a. Procedimento adotado
O primeiro objetivo nesta etapa é verificar a compatibilidade entre a capacidade de geração estimada e a previsão de geração. O segundo objetivo é verificar em que condições irão operar os sistemas, por fonte/tecnologia, para que a geração prevista seja atendida. O cumprimento do primeiro objetivo resultou no ajuste da capacidade de geração na média; as observações feitas e os resultados alcançados foram reportados no apêndice anterior.
Foram definidos duas variantes associadas à mesma geração de energia elétrica (em cada cenário econômico), estimada para 2030: o primeiro corresponde a um caso crítico do ponto de vista da hidraulicidade, que faria com que o fator de capacidade das hidroelétricas (médio, anual) fosse menor e, consequentemente, as termoelétricas a combustíveis fósseis tivessem que operar mais frequentemente, e com maior capacidade; o segundo caso corresponde ao oposto. Do ponto de vista deste projeto, as duas situações representariam os casos extremos quanto às emissões de GEE na geração de eletricidade, considerando a operação do sistema em condições médias.
A análise começou com a definição das condições de operação da capacidade de geração renovável, exceto as grandes hidroelétricas, tendo em mente que a submeta do INDC brasileiro precisa ser cumprida (ao menos 23% da geração elétrica total, em 2030, com PCHs, energia solar, energia eólica e biomassa). Foram definidas faixas dos fatores de capacidade médios anuais das quatro fontes, que são apresentadas na Tabela D.1., e, na sequência, foi feito o cálculo da probabilidade de atendimento da meta.
Tabela D.1. Fatores de capacidade considerados na simulação – valores médios e faixa
Fator de capacidade PCH Solar Eólica Biomassa
Médio 0,530 0,175 0,280 0,420
Desvio-padrão 0,033 0,008 0,020 0,020
Médio – 3 desvios 0,431 0,151 0,220 0,360
Médio + 3 desvios 0,629 0,199 0,340 0,480
Os valores médios e as faixas de variação dos fatores de capacidade resultam da experiência dos pesquisadores (e.g., no caso da biomassa), de dados da literatura (e.g., no caso da solar), de informações de especialistas (e.g., no caso da solar), e de valores históricos da operação desses
127 sistemas no Brasil (e.g., no caso da eólica e das PCHs). Para o procedimento descrito a seguir foi considerada distribuição normal dos valores, e o desvio padrão foi calculado para que a faixa analisada ficasse entre o valor médio arbitrado, ± três desvios padrão.
Foram estimadas séries aleatórias de dois mil valores (considerada distribuição normal) do fator de capacidade para cada fonte, dentro do intervalo de valores indicados na Tabela D.1. Os valores das quatro séries foram combinados para o cálculo da geração elétrica anual35, em 2030, a partir dos valores de capacidade instalada naquele ano. O total de eletricidade gerada pelas quatro fontes foi comparado com a geração total, para verificar as probabilidades de cumprimento da submeta anteriormente mencionada.
Na Figura D.1. é apresentada a probabilidade acumulada do conjunto de resultados, em relação à fração da geração total. Pode-se ver que a probabilidade de não cumprimento da meta seria relativamente baixa – 7% - e, unicamente sob esse aspecto, este foi considerado um resultado satisfatório.
Figura D.1: Resultados da geração com fontes renováveis em 2030, em relação à geração total – probabilidade de cumprimento em função da fração de geração
Reduzir a probabilidade de não cumprimento significaria aumentar a capacidade instalada, o que possivelmente não seria justificável em função dos investimentos requeridos. Aumentar o fator de capacidade seria pouco factível, uma vez que, exceto a geração com biomassa, os fatores de capacidade dependerão principalmente de fenômenos naturais.
35 No procedimento de cálculo foi considerada a geração elétrica estimada quando da execução da Etapa 6. O valor é,
aproximadamente, intermediário entre as gerações que correspondem aos cenários de alto e baixo crescimento econômicos, anteriormente mencionados.
0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 20% 21% 22% 23% 24% 25% 26% 27% 28% P ro b a b il id a d e a cu m u la d a Renováveis/Geração total
128 Esse procedimento de análise trouxe elementos para o ajuste da capacidade de geração com fontes renováveis, cujos resultados foram apresentados na seção anterior. Por exemplo, se em um dos cenários, nas primeiras rodadas de cálculo, pode-se concluir que a capacidade instalada em energia eólica era maior do que a necessária, a mesm a foi reduzida.
Já na Figura D.2. é apresentado, para um perfil de geração intermediário entre os dois cenários econômicos considerados, o histograma com os resultados estimados da geração de eletricidade com fontes renováveis, em 2030. Os resultados mais frequentes se concentram na faixa entre 208 e 215 TWh/ano.
Figura D.2. Histograma dos resultados da geração com fontes renováveis em 2030
Uma vez definidas as condições de operação das fontes renováveis, foram analisados os dois cenários extremos em termos da hidraulicidade (na sequência, os resultados apresentados correspondem à operação das quatro fontes renováveis com os fatores de capacidade médios, apresentados na Tabela D1).
Entre 2000 e 2014 as usinas hidroelétricas brasileiras operaram com fator de capacidade médio anual variável entre 47,8% (em 2014) e 59,3% (em 2011); os dados relativos a 2015 ainda não estão disponíveis e o fator de capacidade deve ter sido ainda mais baixo (a primeira estimativa é algo próximo de 45%36). Na análise das condições extremas de operação foram considerados 45% e 57,6%
36 Cabe notar que, entre 1974 e 2014, jamais o fator de capacidade médio anual de operação das hidroelétricas
brasileiras esteve abaixo de 47%. 0 20 40 60 80 100 120 140 184.177 186.177 188.177 190.177 192.177 194.177 196.177 198.177 200.177 202.177 204.177 206.177 208.177 210.177 212.177 214.177 216.177 218.177 220.177 222.177 224.177 226.177 228.177 230.177 232.177 234.177 236.177 F re q u ên ci a
129 os fatores de capacidade na operação das hidroelétricas em 2030. O valor mais baixo deve-se à consideração de que as novas hidroelétricas terão capacidade de regularização das vazões ainda menor. Já o maior valor está abaixo do máximo histórico, pois foram considerados fatores de capacidade mínimos para a geração termoelétrica com combustíveis fósseis.
Para as centrais nucleares, os valores de fatores de capacidade médios anuais considerados foram 10% e 91,2%, respectivamente nas situações de alta e baixa hidraulicidade. O primeiro valor foi definido tendo-se em conta que as três centrais nucleares, no limite, poderiam operar como centrais de reserva (e operação apenas nos meses secos, por exemplo). O segundo valor é o maior verificado no histórico de operação dos últimos quinze anos (registrado em 2012).
O ajuste final no procedimento de verificação foi feito com os fatores de capacidade das termoelétricas que operam com combustíveis fósseis. Para os resultados apresentados foram observados fatores de capacidade mínimos, em função de inflexibilidades de algumas centrais37. Inicialmente, foram observados valores históricos, para que não fossem definidas condições pouco prováveis. Na sequência, foram feitos ajustes considerada prioritária a operação das termoelétricas a gás natural, por emitirem menos GEE, seguido das centrais a carvão mineral, por terem baixo custo operacional. Por fim, se necessário, foi adotado o critério de induzir parcelas relativamente próximas para a geração a óleo combustível e a óleo diesel. No procedimento também foi considerado que no horário de ponta as térmicas mais flexíveis – a gás natural e a óleo diesel – são prioritariamente acionadas.
b. Análise dos resultados
Os resultados da aplicação do procedimento anteriormente descrito são apresentados na Tabela D.2. São apresentados resultados para 2030 nas duas condições extremas, que resultam da combinação dos dois cenários econômicos e das hipóteses de maior e menor hidraulicidade; para efeitos de comparação, também são apresentados os resultados equivalentes para 2014.
A primeira observação é que é possível atender o mercado projetado nas duas situações analisadas. No caso de baixo crescimento econômico e hidraulicidade favorável, indicado na tabela como “favorável”, haveria muita margem operacional tanto nas centrais nucleares quanto nas térmicas a combustível fóssil. Assim, em princípio, os custos de geração seriam minimizados e as
130 emissões de GEE reduzidas. Cabe notar que no período 2005-2014 a menor participação das termoelétricas que operam com combustíveis fósseis foi 6,8%, em 2009.
Tabela D.2. Resultados da estimativa de operação em 2030 – fatores de capacidade médios anuais (%) e percentuais da geração total
Média Média do sistema Média do sistema
Fontes 2014a 2030 (favorável) 2030 (crítico)
Hidroelétricas 47,8 57,6 45,0 Nuclear 88,2 10,0 91,2 PCH 47,8 53,0 53,0 Solar ____ 17,5 17,5 Eólica 28,5 28,0 28,0 Biomassa 41,4 41,0 42,0 Gás natural 73,7 10,0 54,0 Carvão mineral 61,9 10,0 64,0 Óleo combustível 49,4 10,0 50,0 Óleo diesel 41,5 8,9 40,0 Renováveis/total 14,7a 23,0 23,9
Geração UTEs fósseis 22,2b 3,4 18,5
Notas: a estimativa para 2015; b estimativa da parcela da geração com gás natural, carvão mineral e derivados de petróleo em relação à geração total.
Por outro lado, no caso do cenário de baixa hidraulicidade, exceto para as térmicas a gás natural, o fator de capacidade médio anual das térmicas seria quase tão elevado quanto aquele verificado em 2014, quando a participação das térmicas foi a maior no período recente38. Na média o fator de capacidade das térmicas a gás natural não é tão elevado porque foi considerado que no atendimento das cargas de pontas a operação dessas térmicas teria que ser priorizada (e, portanto, nesse período o fator de capacidade seria maior).
Nos dois casos há cumprimento da submeta de geração mínima, em 2030, com fontes renováveis.
38 O fator de capacidade das térmicas seria maior do que em 2014, mas a parcela das térmicas na geração total seria
131 Na Tabela D.3. é apresentado o perfil da geração elétrica em 2030, na média e em horário de ponta, para as duas situações extremas do ponto de vista das emissões de GEE (“favorável” e “crítico”).
Tabela D.3. Perfil da geração elétrica em 2030 (%), na média e em horário de ponta, para os cenários extremos de emissões de GEE
Média Ponta Média Ponta
Fontes (favorável) (favorável) (crítico) (crítico)
Hidroelétricas 72,79 66,84 54,10 50,89 Nuclear 0,39 0,34 2,94 2,59 PCH 4,99 4,40 5,03 4,43 Solar 1,41 1,24 1,63 1,43 Eólica 7,08 6,24 8,90 7,85 Biomassa 9,89 8,72 8,68 7,66 Gás natural 1,98 8,75 12,43 17,44 Carvão mineral 0,42 0,40 2,20 1,97 Óleo combust. 0,51 0,50 2,13 1,99 Óleo diesel 0,53 2,56 1,98 3,75