A vindoura crise na geração elétrica

N. dos E. – O artigo a seguir, do engenheiro Davis Swan, presidente da empresa de consultoria Debarel Systems Ltd., foi publicado no sítio energybiz.com. Nele, o autor proporciona uma didática e oportuna descrição dos sistemas de geração elétrica e dos problemas acarretados pela tendência recente de se acoplarem fontes energéticas “renováveis” – principalmente, eólica e solar – aos sistemas de geração de base, sem um planejamento adequado. Embora se refira aos EUA, os problemas descritos por ele se aplicam a todos os países que estão cometendo semelhante equívoco, como o Brasil. Por sua relevância, com a permissão do autor, transcrevemos grande parte dele, chamando a atenção para a sua advertência final (o original pode ser lido integralmente no local indicado).

Durante mais de 100 anos, os sistemas de geração e distribuição de eletricidade têm evoluído, para se tornarem um dos serviços mais confiáveis que se pode imaginar – pelo menos, no mundo desenvolvido. Nossa sociedade é totalmente dependente disto e mesmo interrupções relativamente curtas e localizadas da oferta de energia (por exemplo, durante a supertempestade Sandy) causam grandes perturbações na vida cotidiana.

A confiabilidade do sistema depende de um equilíbrio bastante delicado entre a oferta e a demanda, que varia ao longo do dia e do ano.

As grandes usinas de geração de base com turbinas a vapor, que podem proporcionar a mesma quantidade de energia 7x24x365 [7 dias por semana, 24 horas por dia, 365 dias por ano] constituem as fundações do sistema, na maior parte do mundo. Historicamente, elas têm sido alimentadas com carvão, que gera cinzas “sujas” (em alguns casos, tóxicas) e um monte de dióxido de carbono (CO2). Mais recentemente, usinas de ciclo simples e ciclo combinado com gás natural têm desempenhado um papel crescentemente importante. Estas plantas são mais limpas e muito mais eficientes do que as usinas a carvão, por transformarem em eletricidade uma fração maior da energia gerada por combustão. A sua desvantagem é que o gás natural, historicamente, tem sido muito mais caro que o carvão.

Em regiões onde existem grandes rios, que caem centenas de metros em uma distância relativamente curta, é possível construir usinas hidrelétricas. Elas foram as primeiras fontes de geração elétrica em grande escala e ainda são usadas extensivamente. Desafortunadamente, a maioria das melhores localizações para a sua instalação, em todo o mundo, já foi aproveitada.

A partir da década de 1950, as usinas nucleares foram agregadas ao mix e, em alguns países, geram um significativo percentual da eletricidade consumida (na França, chega a 75%).

Essas plantas de geração de base são projetadas para funcionar o tempo todo, com uma produção relativamente constante e recebendo um preço fixo pela eletricidade gerada. É assim que elas funcionam da forma mais eficiente e proporcionam um fluxo de receitas constante e previsível, que fundamenta os cálculos feitos para o financiamento da sua construção e dos custos operacionais. Na maioria dos casos, o retorno dessas instalações somente é obtido após muitos anos de operação.

Quando a demanda de eletricidade começa a atingir o pico, ao final da tarde e à noite, as ‘plantas de ponta’ entram em ação. Elas são, tipicamente, usinas a gás natural de ciclo simples que podem entrar na rede em cerca de 15-20 minutos ou menos. Porém, como elas funcionam apenas durante os períodos de pico de demanda, a expectativa é que a eletricidade que geram terá um preço médio mais elevado. Elas podem gerar receita durante a maior parte dos dias, mas isto varia com a época do ano e com o tempo. Por exemplo, dias de verão muito quentes e dias de inverno muito frios resultarão em demandas de pico do que os dias moderados, na primavera e no outono.

Esse complexo balanço entre a geração de base e a de ponta tem se observado durante décadas, resultando em uma oferta de eletricidade bastante confiável. As fontes de interrupção de energia mais comuns são as tempestades com ventos muito fortes, que derrubam árvores e galhos sobre as linhas de transmissão.

Ao longo da última década, esse balanço tem sido perturbado pela introdução de fontes de eneergia renováveis, como a solar e eólica. Estas são fontes não confiáveis, no sentido de que, com elas, não é possível equilibrar a oferta e a demanda, além de a sua geração ser altamente variável, devido à nebulosidade, no caso das solares, e das massas de ar frontais, no caso das eólicas. Por exemplo, durante algumas horas, no Dia de Natal de 2012, o Texas estabeleceu um novo recorde de geração eólica, com 8,638 GW (26% da geração total do estado). No dia seguinte, em todo o Texas, não houve, essencialmente, eletricidade eólica disponível por seis horas consecutivas.

Na maioria das jurisdições, as fontes renováveis estão recebendo acesso prioritário às redes elétricas, independentemente de se houver ou não demanda. Para se equilibrar a oferta e a demanda, plantas térmicas têm que reduzir a produção, com a eletricidade sendo exportada para jurisdições vizinhas (tipicamente, a preços muito baixos), ou as plantas hidrelétricas têm que “verter água”, redirecionando seus fluxos dos geradores para os vertedouros.

Na medida em que as renováveis responderem por uma fração relativamente pequena da capacidade de geração total, os problemas físicos poderão ser contornados. Porém, as questões econômicas começam a vir à tona, na medida em que avança o desenvolvimento de tais fontes.

Com plantas de base e plantas térmicas de ponta permanecendo ociosas por mais e mais tempo (como “reserva circulante”), os fundamentos econômicos da operação destas plantas têm sido significativamente erodidos. Muitas delas se tornaram apenas marginalmente rentáveis ou estão, na prática, dando prejuízo. Não há esperança realista de que esta tendência se reverta nos próximos anos, mas se acelere. Como resultado, está ficando cada vez mais difícil obter financiamentos para a construção de novas plantas térmicas. (…)

Além dos problemas de oferta e reserva, as perturbações econômicas causadas pelas renováveis estão produzindo algumas consequências bastante estranhas. O declínio da capacidade de reserva e as incertezas referentes à economia das novas plantas térmicas tendem a desestabilizar a rede elétrica. Blecautes itinerantes [rolling blackouts; apagões seletivos efetuados pelas próprias empresas distribuidoras, para fazer frente às deficiências de geração – n.e.] e/ou falhas de rede regionais ocorrerão com mais frequência. Estas são consequências inevitáveis da insistência no agressivo desenvolvimento da geração renovável.

Existem iniciativas de políticas públicas que poderiam tornar menos arriscada e desestabilizadora a transição para as renováveis, mas levaria tempo para implementá-las… Entretanto, pessoalmente, não vejo qualquer apoio público ou vontade política para se tentar reduzir a introdução das renováveis, de modo a se proteger de forma pró-ativa a integridade do sistema elétrico, particularmente, na América do Norte e na Europa. Em vez disto, receio que teremos que experimentar repetidas e significativas falhas no sistema, antes que a dimensão do problema seja plenamente apreciada.

Às vezes, parece que temos que aprender as coisas da maneira mais difícil!

4 comments

  1. HIDROELÉTRICAS: UMA GRANDE RESERVA DE PONTA
    Em maio 25, – com acréscimos decrescentes (derivada) – os reservatório atingem o nível satisfatório maior possível de 70%, mas ainda inferior a 2012. Daí segue o mesmo padrão, agora com todas as térmicas ligadas, desta vez de forma permanente.
    –Porque os reservatórios devem permanecer cheios todo o tempo?
    Reservatórios cheios permitem suprir picos de demanda por períodos prolongados a qualquer hora, independente do clima. À medida que a demanda por energia cresce, hidroelétricas são cada vez mais solicitadas para atender picos maiores.

    Não compensa suprir picos de demanda (MW) através de usinas térmicas: sua potência seria maior do que a necessária para suprir energia (MW x hora). Mas, foi usada e vai continuar usando: um verdadeiro desperdício. Térmicas convencionais não suportam funcionar poucas horas acima da sua capacidade nominal – capacidade elas têm (torque) – mas requerem radiador para a dissipação de perdas da ordem de 80%. Enfim, são máquinas de rendimento baixíssimo, da ordem de 15 a 20% que, jamais teriam sido usadas, não fosse o baixo preço do combustível. Esse tempo já passou.

    Hidroelétrica é a única fonte que tem capacidade instalada maior (na proporção do FC 0.55) do que a quantidade energia que é capaz de produzir. Exemplo de Furnas:
    CI = 1240 MW energia firme = 486 Mwm e FC = 0.4

    No período chuvoso, hidroelétricas tem capacidade mais do que suficiente para atender picos demanda: o problema é no período seco – com reservatórios vazios – quando térmicas estão inteiramente ocupadas na produção de energia. Picos de demanda – é bom lembrar – também podem ocorrer no período seco.
    “Algumas hidrelétricas já tem local pronto para colocar máquinas adicionais, mas ainda não colocaram. Ou seja, a parte civil já tá pronta. É só aumentar a potência da usina, lembrando que essa ampliação não aumentaria a energia assegurada da usina, apenas à potência.” segundo o ONS.

    Só hidros tem CI maior, ou seja: potência em curtos períodos.
    Poucas térmicas a diesel já estão desligadas, mas, seria um erro desligar todas para baratear tarifa. Os riscos são enormes.

  2. EFICIÊNCIA NO USO FINAL DA ENERGIA
    O Brasil usa de maneira ineficiente as 2 formas principais de produção de energia, tipicamente: calor e eletricidade.
    Exemplo: usou hidrelétricas para produzir energia e deixa térmicas paradas que poderiam substituir o estoque de energia potencial dos reservatórios por estoque de energia potencial química contida no combustível.
    Quando usa térmicas o processos não leva em conta o aproveitamento integral do combustível na produção e consumo das 2 formas de energia: calor e eletricidade, que são indissociáveis. Não se pode aperfeiçoar um sem negligenciar o outro.
    Não se pode perder de vista que o consumo de energia para finalidade de aquecimento é muito maior do que a produção energia elétrica propriamente dita.
    Agora mesmo, com a intensificação de térmicas na base chegará ao absurdo de gerar energia elétrica para aquecimento de eletrodomésticos – quando poderia queimar o gás diretamente – a menos que hidrelétricas mais adaptáveis sejam utilizadas nos horários de pico.
    Hospitais, condomínios, shopings, conjuntos habitacionais, etc. não podem prescindir de gerador próprio para gerar a sua própria energia. Cimenteiras, cerâmicas, fábrica vidros, produtores de bebida e alimentos etc. – que utilizam calor de processo – podem ser estimulados a gerar sua própria energia: calor frio e eletricidade, através de usinas combinadas. Um bom exemplo:
    “A GE fechou um contrato de US$ 4,5 milhões com a Coca-Cola Andina Brasil para equipar uma unidade de engarrafamento localizada em Jacarepaguá, no Rio de Janeiro, com três motores Jenbacher a gás natural. Com potência total de 12 megawatts, os equipamentos serão utilizados para gerar energia e aquecimento para a fábrica, seguindo o conceito quadgeneration. Isto significa que, além das funções típicas de fornecimento de eletricidade e calor, os motores da GE permitirão a produção de água fria, dióxido de carbono (CO₂), nitrogênio e operações de engarrafamento” (COGEN).
    Usinas térmicas não suportam funcionar mais de 1 hora acima da sua capacidade, embora tenha torque suficiente. São dimensionadas pelo aquecimento das turbinas. É equívoco suprir pontas com térmicas. Foi o escesso de geração de energia por hidroelétricas que levou ao esvaziamento dos reservatórios. O plano falhou.

  3. HIDROELÉTRICAS NA GERAÇÃO DE PONTA
    Agora mesmo, com a intensificação de térmicas na base chegará ao absurdo de gerar energia elétrica para aquecimento de eletrodomésticos – quando poderia queimar o gás diretamente – a menos que hidrelétricas mais adaptáveis sejam utilizadas nos horários de pico.

    Para tanto existe grande quantidade de energia secundária a ser aproveitada, além do que existe a possibilidade de aumento de capacidade instalada pelo acréscimo de unidades com locais provisionados. Nos sistemas que já atingiram a fase térmica predominante este é um procedimento corriqueiro: hidrelétricas com baixo fator de capacidade.
    Não estamos proibidos de fazer usinas a carvão. Mas não acho que devam ser construídas mais usinas a carvão. Bastam as que já estão aí. Não por causa do combustível, mas pelo “processo de caldeira a vapor de baixíssimo rendimento, verdadeira reminiscência arqueológica” do qual não escapa nem as nucleares.
    Precisamos mais de térmicas combinadas a gás que aproveite integralmente a energia química do gás na produção das 2 formas de energia: calor e eletricidade.
    Fontes alternativas, como a eólica, não vão cumprir a função de geração básica do sistema. Embora limpa, a produção é intermitente.
    Potenciais da Amazônia têm ampla utilização local quando subutilizados na forma de usinas de bulbo para geração distribuída e complementada por térmicas a gás natural e convencional existente.

  4. DESONERAÇÃO DE COMBUSTÍVEL SUJO
    Enquanto o governo desonera carvão mineral utilizado em antigas térmicas a vapor de baixo rendimento, nos EUA elas são substituidas por termoelétricas combinadas a gas muito mais econômicas do que as antigas térmicas a vapor movida a carvão e óleo.
    Aproveitam a extensa rede de gasodutos subutilizada de campos de petróleo maduros o que favorece a geração distribuidada.
    Liberam extensa rede de estradas de ferro, utilizada no transporte de carvão de siderúrgicas desativadas para outros fins.

    As maiores vantagens proporcionadas pela revolução do shale gas decorrem do fato de serem explorados por indivíduos que têm a propriedade privada dos recursos e os exploram com meios próprios alem dos incentivos dos próprios estados fundadores, ao contrário daqueles que estão submetidos à propriedade comum, garantidos por concessão de velhos dispositivos constitucionais que remontam ao código de águas, reminiscência arqueológica do fascismo de 1934 (tal como o “Carta del Lavoro”).
    Os EUA repetem a experiência dos estados fundadores dos EUA que inventaram o petróleo do Texas e Pensilvânia.
    Hugo siqueira ,mestre em ciencia e ex professor da Politécnica

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