the possible developments of investment in renewable energies at short, medium and long term. The data were acquired from professional s sources, consulting reports and from professional energetic association s publications and, when possible, confronted with academic studies. The developed model allowed developing numerical data to construct progression curves which allowed a cost evaluation among the technologies analyzed. Using the 2008 data, a levelized cost for the same year was developed and, by introducing factors such as: inflation curve, status of the art for each technology, estimated evolution of OPEX and CAPEX experience curve, it was possible to extrapolate the levelized costs for each technology and for each year of investment, through 2030. From the analysis of the levelized costs and the study of the different technologies, some strategic reflections emerged on the evolution profile of the wind energy and the distributed generation. A study of the wind turbine generators market was made to decide upon the best strategy for the turbine s procurement. Treats to the centralized generation business of an electric supply company were identified and a study was made on the opportunities available for the distributed generation business. Keywords: Renewable energies, levelized cost, technologies, turbine, distributed generation

Índice PARTE I Levantamento e Análise de Tecnologias Renováveis 0. Introdução 1 1. Contextualização 3 2. Descrição das tecnologias 10 2.1 Metodologia utilizada 10 2.2 Energia hídrica 12 2.2.1 Hídrica convencional 12 2.2.2 Mini hídrica 13 2.3 Energia eólica 15 2.3.1 onshore 15 2.3.2 offshore 18 2.4 Energia solar 22 2.4.1 Fotovoltaico (PV) 22 2.4.2 Termoeléctrico 26 2.5 Biológica 29 2.5.1 Biomassa 29 2.5.2 Biogás 32 2.6 Energia marítima 35 2.6.1 Ondas 36 2.6.2 Marés/Correntes 38 2.7 Energia geotérmica 41 3. Cálculo dos custos nivelados 45 4. Conclusões operacionais 50 4.1 Eólica 52 4.2 Solar 53 PARTE II Reflexões Estratégicas 5. Análise estratégica do fornecimento de turbinas 55 5.1 Situação do mercado de fornecimento de turbinas 55 5.1.1 Factores de subida do preço 56 5.1.2 Factores de descida do preço 61 5.2 Caracterização do posicionamento de diferentes players 64 5.2.1 Iberdrola Renovables (IBR) 64 5.2.2 EDP Renováveis (EDPR) 66 5.2.3 Acciona e Endesa 67 5.2.4 Comparação dos players em análise 68 5.3 Reflexão estratégica sobre tipo de fornecimento 70 6. Geração distribuída, ameaças e oportunidades 72 6.1 Oportunidade de negócio 72 6.1.1 Modelos de negócio de uma ESCO 72 6.1.2 Segmentação do mercado 76

6.1.3 Legislação e empresas existentes 76 6.2 Análise da cadeia de valor 77 6.3 A grande questão sobre a geração distribuída 78 7. Conclusão 79 Referências Bibliográficas 80 ANEXOS 83 Anexo 1: Consumo e potencial das tecnologias em 2020, por país Anexo 2: Horas de funcionamento das tecnologias por país em 2006 Anexo 3: Tabela descritiva de hídrica convencional Anexo 4: Tabela descritiva de mini hídrica Anexo 5: Tabela descritiva de eólica onshore Anexo 6: Tabela descritiva de eólica offshore Anexo 7: Tabela descritiva de solar PV Anexo 8: Tabela descritiva de solar termoeléctrico Anexo 9: Tabela descritiva de biomassa Anexo 10: Tabela descritiva de biogás Anexo 11: Tabela descritiva de ondas Anexo 12: Tabela descritiva de marés Anexo 13: Tabela descritiva de geotérmica II-1 II-2 II-3 II-4 II-5 II-6 II-7 II-8 II-9 II-10 II-11 II-12 II-13

Índice de figuras Figura 1.1: Potencial de energia por fonte renovável 4 Figura 1.2: Potencial técnico de energia por fonte renovável 5 Figura 1.3: Energia primária e electricidade mundial consumida em 2005 5 Figura 1.4: Forças que têm alavancado o desenvolvimento das tecnologias limpas 6 Figura 1.5: Repartição da geração renovável adicional entre 1990 e 2005 7 Figura 1.6: Repartição, por geografia, da geração renovável adicional entre 1990 e 2005 7 Figura 1.7: Evolução do investimento em I&D nos últimos anos 8 Figura 1.8: Posicionamento das várias tecnologias consoante o seu estado tecnológico 8 Figura 1.9: Melhorias de aspectos tecnológicos das tecnologias eólica onshore e solar PV 9 Figura 2.1: Tecnologias utilizadas para a geração de energia eléctrica por fonte renovável 10 Figura 2.2: Explicação dos factores económicos, tecnológicos e políticos 11 Figura 2.3: Esquema de funcionamento de uma central hidroeléctrica (albufeira) 12 Figura 2.4: Gráfico da previsão da capacidade instalada de hídrica convencional e de mini hídrica 13 Figura 2.5: Escolha da percentagem de redução de custos por duplicação de capacidade de mini hídrica 13 Figura 2.6: Escolha do valor de CAPEX para mini hídrica 14 Figura 2.7: Escolha do valor de OPEX para mini hídrica 14 Figura 2.8: Escolha da percentagem de horas de funcionamento anuais para mini hídrica 14 Figura 2.9: Escolha do período de vida típico de uma estação mini hídrica 15 Figura 2.10: Fotografia de uma unidade eólica onshore 15 Figura 2.11: Curva de previsão de capacidade instalada de eólica total 16 Figura 2.12: Curva de previsão de capacidade instalada de eólica onshore 16 Figura 2.13: Escolha da percentagem de redução de custos por duplicação de capacidade de onshore 17 Figura 2.14: Escolha do valor de CAPEX para eólica onshore 17 Figura 2.15: Escolha do valor de OPEX para eólica onshore 17 Figura 2.16: Escolha da percentagem de horas de funcionamento anuais para eólica onshore 18 Figura 2.17: Escolha do período de vida típico de um parque eólico onshore 18 Figura 2.18: Fotografia de uma unidade eólica offshore 18 Figura 2.19: Técnicas utilizadas ou em estudo para a fixação de aerogeradores offshore consoante a profundidade 19 Figura 2.20: Curva de previsão de capacidade instalada de eólica offshore 20 Figura 2.21: Escolha da percentagem de redução de custos por duplicação de capacidade de offshore 20 Figura 2.22: Escolha do valor de CAPEX para eólica offshore 20 Figura 2.23: Escolha do valor de OPEX para eólica offshore 21 Figura 2.24: Escolha da percentagem de horas de funcionamento anuais de eólica offshore 21 Figura 2.25: Escolha do período de vida típico de um parque de eólica offshore 21 Figura 2.26: Esquema do funcionamento foto voltaico e imagem de uma central termoeléctrica 22 Figura 2.27: Caracterização dos tipos de módulos utilizados em foto voltaico 23 Figura 2.28: Curva de previsão de capacidade instalada de solar total 23 Figura 2.29: Curva de previsão de capacidade instalada de solar foto voltaico 24 Figura 2.30: Escolha da percentagem de redução de custos por duplicação de capacidade de solar PV 24 Figura 2.31: Escolha do valor de CAPEX para solar PV 24 Figura 2.32: Escolha do valor de OPEX para solar PV 25 Figura 2.33: Escolha da percentagem de horas de funcionamento anuais de solar PV 25

Figura 2.34: Escolha do período de vida típico de uma estação de solar PV 25 Figura 2.35: Caracterização dos tipos de tecnologias termoeléctricas 26 Figura 2.36: Curva de previsão de capacidade instalada de termoeléctrico 27 Figura 2.37 Escolha da percentagem de redução de custos por duplicação de capacidade termoeléctrico 27 Figura 2.38: Escolha do valor de CAPEX para solar termoeléctrico 27 Figura 2.39: Escolha do valor de OPEX para solar termoeléctrico 28 Figura 2.40: Escolha da percentagem de horas de funcionamento anuais de solar termoeléctrico 28 Figura 2.41: Escolha do período de vida típico de uma central de solar termoeléctrico 28 Figura 2.42: Caldeira onde se produz vapor super pressurizado a partir da biomassa 29 Figura 2.43: Curva de previsão de capacidade instalada de biológica 30 Figura 2.44: Curva de previsão de capacidade instalada de biomassa 30 Figura 2.45: Escolha da percentagem de redução de custos por duplicação de capacidade de biomassa 31 Figura 2.46: Escolha do valor de CAPEX para biomassa 31 Figura 2.47: Escolha do valor de OPEX para biomassa 31 Figura 2.48: Escolha da percentagem de horas de funcionamento anuais de biomassa 32 Figura 2.49: Escolha do período de vida típico de uma central de biomassa 32 Figura 2.50: Ciclo de vida dos resíduos utilizados na produção de electricidade a partir de biogás 33 Figura 2.51: Curva de previsão de capacidade instalada de biogás 33 Figura 2.52: Escolha da percentagem de redução de custos por duplicação de capacidade de biogás 33 Figura 2.53: Escolha do valor de CAPEX para biogás 34 Figura 2.54: Escolha do valor de OPEX para biogás 34 Figura 2.55: Escolha da percentagem de horas de funcionamento anuais de biogás 34 Figura 2.56: Escolha do período de vida típico de uma central de biogás 35 Figura 2.57: Caracterização das diferentes tecnologias oceânicas 35 Figura 2.58: Projecto de produção de electricidade a partir da energia das ondas 36 Figura 2.59: Curva de previsão de capacidade instalada de oceânica 36 Figura 2.60: Curva de previsão de capacidade instalada de ondas 37 Figura 2.61: Escolha da percentagem de redução de custos por duplicação de capacidade de ondas 37 Figura 2.62: Escolha do valor de CAPEX para ondas 37 Figura 2.63: Escolha do valor de OPEX para ondas 38 Figura 2.64: Escolha da percentagem de horas de funcionamento anuais de ondas 38 Figura 2.65: Escolha do período de vida típico de uma estação de ondas 38 Figura 2.66: Exemplo de exploração de marés/correntes para a produção de electricidade 39 Figura 2.67: Curva de previsão de capacidade instalada de marés/correntes 39 Figura 2.68: Escolha da percentagem de redução de custos por duplicação de capacidade de marés 40 Figura 2.69: Escolha do valor de CAPEX para marés 40 Figura 2.70: Escolha do valor de OPEX para marés 40 Figura 2.71: Escolha da percentagem de horas de funcionamento anuais de marés 41 Figura 2.72: Escolha do período de vida típico de uma estação de marés 41 Figura 2.73: Curva de previsão de capacidade instalada de geotérmica 42 Figura 2.74: Escolha da percentagem de redução de custos por duplicação de capacidade geotérmica 43 Figura 2.75: Escolha do valor de CAPEX para geotérmica 43 Figura 2.76: Escolha do valor de OPEX para geotérmica 43 Figura 2.77: Escolha da percentagem de horas de funcionamento anuais de geotérmica 44 Figura 2.78: Escolha do período de vida típico de uma central geotérmica 44

Figura 2.79: Correspondência entre abreviaturas utilizadas e as respectivas fontes 44 Figura 3.1: Esquema conceptual do modelo desenvolvido 46 Figura 3.2: Taxa de evolução do VOM e FOM considerada na modelação 46 Figura 3.3: Custos nivelados obtidos para o ano de investimento 2008 47 Figura 3.4: Estrutura do custo nivelado das tecnologias 48 Figura 3.6: Curvas do custo nivelado das tecnologias em função do ano de investimento (2008-2030) 49 Figura 3.7: Custo nivelado das tecnologias em função do ano de investimento (2008-2030) 49 Figura 4.1: Nº de duplicações das tecnologias entre 2008 e 2030 50 Figura 4.2: Redução do custo nivelado por tecnologia 50 Figura 4.3: Peso da capacidade eólica no aumento de capacidade de renov. entre o ano de 2008 e 2020 51 Figura 4.4: Análise dos custos nivelados das tecnologias e do seu potencial técnico 51 Figura 4.5: Comparação do CAPEX, OPEX e horas de funcionamento do onshore e do offshore 52 Figura 4.6: Factores Chave de I&D em offshore 52 Figura 4.7: Atractividade de onshore na Europa 53 Figura 4.8: Atractividade de offshore na Europa 53 Figura 4.9: Exposição solar 53 Figura 4.10: Potencial solar e GDP por regiões 53 Figura 4.11: Potencial e horas de funcionamento de PV 54 Figura 4.12: Potencial e horas de funcionamento de termoeléctrico 54 Figura 4.13: Evolução da capacidade instalada de solar por tipo de geração 54 Figura 5.1: Balanço entre factores de subida e de descida do preço 55 Figura 5.2: Evolução do preço das turbinas 55 Figura 5.3: Evolução da capacidade instalada de eólica 56 Figura 5.4: Fragmentação da oferta e da procura do mercado eólico mundial 57 Figura 5.5: Evolução dos custos de garantia das turbinas eólicas 58 Figura 5.6: Evolução da compra de turbinas por dimensão 59 Figura 5.7: Evolução do preço das turbinas por dimensão 59 Figura 5.8: Evolução das margens de EBIT dos fornecedores 59 Figura 5.9: Percentagem do custo total e situação do mercado dos principais sistemas que compõe as turbinas eólicas 60 Figura 5.10: Partição do preço de uma turbina 61 Figura 5.11: Evolução do preço do aço 61 Figura 5.12: Evolução da capacidade de produção de turbinas 61 Figura 5.13: Evolução das quotas de mercado dos fornecedores de turbinas 62 Figura 5.14: Percentagem de capacidade de produção de componentes em 2006 63 Figura 5.15: Margens de EBIT de os produtores de turbinas 63 Figura 5.16: Tendência da produção dos maiores fornecedores de turbinas 63 Figura 5.17: Evolução da capacidade eólica instalada da IBR 64 Figura 5.18: Capacidade instalada da IBR por fonte de energia e por geografia65 Figura 5.19: Investimentos da Iberdrola 65 Figura 5.20: Contratos de turbinas conseguidos pela IBR 65 Figura 5.21: Satisfação das necessidades anuais de turbinas 65 Figura 5.22: Vectores de crescimento estratégico da EDPR 66 Figura 5.23: Capacidade eólica instalada da EDPR 66 Figura 5.24: Concretização da estratégia de renováveis 66

Figura 5.25: Contratos de turbinas conseguidos pela EDPR 67 Figura 5.26: Satisfação das necessidades anuais de turbinas 67 Figura 5.27: Capacidade eólica instalada da Acciona 68 Figura 5.28: Capacidade de produção da Acciona 68 Figura 5.29: Capacidade eólica instalada da Endesa 68 Figura 5.30: Comparação contratos de fornecimento de turbinas entre EDPR e IBR 69 Figura 5.31: Capacidade eólica / capacidade total 69 Figura 5.32: Capacidade eólica instalada por geografia 69 Figura 5.33: Pontos fortes e fracos das três estratégias de fornecimento de turbinas 70 Figura 5.34: Decisão de integração e evolução do preço das turbinas 71 Figura 6.1: Modelo de negócio de contratos de performance 73 Figura 6.2: Modelo de negócio de Leasing / venda do equipamento 74 Figura 6.3: Modelo de negócio de transacções de excesso de energia 74 Figura 6.4: Modelo de negócio de consultoria energética 75 Figura 6.5: Tabela resumo dos modelos de negócio de uma ESCO 75 Figura 6.6: Segmentos de mercado de serviços energéticos 76 Figura 6.7: Legislação relevante existente em Portugal da geração distribuída e eficiência 77 Figura 6.8: Cadeia de valor consoante o paradigma de geração 78 Figura 6.9: Balanço de custos entre sistema actual e sistema 78

PARTE I Levantamento e Análise de Tecnologias Renováveis 0. Introdução A energia é a principal base de sustentação do crescimento económico. Sem fontes primárias de energia abundantes e relativamente baratas não é possível assegurar o crescimento económico, tanto dos países desenvolvidos como dos países em desenvolvimento e, especialmente, das economias emergentes (Lomborg, 2001). O sector da energia desempenha assim um papel verdadeiramente central na caracterização das tendências de desenvolvimento a curto, médio e longo prazo. Presentemente a geração de energia eléctrica utiliza intensivamente combustíveis fósseis: petróleo, gás e carvão. A utilização maciça deste tipo de combustíveis tem provocado algumas ameaças globais: a insegurança de fornecimento e o confronto geopolítico devido aos combustíveis fósseis tem sido cada vez maior, os custos dos combustíveis fósseis têm sofrido uma grande subida e as crescentes emissões de CO 2 têm causado preocupações ambientais. Tem-se vindo a tornar perceptível que é necessário alterar o rumo da geração de electricidade, apostando em fontes de energia não poluentes e renováveis. Está-se a entrar numa fase de transição difícil que exige grandes investimentos em investigação e desenvolvimento tecnológico no sector eléctrico. Assegurar o abastecimento de energia a partir de fontes renováveis é uma condição essencial para a continuidade do crescimento civilizacional e económico (IPCC, 2001). Neste sentido importa analisar a evolução tecnológica das tecnologias renováveis, perspectivando o seu potencial e viabilidade económica a médio e longo prazo. Assim, o trabalho apresentado pretende caracterizar as várias tecnologias renováveis, existentes e emergentes, prever os seus economics a médio e longo prazo e formular alternativas para o posicionamento de uma utility nesta área de negócio, de modo a conseguir delinear a sua estratégia de renováveis com maior segurança. Este estudo foi desenvolvido na Direcção de Planeamento Energético da Energias de Portugal, S.A (EDP). Para a elaboração do trabalho foi feito uma pesquisa e um levantamento de dados de forma intensiva em fontes relacionadas com a área de energias renováveis e com a informação recolhida elaboraram-se diversas análises e reflexões. Foi elaborado um modelo em Microsoft Office Excel de acordo com a metodologia de custos nivelados das tecnologias estudadas para se poder fazer uma comparação de custos de geração entre elas (IEA/NEA, 2005) (Alonso, 2007). A dissertação é composta por duas partes. A primeira Parte I Levantamento e Análise de Tecnologias Renováveis contém os seguintes capítulos: 1. Contextualização: pretende-se contextualizar a problemática da geração eléctrica actual e explicar a importância para a utilização de energia a partir de fontes renováveis; 1

2. Descrição das tecnologias: faz-se um levantamento e caracterização das tecnologias renováveis existentes, analisando o estado de maturidade das mesmas, identifica-se o potencial de cada tecnologia no longo prazo, identificam-se os economics e fazem-se previsões da capacidade instalada mundial de cada tecnologia; 3. Cálculo dos custos nivelados: desenvolvimento do modelo e resultados da aplicação do mesmo para projecções dos custos das tecnologias a longo prazo; 4. Conclusões operacionais: analisam-se as curvas de experiência das tecnologias renováveis (redução do custo versus a capacidade instalada), confrontando-as entre si e elaboram-se análises específicas para tecnologias estrategicamente mais interessantes. A segunda parte Parte II Reflexões Estratégicas é constituída pelos seguintes capítulos: 5. Análise estratégica do fornecimento de turbinas: pretende-se analisar a situação do mercado de turbinas eólicas e a evolução do preço das turbinas assim como analisar a estratégia de fornecimento para diferentes tipos de empresas promotoras de energia; 6. Geração distribuída, ameaças e oportunidades: explica-se a ameaça que a geração centralizada irá enfrentar face ao desenvolvimento da geração distribuída e exploram-se oportunidades de negócio para uma empresa promotora de energia Por fim, no capítulo 7, apresentam-se as conclusões do trabalho, descrevendo-se o que foi conseguido com o trabalho desenvolvido, as vantagens e limitações do mesmo e recomendações para futuro trabalho. 2

1. Contextualização A época que vivemos permite-nos usufruir de uma boa qualidade de vida, caracterizada por um bem-estar e conforto inexcedíveis: um grande acesso à saúde, educação, formação, informação, comunicação, cultura e a uma diversidade de bens e serviços, praticamente sem limites. O estilo de vida descrito, mais ou menos luxuoso, é apenas acessível a alguns no mundo embora sirva de objectivo à maior parte da humanidade. Neste contexto a energia assume uma relevância especial devido à importância da sua posição central, na base dos modelos de desenvolvimento social e económico. Satisfazer a procura de energia necessária ao desenvolvimento nos próximos cem anos é provavelmente o desafio mais importante e difícil com que somos confrontados neste início do século XXI. Antes da revolução industrial podíamos dispor da energia mecânica ou cinética produzida pelos músculos do nosso corpo e de animais, da energia térmica produzida na queima da biomassa, da energia cinética da água, aproveitada com noras, e da energia cinética do vento aproveitada pelos barcos à vela e moinhos de vento. Com a invenção dos motores que transformam a energia química acumulada nos combustíveis fósseis em energia mecânica, tudo se transformou e o consumo de energia per capita aumentou de forma colossal, sobretudo nos países industrializados. Importa precisar que a energia existe sobre várias formas: potencial gravítica que por exemplo, se transforma em energia cinética quando deixamos cair um grave; térmica ou calor; radiativa, por exemplo, a radiação solar ou radiação electromagnética proveniente do Sol; eléctrica, a que corresponde a uma corrente eléctrica, ou seja, ao deslocamento de partículas com carga eléctrica, os electrões; química, por exemplo, a energia contida em algumas moléculas que constituem os seres vivos, como a glucose produzida na fotossíntese e nuclear, uma forma de energia potencial contida nos núcleos dos átomos. Estas várias formas de energia podem converterse umas nas outras, por meios de conversores de energia, mas o processo de conversão nunca é inteiramente eficiente, porque uma parte, maior ou menor, não é recuperável. A principal questão na problemática da energia é assegurar que os utilizadores têm na hora e local onde se encontram a energia necessária e sob a forma adequada. Para tal é preciso dispor de fontes primárias de energia, suficientes e diversificadas, e ainda de um sistema eficiente e economicamente viável de conversão da energia dessas fontes em formas de energia acessíveis aos consumidores, com uma repartição determinada em parte pela procura. Os investimentos realizados nos sistemas de conversão e abastecimento são verdadeiramente gigantescos, pelo que as alterações relativas das várias fontes de energias primárias envolvem necessariamente custos muito elevados. Por volta de 1890, a quantidade global de energia produzida a partir dos combustíveis fósseis carvão e petróleo tornou-se superior à proveniente da biomassa (McNeill, 2000). Na mesma época começou a electrificação em larga escala das cidades e das regiões rurais, que continua ainda a alastrar através do globo, providenciando luz, calor e frio e muitos outros serviços. A utilização global de energia cresceu num factor de aproximadamente cinco no século XIX e acelerou para um factor de dezasseis no século XX (McNeill 2000). É um efeito grandioso do engenho humano, que 3

melhorou decisivamente a qualidade de vida, especialmente no que respeita ao conforto doméstico, revolucionou os estilos de vida, criou novos padrões de comportamento e de consumo e as condições que possibilitaram o enorme crescimento da população e da economia nos últimos dois séculos. Porém, nem todas as consequências da fortíssima intensificação energética são positivas. A maior parte do consumo mundial de energia é baseado nos combustíveis fósseis, designadamente petróleo, carvão e gás natural, este último utilizado sobretudo a partir de 1950. No ano de 2003 as fontes primárias de energia à escala global tinham a seguinte repartição: 80% combustíveis fósseis (34,4% petróleo, 24,4% carvão e 21,2% gás natural); 6,5% nuclear; 2,2% hidroeléctrica; 10,8% biomassa e resíduos renováveis e 0,5 % outras energias renováveis geotérmica, solar, eólica, marés, ondas (IEA, 2004a). Considerando o potencial de energia renovável existente como sendo a energia teoricamente disponível para fins eléctricos, como por exemplo, em termos de energia solar, a radiação solar recebida pela superfície da Terra, temos os valores por fonte de energia renovável apresentados na figura 1.1. Figura 1.1: Potencial de energia por fonte renovável [10 3 TWh/ano] Fonte: UNDP, 2001; IEA, 2007a Uma vez que o homem apenas consegue aproveitar parte da energia devido à ineficiência dos processos de conversão em energia eléctrica e, considerando ainda a utilização do terreno disponível para a exploração energética, o potencial técnico das fontes renováveis reduz-se e são aqueles apresentados na figura 1.2. 4

Figura 1.2: Potencial técnico de energia por fonte renovável [10 3 TWh/ano] Fonte: UNDP, 2001; IEA, 2007a Se se tomar como base os valores do ano de 2005, constata-se que o potencial técnico de renováveis excede as necessidades humanas em energia eléctrica para o ano em análise como se pode analisar na figura 1.3. 130 17 Energia Primary Electricity Electricidade Primária Figura 1.3: Energia primária e electricidade mundial consumida em 2005 [10 3 TWh/ano] Fonte: UNDP, 2001; IEA, 2007a Embora os recursos existam e sejam suficientes, a geração de electricidade a partir de fontes renováveis não é competitiva face à que utiliza combustíveis fósseis, dado a diferença de custos. No entanto, existem diversas forças que têm acelerado a necessidade de se desenvolverem alternativas aos combustíveis fósseis na geração de energia eléctrica, tendo de se apostar em fontes de energia renovável. A figura 1.4, esquematiza algumas destes factores. 5

Procura Global de Electricidade Ameaça O crescimento de zonas urbanísticas, da industrialização e o crescimento económico levará a um aumento da procura de energia Factos A população global em zonas urbanas irá crescer de 49% em 07 para 60% em 30 O consumo de electricidade irá praticamente duplicar de 15.014 TWh em 05 para 29.738 TWh em 30 Custo dos Combustíveis Fósseis A exploração dos combustíveis fósseis na geração de eléctrica tem vindo a revelar-se extremamente cara O preço do barril de petróleo aumentou 297% desde Jan. 00 até Jul. 08 em que atingiu os $147 O preço do gás natural aumentou 65% desde Jan. 00 até Out. 07 em que atingiu os $36 Segurança de Fornecimento Conflitos políticos entre os países fornecedores de combustíveis e os que consomem, tem levado a que haja um grande risco de fornecimento 16 das 24 maiores companhias de petróleo pertencem ou são controladas por Estados Muitos destes países são hostis para os maiores países geradores de energia eléctrica Alterações Climáticas Aumento da consciencialização do impacto do CO 2 nas alterações climáticas As concentrações de CO 2 aumentaram mais do que 1/3 desde a época pré-industrial A temperatura média global aumentou 0,6 C durante o último século (2,2 C em certas regiões) Desenvolvimento Grandes investimentos em tecnologias renováveis levaram a uma redução de custos Espera-se que o custo da geração eléctrica a partir de fontes renováveis venha a descer ~30% até 2020 Tecnológico O aumento do custo das emissões de CO 2 aceleraram a competitividade de tecnologias limpas Figura 1.4: Factores que têm alavancado o desenvolvimento das tecnologias limpas Fonte: IEA, 2007a; Morgan Stanley, 2007a Os factores apresentados têm levado a que a capacidade instalada de energia renovável tenha crescido substancialmente. Como se pode verificar na figura 1.5, a maioria da capacidade de energia renovável é hídrica contudo, na Europa, Japão, Austrália, Nova Zelândia e na Coreia (OCDE Pacífica) o crescimento das renováveis tem sido baseado noutras tecnologias (ver figura 1.6). Em 2004 cerca de 16% da produção global de electricidade provinha de aproveitamentos hídricos. Em alguns países esta percentagem era muito superior, como na Noruega onde atingia 98,8%, Brasil 82,8%, Canadá 57,0% e Suécia 39,6% (IEA 2006b). Porém nos países desenvolvidos a capacidade de aproveitamentos hidroeléctricos está próximo de se esgotar, o que resulta numa aposta em outro tipo de tecnologias. Não é obviamente possível aumentar indefinidamente a capacidade de produção hídrica. Projecções da International Energy Association (IEA) indicam que a produção hídrica está muito longe de poder ser a solução para substituir os combustíveis fósseis, embora a sua contribuição para a produção de electricidade seja importante. 6

1.009 777 232 Geração renovável adicional Hídrica Outras Renováveis Figura 1.5: Repartição da geração renovável adicional entre 1990 e 2005 [TWh] Fonte: IEA, 2007a; Morgan Stanley, 2007a Hídrica Outras Renováveis 89% 92% 95% 91% 66% 64% 34% 36% 11% 8% 5% 9% América do Europa Norte OCDE Pacifica África América Ásia LatinaDesenvolvida Figura 1.6: Repartição, por geografia, da geração renovável adicional entre 1990 e 2005 [TWh] Fonte: IEA, 2007a; Morgan Stanley, 2007a Como foi mencionado anteriormente, as energias renováveis modernas, isto é, geotérmica, solar, eólica, marés e ondas, representavam 0,5% das fontes primárias em 2003. Este número revela bem a enorme extensão de caminho que será necessário percorrer para que as energias renováveis modernas assegurem uma parte significativa da oferta global de energia. Em 2003 a taxa anual de crescimento das energias renováveis modernas foi muito superior à do conjunto de todas as energias renováveis e à totalidade das fontes primárias de energia. As taxas tiveram os valores de 8,2%, 2,3% e 2,1%, respectivamente (IEA, 2004a). O crescimento da capacidade das energias renováveis modernas foi possível devido à enorme investigação e desenvolvimento que se tem efectuado às tecnologias e ao crescente investimento privado, como se pode verificar na figura 1.7. Embora se constate uma diminuição de investimento em I&D prevê-se que vá aumentar nos próximos anos. As eleições presidenciais americanas são uma prova disso mesmo pois, durante a presidência de Clinton foram gastos $50bn em 8 anos em I&D nesta área e o candidato Obama anunciou que se iriam gastar, nos Estado Unidos, $150 bn nos próximos 10 anos. 7

I&D Público na área da energia I&D Privado na área da energia Figura 1.7: Evolução do investimento em I&D nos últimos anos Fonte: Morgan Stanley, 2007c Nos últimos anos verificou-se uma grande evolução tecnológica na área das energias renováveis, tendo certas tecnologias atingido um estado de maturação e tendo-se muitas delas tornado comercializáveis. Por outro lado, com a continuação de I&D nesta área, é de prever que, as tecnologias que hoje já se encontram em estado de maturação se tornem cada vez mais competitivas e que aquelas que estão a surgir se tornem comercializáveis. A figura 1.8 esquematiza diferentes tecnologias de energias renováveis (que se irão descrever e analisar de forma exaustiva no capítulo 2) posicionando-as em relação ao seu estado tecnológico actual. Como exemplo, a figura 1.9 mostra a evolução nos últimos 18 anos de algumas variáveis das tecnologias eólica onshore e da solar fotovoltaica (note-se as melhorias que se verificaram e, em particular no CAPEX 1 ). Figura 1.8: Posicionamento das várias tecnologias consoante o seu estado tecnológico 1 Sigla derivada da expressão Capital Expenditure, custo de investimento por unidade de potência [ /kw]. 8

Avanço Tecnológico Variáveis 1990 Hoje % Mudança Potência da Turbina (MW) 0,05-0,3 2-3 +1.330% Eólica Onshore Diâmetro do Rotor (m) CAPEX ( 2008 /kw instalado) 30 1.600 120 1.100 +300% -69% Área (m 2 /kw) 9-10 6-63% Solar PV Eficiência (%) CAPEX ( 2008 /kw instalado) 10-12% 11.800 16-17% 1 5.350 +50% -45% Figura 1.9: Melhorias de aspectos tecnológicos das tecnologias eólica onshore e solar PV Fonte: IEA, 2006a; GED, 2007; EPIA, 2007 1. Tecnologia Thin-Film mono cristalino O uso intensivo de energia proporcionado pela utilização maciça dos combustíveis fósseis sustentou a revolução industrial e permitiu-nos chegar à actual civilização nos países industrializados. Todavia, os combustíveis fósseis têm o problema de, entre outros factores, provocar emissões de CO 2 e não serem recursos renováveis. Torna-se assim muito importante desenvolver energias renováveis modernas, embora a sua pequena quota de partida nas fontes primárias de energia não permita substituir os combustíveis fósseis a curto e médio prazo. O fim da hegemonia do carvão, petróleo e gás natural é inevitável. Estamos a entrar numa fase de transição difícil que exige grandes investimentos em investigação científica e desenvolvimento tecnológico no sector da energia. Assegurar o abastecimento de energia é uma condição essencial para a continuidade do crescimento civilizacional e económico. Neste sentido, importa analisar a evolução tecnológica destas tecnologias, perspectivando o seu potencial e viabilidade económica a longo prazo. 9

2. Descrição das tecnologias As fontes de energia renováveis são hídrica, eólica, solar, biológica, oceânica e geotérmica. Para se conseguir gerar energia eléctrica a partir destas fontes foram, e estão a ser, desenvolvidas diferentes tecnologias. A figura 2.1 esquematiza as tecnologias utilizadas para a produção de electricidade a partir de fontes renováveis. Figura 2.1: Tecnologias utilizadas para a geração de energia eléctrica por fonte renovável 2.1 Metodologia utilizada Para além de uma simples descrição do funcionamento das tecnologias, é necessário identificar o potencial geográfico de cada tipo de energia renovável, fazer previsões da capacidade instalada (2008 a 2030) e identificar os economics (para o ano de 2008) das tecnologias enumeradas na figura 2.1. Os economics de uma tecnologia são: percentagem de aprendizagem por duplicação de capacidade instalada 2, CAPEX, OPEX 3, FOM, VOM (componente fixa e variável do OPEX), horas de funcionamento durante o ano, vida útil, WACC 4, período de construção e capacidade típica. No caso particular da biomassa e do biogás, é necessário acrescentar o preço do combustível, a 2 Percentagem de redução nos custos devido ao efeito de aprendizagem tecnológico consoante a capacidade instalada da tecnologia. 3 Sigla derivada da expressão Operational Expenditure, custos associados à operação e manutenção por energia produzida [ /MWh] 4 Weighted Average Cost of Capital é uma medida de custo de oportunidade do capital e é a taxa de retorno esperado num determinado investimento. 10