Segurança Energética perspectivas no enfrentamento às mudanças climáticas globais

Conferencia Internacional do INCT para Mudancas Climaticas

28 a 30 de setembro de 2016

Enio B. Pereira (INPE)enio.pereira@inpe.br

Crises e Oportunidades

Crises como a do sistema hídrico podem representar oportunidades para penetração de fontes alternativas de energia

Questão da águaSegurança Energética

Inserção da temática no cenário globalAcordo de Paris e Agenda 2030

• O Brasil incluiu em suas metas de “Contribuicões Nacionalmente Determinadas – NDC”:

– Alcançar 45% de energias renováveis (incluindo hidroelétrica).

• Alguns objetivos específicos da Agenda 2030 têm um claro componente ambiental de garantir acesso a energia limpa, promover consumo e produção responsáveis e de tornar as cidades inclusivas, seguras, resilientes e sustentáveis.

Segurança energética e desenvolvimento sustentável

• Redução de emissões GEE • Menor dependência de combustíveis finitos• Garantir a segurança energética, hídrica e

alimentar

• Aumento da capacidade de geração eólica• Aumento da capacidade de geração solar• Aumento do uso da biomassa energética• Emprego de co-geração e geração híbrida

Fonte: ANEEL, 2016

UHE62%

UTE29%

EOL5%

PCH3%

UTN1%

CGH0%

UFV0%

CAPACIDADE INSTALADA

Energia Renovável Fluxo Anual

(EJ/ano)

Fluxo de energia anual /

quantidade utilizada de energia em 2008 pela humanidade

Bioenergia 1.548 >3,1

Energia Solar 3.900.000 7.900

Energia Geotérmica 1.400 2,8

Energia Hídrica 147 0,3

Energia dos Oceanos 7.400 15

Energia Eólica 6.000 12

Energias RenováveisPotencial teórico das energias renováveis no mundo

Adaptado de IPCC, 2012 e REN21, 2015

Tendência mundialCrescimento das energias renováveis no mundo

Energia

Capacidade Total Instalada no Mundo (GW)

Variação Percentual (%)

Ano de 2004 Ano de 2013

Hídrica 715 1000 40

Biomassa <36 88 >144

Geotérmica 8,9 12 35

Solar Fotovoltaica 2,6 139 5246

Solar Térmica 0,4 3,4 750

Eólica 48 318 563

Adaptado de REN21 (2015).

Coeficiente Global de Impacto (CGI)Inferior do que em tecnologias convencionais

Dimensões consideradas: ambiental social humana economica

Heliotérmica

Fotovoltáica

Adaptado de: M. A. Cesaretti, 2010 – Tese de Doutorado

Projeção da matriz energética futuraEnergias “limpas"

Ofertafutura

Solar Potencialtecnicamenteviável(áreasdegradadas,reservatórios,etc…)

Potencialviávelgeraçãodistribuída(aspectoseconômicosesociais)

Eólica ReavaliaçãodopotencialeólicoOnshore

PotencialtécnicoeeconômicoOffshore

Hidráulica Premissasdeexpansão

Variabilidadeetendências

Biomassa Eletrificação???Análises/Trade-offs

Potencialeconomicamenteviável

ComplementariedadeHidro-Solar-Eolica

SegurançaEnergética

Brasil solarComparação com o mundo

Source: Brazilian solar energy atlas, 2006 Source: PVGIS http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/, 2012

Brasil eólicoBrazil’s wind potential

With 2,8 GW of new installed capacity in 2015, Brazil joins the group of the ten largest investor in wind energy

leading in the fourth place

Source: The Global Wind Energy Council (GWEC,) 2016

BarreirasBarreiras à penetração das energias não despacháveis

Apesar do enorme potencial, energias intermitentes (não despacháveis) como a solar e a eólica esbarram em barreiras que hoje estão sendo superadas através da combinação do avanço tecnológico, da escala de mercado e da disseminação da informação

• Barreira do custo:

– Sendo superada pela economia de escala e a evolução tecnológica.

– Já em paridade com o da energia termoelétrica.

• Barreira do conhecimento:

– Inibe a penetração de tecnologias de geração de energias não despacháveis

– Insegurança dos investidores e bancos de financiamento quanto ao retorno dos investimentos

Subprojeto Energias renováveisPrincipais perguntas norteadoras

Qual o real potencial tecnicamente viável solar e eólico?

Quais as possibilidades de complementaridade das fontes solar-hídrica-eólica-biomassa?

Como as mudanças climáticas afetam o regime de ventos e a irradiância solar incidente no Brasil?

Quais os impactos climáticos, econômicos e sociais decorrentes do aumento do emprego dessas energias alternativas?

Energia EólicaContribuição à penetração da energia eólica

Parque eólico de Osório, RS

Energia eólicaRemapeamento de potencial eólico Onshore

O Atlas Brasileiro de Energia Eólica (CEPEL, 2001)

Potencial estimado: 143 GW

▪ 1km x 1km▪ Velocidades > 7m/s▪ Torres com 50m de altura▪ 1 aerogerador de 2 MWpor km²▪ Descartou-se áreas cobertas por água (lagos, e

lagoas, açudes, rios e mar)

Potencial eólico nacionalReavaliado para torres de 100 metros

Corpo 18pt

Resolução 10km x 10kmPeríodo de 1983 a 1999Velocidade horária do vento

Atlas de 2001

Incremento de 4 vezes no Nordestee 6 vezes nacional

Potencial eólico offshore no BrasilAinda totalmente inexplorado

Particularmente intenso naregião oceânica costeira

do Nordeste

Potencial eólico teórico totalPotencial Onshore (tecnicamente viável)= 880(522) GWPotencial Offshore (tecnicamente viável)= 1300 GW

Aproveitamento Eólico em Reservatórios HidrelétricosOs reservatorios possuem, normalmente, forma alongada e Isto pode introduzir regiões de convergencia para o vento sobre o lago criandocondicões orograficas favoraveis ao aproveitamentoeolico.

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Os estudos morfométricos, fundamentais para a regionalização e avaliação das

influências topográficas para o vento, serão conduzidos ao longo de todos os

reservatórios alvo de estudos deste projeto (Furnas, Três Marias, Itumbiara e Estreito),

tendo em vista identificar as regiões ou setores, de cada reservatório, mais propícios ao

aproveitamento eólico considerando o cenário atual e os cenários futuros.

A instalação de uma torre meteorológica de 40m e de um balão para sustentação, a

100m, no reservatório de Furnas, na qual serão instalados 04 anemômetros sônicos que

medirão as três componentes do vento, mais dados de temperatura do ar e da água,

permitirão a comparação e validação dos métodos morfométricos de estimativas dos

índices de rugosidade superficial. Também, permitirão estudos inéditos, no Brasil,

sobre os perfis típicos do vento em ambientes aquáticos e como a variabilidade diurna

na diferença temperatura da água e temperatura do ar (vide Assireu et al., 2011)

implica sobre a estabilidade da coluna d’água e daí para as estimativas do vento em

diferentes alturas.

A Figura 6a indica o esquema de fundeio do balão que suportará a 100m, o

anemômetro e demais sensores meteorológicos como temperatura do ar, pressão e

umidade. Este sistema será instalado no Reservatório de Furnas. A estabilização dos

sensores em relação ao balão será feito por um braço osciloscópio desenvolvido para

esta função e cuja patente é de domínio da UNIFEI. O fundeio será de três pontos a fim

de eliminar a possibilidade de rotação do sistema balão-sensor.

Figura 6 – Arranjo dos anemômetros que serão utilizados nos estudos sobre

perfil vertical do vento a ser instalado no Reservatório de Furnas.

Previsão de geração eólicaEnergia não despacháveis – necessidade de previsão de geração a curtoDesenvolvimento de metodologias para a previsão do vento em curto prazo queconsiste no refinamento da saída do modelos de mesoescala via RNA’s (redes neuraisartificiais)

MD: previsão da

média diária com

24 horas

MH: previsão da

média horária com

24 horas

Impactos das mudanças climáticasPrognósticos para energia eólica no longo prazo

Prognósticos para o final do século da densidade de potência eólica relativa aoperíodo de referência (1961-90) realizado para um cenário IPCC A1B

Impactos das mudanças climáticasVentos extremos Situações de ventos extremos que geram risco

à integridade das turbinas eólicas podem nãoser detectadas.

Cerro Chato, Rs – dez/2014

Energia intermitenteComplementaridade e intergração no SIN

Source: Atlas eólico do estado da Bahia, 2013

Energia solarContribuição à penetração da energia solar

Parque Solar PV de Ituverava, BA – 254MW

Rede SONDARede de coleta de dados solares, ambientais e eólicos –parcialmente apoiada pelo INCThttp://sonda.ccst.inpe.br

Atlas Brasileiro de Energia Solar 2ª. Edição

Atualmente sendo parcialmente apoiado por este subprojeto do INCT15 anos de dados Dez-Fev Mar-Mai

Jul-Ago Set-Nov

Interpolação VS modeloInterpolação tem representatividaderestrita

5,9

kWh/m²

5,00

kWh/m²

Temos área suficiente para PV?100% da demanda nacional necessita de apenas 11.036 km2

(0,2% do território nacional)

Temos área suficiente?Potencial solar em áreas degradadas

Dados da EMBRAPA

Geração híbrida Fotovoltáica-HidrelétricaToda área alagada coberta com PV

Eficiência FV: 10 %Eficiência conversão: 75 %Densidade: 80 W/m²Área alagada utilizada: 100%

0

20

40

60

80

100

120

140

Itai

pú

Xin

gó

Tucu

ruí

Be

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on

te

San

toA

ntô

nio

Jira

u

Hidrelétrica

Fotovoltaica

Geração solar somente durante o dia?Curvas de carga (Nordeste)

Centrais heliotérmicas comArmazenamento térmico geramInclusive à noite

UsinaCelsoFurtado,BApotênciainstaladade186MW

Evitaria emissão de aprox. 0,25 MegaToneladas deCO2 equivalentes/ano

Potencial fotovoltaico teóricoBrasil = 468,0 PWh/anoÁreas Degradadas = 64,3 PWh/anoReservatórios = 1,4 PWh/ano

Previsão de geração solarEnergia não despacháveis – necessidade de previsão de geração a curto

Potenciais teóricos comparativosSolar FV e eólico

1,4

64,3

2,74

2,3

0,62

0,1

1

10

100

Reservatórioshidroelétricas

Áreasdegradadas

Eólicoonshore

Eólicoofshore

Hidrico Demandanacional

FV em hidrelétricas

Subprojeto Energias RenováveisComposição atual necessidade de expansão

INPE – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais / Centro de Ciência do Sistema Terrestre / Laboratório de Modelagem e Estudos de Recursos Renováveis de Energia (LABREN) <http://labren.ccst.inpe.br>

UFAL – Universidade Federal de Alagoas / Instituto de Ciências Atmosféricas / Grupo de Micrometeorologia<http://www.ufal.edu.br/unidadeacademica/icat/pesquisa/grupos-nucleos>

UNIFEI – Universidade Federal de Itajubá / Instituto de Recursos Naturais / Grupo de Estudos em Ciências Atmosféricas, Oceânicas e Ambientais <http://www.somos.unifei.edu.br/setores_academicos/view/20>

UENF - Universidade Estadual do Norte Fluminense / Centro de Ciência e Tecnologia / Laboratório de Meteorologia < http://uenf.br/cct/lamet/>

UNIFESP – Universidade Federal de São Paulo – Campus Baixada Santista / Departamento de Ciências do Mar < http://www.imar.unifesp.br>

Próximos passos

Ampliar a rede de colaboradores

Refinamento dos modelos para estimativas e previsão de geração eólica e solar

A questão da variabilidade (energias não despacháveis)

Levantamento do potencial offshore através através de modelos validados com dados Quickscat e bóias

Revisão das áreas para geração solar (critérios áreas degradadas, alagadas topografia, etc. potenciais tecnicamente viáveis )

Complementaridades com a hídrica e biomassa

Prognósticos de longo prazo para solar e eólica

Ciclos de vida - emissões associadas nas tecnologias solar e eólica

Aspectos da sociais do uso das energias solar e eólica

http://labren.ccst.inpe.br/