Economia &
Energia |
Existe a
possibilidade de um novo apagão?
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Nº 88: Janeiro/Março de 2013 Versões em Inglês e Português disponíveis em: http://ecen.com
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Ainda em redação:
Formas de regulação do suprimento da energia elétrica A energia hidroelétrica tem muitas vantagens do ponto de vista de custo
do combustível (nulo) e de impacto ambiental (não produz gás carbônico).
A geração de energia elétrica depende de água acumulada que, por sua
vez, depende do regime de chuvas. Ultimamente a construção de grandes
barragens passou a sofrer maiores objeções e a maneira tradicional de
regular a produção com o grande volume nelas armazenado ficou mais
difícil. As barragens permitiam não só regular a usina a ela associada,
mas boa parte do fluxo à jusante. As grandes usinas em construção na
Bacia Amazônica (Belo Monte e do Madeira) são praticamente a fio d’água
o que significa que vão gerar muita energia na época das cheias e muito
pouca na estação seca e precisam de formas alternativas de regulação. O Brasil é um sistema predominantemente hídrico e convive com variações
sazonais mais ou menos previsíveis e variações aleatórias dentro da
própria variação sazonal e entre os anos. A adição de usinas eólicas
acrescenta aleatoriedades ao sistema e reforça a necessidade do País
possuir em sua matriz de geração fontes que acrescentem confiabilidade
ao sistema. Isto pode ser feito de, pelo menos, três formas.
a)
Acrescentar potência
para geração na base
Consiste em dispor de uma base firme que assegure a estabilidade. As
fontes energéticas aconselhadas para a base são a nuclear, por
conveniência operacionais e pelo baixo preço do combustível, parte das
usinas com carvão mineral nacional (para manter as minas ativas) e
As usinas operando a gás natural
associado (produzido junto com o petróleo) também podem integrar esta
base embora exista um mercado de gás interruptível que vem sendo usado
para uso alternativo do GN (gás natural) quando for necessário usá-lo na
geração. Esse mecanismo de estabilização é ilustrado mais adiante
(Figura 3) para um caso simples onde está suposta
uma variação de afluência apenas sazonal. Na Figura 1 usa-se uma escala arbitrária e está representada a afluência (fluxo) sazonal. Com um estoque de 230% da produção mensal pode ser mantido estável um sistema cuja demanda é 100. Numa curva senoidal que reproduz bastante bem o que acontece na Região SE, com uma variação de +/- 60 nessa unidade é necessário cerca de 1,9 X 120 unidades para regular o sistema. Se o sistema tiver uma amplitude de +/- 90 o armazenamento teria que ser de 340. Esses valores são decorrentes da forma da curva utilizada e são obtidos mediante sua integração. Figura 1: Mecanismo de regulação só hidráulico: Demanda 100, Potência instalada 100 e Estoque 232 Se o sistema tiver uma base térmica operando a necessidade de estoque para regular o sistema hídrico não é reduzida, mas é acrescentado um componente estável e sua necessidade de armazenamento em relação à demanda é menor. Na Figura 2 exemplifica-se o efeito de acrescentar uma base térmica ao sistema Figura 2: Sistema de regulação com base térmica: Demanda 100, Potência
Instalada: 80 hídrica + 20 Térmica, Estoque Máximo 180. Para uma mesma
demanda, a necessidade de armazenamento é menor que no caso mostrado na
Figura 1.
b)
Acrescentar potência
para complementar as fontes cuja produção é instável Instala-se
uma potência adicional (normalmente térmica) que é acionada para suprir
as oscilações da demanda. Porque é uma fonte de uso restrito, a
preferência se dá pela que apresente menor custo de investimento mesmo
que o custo operacional dominado normalmente pelo preço do combustível
seja maior. Pode ser óleo combustível, carvão importado, gás natural não
associado ou liquefeito importado (criogênico). Nas variações ao longo
do dia pode-se usar potência hídrica excedente ou os mesmos
combustíveis. Nesse tipo de variação o próprio gás comprimido nos dutos
ou depósitos em intermediários pode servir de pulmão. Na
Figura 3 mostra-se um sistema com armazenamento insuficiente onde parte
do ano existe excedente e o sistema verte água e há um déficit de
produção no período seco. Esse sistema necessita uma complementação que
possibilite atender a demanda. Se a eletricidade não pode ser importada
ela tem que ser gerada no próprio sistema (ou adotar-se medidas de
restrição de demanda). Ou seja, a energia vertida na época da cheia tem
que ser compensada com a gerada por outra fonte. Conhecendo-se o ciclo
de chuvas a produção térmica pode ser espaçada, gerando para repor
estoque, de maneira a minimizar o investimento. Isto só pode ser feito
quando se tem uma ideia antecipada do que vai ocorrer, como é o caso de
uma variação sazonal que obedeça a média prevista. Sem a medida da
antecipação seria necessária uma potência de reserva de 30% da demanda
ao invés dos 9% mostrado na Figura 3.
Figura 3: Sistema com regulação variável onde a estocagem insuficiente
de água é suprida com a geração térmica variável. A
realidade natural é, entretanto, muito mais complexa que os exemplos apresentados. A
demanda tem variações ao longo do dia e ao longo do ano. A afluência
hídrica sofre variações que não são as programadas, como as mostradas na
Figura 4.
Figura 4: Variação da afluência hídrica que serviu como gatilho para o
“apagão” de 2001 Os
sistemas de reposição se baseiam sempre em uma potência instalada que
seja capaz de atender aos picos de demanda e em usinas que tenham a
capacidade de variar a geração no tempo requerido. Também mecanismos de
regulação da demanda (como tarifação diferenciada e interrupções de
fornecimento programáveis) são aplicados. É necessário ainda que o
Operador do Sistema seja capaz de antever o comportamento da demanda e
da oferta para acionar a geração que possibilita repor os reservatórios.
c)
Acrescentar reservatórios ao sistema Essa foi a maneira tradicional de regulação do sistema no passado, mas
tem encontrado obstáculos na área das usinas pelos impactos ambientais.
A opção de construir usinas praticamente a fio d’água na Região Norte se
deu muito mais por razões de aceitação social que por questões técnicas
embora a região não seja tão favorável à construção de barragens com
grande capacidade de armazenamento e áreas de inundação reduzida. Não
foi também resultado de análises sociais e ambientais aprofundadas.
Projetos originais foram modificados para que se tornassem aceitáveis do
ponto de vista social, ambiental e político. Construídas as usinas, as melhores oportunidades de conjugação de
acumulação e geração ficaram comprometidas. Barragens complementares à
montante que seriam capazes de melhorar o aproveitamento da energia
afluente são ainda possíveis. Para isto existe considerável experiência
no País em administração de bacias. Se no passado ele foi excessivamente
voltado para a geração elétrica, ultimamente ele tem evoluído no sentido
do melhor aproveitamento das águas para irrigação, piscicultura,
navegação e lazer. A realidade objetiva é que, ao menos por uma década,
as barragens serão planejadas com o mínimo de área inundada. Isto
significa que a maior parte do potencial hidráulico restante será
construída a fio d’água ou quase
Fontes
complementares Existem dois tipos de oscilações meteorológicas que tem que ser
previstas: a sazonal e a plurianual.
Na primeira a biomassa e eólica têm contribuição a dar. Isto só
do lado da oferta já que também ocorrem variações sazonais da demanda
(férias, ar condicionado) que no Brasil não são tão problemáticas por
sua amplitude mas, que vão se tornando maiores principalmente pelo maior
uso do ar condicionado. No entanto, o ar condicionado é mais usado no
verão onde a afluência é maior e é até favorável à regulagem do sistema.
Existem ainda oscilações diárias e semanais da demanda que são bastante
acentuadas e que fazem que o fator de capacidade em todos os países não
seja muito diferente de 0,5 na média qualquer que seja a composição do
parque gerador. Para a regulação plurianual as térmicas a óleo combustível aparecem como
a melhor opção já que, como elas vão ser usadas somente em determinados
anos, o problema do custo do combustível e o próprio problema das
emissões não é grave. O uso do GN associado ou do “take or pay”
boliviano não é adequado a esta finalidade. O Brasil adotou a
alternativa de comprar no mercado “spot” GN liquefeito criogenicamente,
mas é um processo de negociação que pode ser complicado e que está
passando pelo primeiro teste prático. Também existe o gás interruptível que embora contratado como tal
certamente provocará uma chiadeira dos industriais se tiver que ser
efetivamente interrompido apesar de que eles estão se beneficiando de
preços mais baixos que em parte são compensados pelo pagamento para as
usinas a GN ficarem no stand by
. Se as usinas a GN tiverem que ser utilizadas a 100% elas absorveriam
2/3 do GN destinado a outros fins. Isto está sendo (pelo menos
parcialmente) compensado pela importação de GN liquefeito e redução da
oferta para outros fins. Do
ponto de vista de regulação sazonal biomassa e eólica são boas opções
como pode ser visto nas Figuras 5 e 6.
Figura 5: Geração eólica e afluência hídrica são em parte complementares
Figura 6: Papel da
geração a biomassa para compensar o agravamento de sazonalidade das
novas centrais hídricas.
Simulação Para estudar sistemas sujeitos a variações de suprimento e sua regulação
é útil construir modelos que simulem essas situações para encontrar as
melhores soluções para o sistema. A regulação plurianual está simulada
na Figura 7 e corresponde aproximadamente ao que realmente ocorre. As
premissas e resultados estão resumidos abaixo. Num caso real de um
sistema de geração temos que considerar que vai haver um mix de térmicas
na base e de produção variável. As barragens não estarão equipadas para
gerar com a vazão máxima o que significa verter periodicamente alguma
água.
Simulação
Figura 7: Simulação
da produção com regulação mista e na presença de um déficit anual As
térmicas de base também podem variar um pouco sua produção. A curva de
aversão ao risco é construída com antecedência e a decisão de gerar com
térmicas pode resultar em verter água. Isto acontece com razoável
frequência e quase inevitavelmente em algumas usinas. Este tipo de
simulação foi utilizado para analisar a queda nos reservatórios em 2012
(artigo sobre a possibilidade de novo apagão) neste mesmo número da e&e. Uma coisa que ainda vale comentar é que possivelmente a geração eólica padeça também de variações plurianuais (Figura 8). A curva de produção sugere que tivemos uma estação de pouco vento em Abril de 2010. Como o sistema é novo não dá para tirar conclusões, mas é bem possível que essas variações existam.
Figura 8: Geração
eólica no Brasil Também há a possibilidade dessas oscilações das plurianuais acontecerem
com a biomassa como possivelmente aconteceu em 2009. (A variação é tão
grande que pode haver um problema de estatística do BEN) (Figura 9).
Figura 9: Produtos da
cana conforme
Conclusão
As fontes de geração
renováveis se originam diretamente da natureza e estão sujeitas a
variações periódicas e aleatórias. Chuvas, ventos, biomassa e luz solar
são exemplos típicos desse comportamento de ciclos e imprevisibilidades.
Para a energia hídrica a acumulação em barragens serviu como instrumento
de regulação para a produção de eletricidade. Uma aversão, talvez
exagerada, à construção de novas grandes barragens reduziu essa
possibilidade.
As energias eólica e solar não são diretamente
estocáveis e o armazenamento da eletricidade (baterias) é muito difícil,
caro e gera resíduos indesejáveis. A forma indireta mais viável de
armazenar estas energias é também a das barragens. A biomassa tem seu
ciclo de produção e coleta. Seu armazenamento é possível, mas os grandes
volumes constituem o problema. Alguma complementaridade exige entre os ciclos
destas fontes, mas a aleatoriedade é incontrolável. Isto faz com que
este tipo de energia exija uma suplementação que, na ausência de
reservatórios, recai sobre fontes fósseis. Isso exige duplicação de
capacidades e investimentos. Outra maneira é diluir a aleatoriedade com
a presença de uma forte base que pode ser de energia nuclear, gás
natural associado ou carvão nacional. Sobre o mesmo assunto: Vídeo explicativo sobre o reservatório em uma usina hidroelétrica
Existe a
possibilidade de um novo apagão? Acompanhamento da Situação dos Reservatórios Situação em 12/02/2013
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Graphic Edition/Edição Gráfica: |
Revised/Revisado:
Tuesday, 01 October 2013. |