As Fontes Renováveis e a Hibridização

• Por Paulo Cunha e João Teles

A presença de fontes de energia variadas e abundantes num determinado território pode ser percebida como um bônus concedido por Deus, Natureza, Fortuna ou qualquer outro nome para essa dimensão intangível e transcendente. Quando elas são complementares, é de um verdadeiro milagre que tratamos. Promover o aproveitamento desses recursos, maximizando a sua incorporação ao elenco de bens econômicos capazes de proporcionar riqueza e prosperidade a seu povo, é dever dos que se incumbem de organizar e dirigir essas sociedades.

No caso brasileiro, há muito são conhecidas as amplas disponibilidades de fontes primárias para a conversão em energia elétrica, com destaque para as renováveis. Os esforços recentes para desenvolver empreendimentos que as aproveitem, sinalizam para uma matriz energética diversificada, que almeja, por isso, avançar na resiliência quanto à garantia da oferta, bem como na busca pela redução dos custos da energia.

Ao se contemplar mais detidamente o comportamento das fontes hídricas, eólicas, solares, bem como a biomassa, vai-se notar a presença de diversas camadas de complementariedade temporal entre elas. Essa observação despertou a percepção de que ganhos sinérgicos poderiam ser obtidos se esses fenômenos pudessem ser mais bem instrumentalizados. O tema provocou o interesse de pesquisadores e empreendedores, motivando inúmeros estudos com vistas a estimar seus efeitos e sugerir caminhos para seu aproveitamento.

Observando particularmente as fontes eólica e solar, a consultora Leontina Pinto identificou três camadas de complementariedade, que denominou: i) diária, ii) sazonal ou intra-anual e, iii) interanual. A primeira fica bem evidenciada pelo óbvio comportamento da fonte solar, somente disponível durante o dia, e da fonte eólica, que em determinadas regiões se apresenta com mais intensidade nas noites. No que tange à complementariedade sazonal, as medições da velocidade dos ventos e da irradiância solar no sertão da Bahia, região de altíssimo potencial para a exploração de ambas as fontes, revelou um acoplamento quase perfeito no período de observação. Já no caso da complementariedade interanual, a série de longo prazo para a região mencionada revelou que nos anos com maior insolação os ventos são mais reduzidos e vice-versa. A Figura 1 apresenta as evidências que ilustram essas modalidades.

Figura 1 – Camadas de complementariedade das fontes eólica e solar no sertão da Bahia

Fonte: Engenho Consultoria

 

Outros arranjos híbridos foram estudados envolvendo diversas fontes de energia. Além da reconhecida complementariedade, a modulação na curva diária de produção desses arranjos propicia uma regularização da energia entregue ao Sistema Interligado Nacional.

Em vista do interesse despertado, a Empresa de Pesquisa Energética – EPE debruçou-se sobre o tema, tendo publicado já em 2017 um estudo metodológico para avaliar, do ponto de vista energético, a hibridização de usinas eólicas e solares. Referido estudo considerou sítios selecionados na região Nordeste, onde já havia empreendimentos eólicos e apresentavam elevado potencial para ambas as fontes.

O estudo observou as regiões assinaladas na Figura 2, considerando a instalação de parques fotovoltaicos junto aos empreendimentos eólicos existentes, de modo que compartilhassem as instalações para conexão e a capacidade de escoamento para a energia produzida. Utilizando-se de simulações baseadas nas séries históricas de ventos e de irradiâncias solares em cada região, focava na identificação e na quantificação ao longo do tempo da necessidade de corte de geração quando a capacidade da conexão fosse ultrapassada pela produção conjunta das duas fontes. Como resultado dos cortes, que corresponderiam à energia passível de ser produzida, mas que não seria aproveitada, o modelo estimava o que seria equivalente ao “vertimento” da energia solar.

Figura 2 – Localidades estudadas nas simulações de parques híbridos

Fonte: EPE - Avaliação da Geração de Usinas Híbridas Eólico-Fotovoltaicas

 

Ao final do trabalho e considerando que o caso eólico-solar é somente um exemplo de hibridização possível entre fontes, o relatório executivo recomendou a realização de estudos complementares, com vistas a:

• Desenvolver metodologia para contratação e contabilização;
• Elaborar normas e condições regulatórias para implantação de empreendimentos com capacidade instalada acima da potência nominal da subestação em que estão conectados; e
• Avaliar os impactos da inserção de grandes volumes de usinas híbridas numa mesma subárea do Sistema Interligado Nacional - SIN.

A Figura 3 traz uma vista do Complexo Fontes, em Taracatu – PE, composto por duas usinas fotovoltaicas que somam 11 MW e parque eólico com 80 MW instalados pela ENEL Green Power.

Figura 3 – Complexo Fontes, Tacaratu - PE

Fonte: ENEL

 

Estudos complementares da EPE indicaram diversos benefícios na hibridização de fontes, que podem ser sintetizados conforme segue:

• Maior uso da capacidade disponível do sistema de transmissão;
• redução dos custos de uso dos sistemas;
• otimização do uso do terreno, com a redução de custos associados à compra ou arrendamento da área;
• ganho em logística e planejamento da implantação das usinas
• redução dos custos de operação e manutenção, que podem ser compartilhados entre as duas ou mais usinas;
• compartilhamento do sistema de transmissão de interesse restrito;
• unificação de licenças ambientais e a redução do custo de garantias financeiras.

Além da comentada possibilidade de hibridização eólico-solar, diversas combinações de fontes, inclusive incorporando novos elementos de armazenamento de energia, encontram-se em desenvolvimento ou em plena utilização.

Um exemplo é a implantação de painéis fotovoltaicos no espelho d’água de usinas hidrelétricas. Já existem projetos piloto integrantes do programa de P&D da ANEEL nas usinas de Balbina, Porto Primavera e Sobradinho. Esse último ilustrado na Figura 4.

Figura 4 - Usina fotovoltaica flutuante no reservatório da UHE Sobradinho

Fonte: Chesf

 

A heliotermia, modalidade que capta a energia solar através de espelhos concentradores e aquecem um fluido visando à produção de energia elétrica em turbinas, é hoje uma tecnologia emergente, que vem sendo desenvolvida em diversos países. No Brasil é objeto do programa estratégico de P&D decorrente da Chamada Pública 019/2015 - Desenvolvimento de Tecnologia Nacional de Geração Heliotérmica de Energia Elétrica. Nesse programa, cinco campos experimentais encontram-se em curso. Diversos autores consideram que a tecnologia heliotérmica é uma das mais indicadas para hibridização, uma vez que sua complementação pode ser feita numa caldeira juntamente com combustíveis tais como biomassa, gás natural ou gás de síntese. Podem também ser acoplados a sistemas de armazenamento térmico.

Particularmente atraentes são os arranjos híbridos para atendimento aos sistemas isolados. Entre as configurações possíveis, a associação da fonte solar fotovoltaica com uma termoelétrica a óleo diesel mostrou-se competitiva. A adição de fontes renováveis para localidades isoladas já consta dos editais de leilões, colaborando para a redução da expectativa do custo variável unitário – CVU em cerca de 30%.

A Figura 5 traz uma vista da um projeto híbrido implantado pela Voltalia em Oiapoque -AP, integrado por uma planta solar de 4MW, uma hidrelétrica de 7,5 MW e uma usina térmica de 12 MW. O projeto atende áreas urbanas e rurais e sua implantação permitiu a redução de custos operacionais em decorrência do deslocamento de parte do óleo diesel

Figura 5 – Usina híbrida diesel e solar, Oiapoque – AP

Fonte: Voltalia

 

Outra opção seria a utilização de fontes intermitentes complementadas por usinas hidrelétricas reversíveis, como a ilustrada na Figura 6, que servem como armazenadoras de energia com base no manejo dos fluxos de água entre seus reservatórios. Dado que a produção e o consumo da eletricidade nem sempre estão sincronizados, as usinas hidrelétricas reversíveis são adequadas para equilibrar instantaneamente esse balanço. Elas podem reagir a variações na rede em um espaço de tempo muito curto. As instalações modernas requerem apenas 30 segundos para iniciar o funcionamento de bombas ou de turbinas paradas.

Figura 6 – Usina reversível Kopswerk II, Áustria

Fonte: VOITH

 

A Figura 7 ilustra um arranjo híbrido de usinas, onde verifica-se a associação de uma hidrelétrica reversível com as usinas eólica, solar e térmica respectivamente.

Figura 7 – Arranjo de usina reversível associada às fontes eólica, solar e térmica

Fonte: Thais Pegoreti at.al.  -  Brasilian Technology Simposium

 

Dado o potencial energético da hibridização e a necessidade de adaptar o aparato regulatório de modo a favorecer a sua exploração, a ANEEL lançou a Consulta Pública 019/2019 objetivando obter subsídios para a elaboração de regras para usinas híbridas ou associadas.

Visando à uniformização dos entendimentos, a Agência reconheceu a existência de diversas classificações para as associações entre fontes e reapresentou a conceituação de quatro tipos de arranjos de usinas, proposta pela EPE. A figura 8 ilustra esses arranjos esquemáticos

• Adjacentes - Construídas em locais próximos, podem compartilhar fisicamente os mesmos terreno e instalações de interesse restrito, porém cada usina contrata uma capacidade exclusiva de uso da rede compatível com sua potência instalada nominal;
• Associadas – Decorrem de duas fontes energéticas distintas, com características de produção complementar, que compartilham fisicamente e contratualmente a infraestrutura de conexão e acesso aos sistemas de transmissão ou de distribuição, podendo ser contratada uma capacidade de escoamento menor do que a soma das potências das usinas;
• Híbrida - Quando fontes distintas são combinadas ainda no processo de produção de energia elétrica, dispondo somente de uma única medição e para toda a produção. de energia elétrica; e
• Portfólios Comerciais – Caso em que as usinas não estão necessariamente próximas nem há compartilhamento de instalações, sendo uma tipologia apenas contratual.

Figura 8 – Tipologias para Arranjos de Usinas

Fonte: Nota Técnica nº EPE-DEE-NT-011/2018

 

A Agência buscou conhecer a percepção dos agentes, bem como levantar subsídios para a produção normativa para diversas questões. Figuraram entre elas a parametrização do Custo Variável Unitário – CVU, para o caso de composição que envolvesse fontes com CVU não nulo, como por exemplo da associação com usinas térmicas a combustíveis fósseis. Um dos pontos mais relevantes foi a contratação dos Montantes de Uso dos Sistemas, particularmente para os arranjos de usinas adjacentes e associadas

Não menos importantes foram as questões suscitadas sobre a metodologia para cálculo e atribuição das garantias físicas dos arranjos, notadamente para os casos em que eventuais limitações para o escoamento da energia produzida pelas diversas fontes viessem a exigir cortes temporários de produção.

A Consulta também se voltou a avaliar a conveniência da realização de leilões específicos para parques híbridos, cuja grande diversidade de arranjos possíveis sinaliza para as dificuldades que deverá enfrentar o desenvolvimento dessa modelagem. Há grande expectativa quando à publicação de uma Resolução Normativa decorrente dessa Consulta, que deverá disciplinar o desenvolvimento dos parques híbridos.

Diferentemente do que vinha ocorrendo, quando os leilões do Ambiente de Comercialização Regulada - ACR respondiam quase que exclusivamente pela expansão da oferta da energia, doravante tais ampliações poderão se ancorar progressivamente nas demandas do Ambiente de Comercialização Livre - ACL. Assim, o problema de como formular leilões regulados para a contratação de empreendimentos híbridos, embora ainda relevante, perde um pouco o seu protagonismo. Resolvidas as questões relativas à atribuição de garantias física e da contratação dos Montantes de Uso dos Sistemas, sejam de distribuição ou de transmissão, a implantação dos novos parques híbridos deverá ser também pautada pelos sinais econômicos proporcionados pelo ACL. Isso sugere uma provável proliferação desses empreendimentos.

Em vista de sua contínua busca por prosperidade, a sociedade devota grande esperança no aperfeiçoamento das formas de exploração energética, com a expectativa de uma matriz energética cada vez mais limpa. Mira tanto à segurança do atendimento, quanto à modicidade nos preços. Assim, acredita que serão eleitas as melhores regras para o aproveitamento dos potenciais representados pela abundância, diversidade e complementariedade entre as fontes primárias de energia de que dispomos. Concretizar essa aspiração é indispensável para que não continuemos a ser o país da energia barata e da conta cara, como exaustivamente vêm reiterando os consumidores. Que pagam essas contas.

 

Bibliografia

ANEEL. Nota Técnica nº 051. 2019

EPE. Avaliação da Geração de Usinas Híbridas Eólico-Fotovoltaicas. 2017

COGEN. Resíduos e Descartes para a Geração de Energia. 2018

PEGORETI, T. at.al. Os Conceitos de Virtualização e Hibridização de Usinas de Geração de Energia Elétrica. 2016

PINTO, L. A Matriz Elétrica Brasileira. Um Olhar Sobre o Futuro. 2017

 

Paulo Cunha é mestre em Regulação da Indústria da Energia pela Universidade Salvador - UNIFACS. Engenheiro Eletricista e Advogado, graduado em ambos os cursos pela Universidade Federal da Bahia. Consultor Sênior da FGV na área de energia. Membro do corpo permanente de árbitros da Câmara FGV de Conciliação e Arbitragem. Membro do corpo permanente de árbitros da Câmara de Mediação e Arbitragem Especializada CAMES. Conselheiro de Administração certificado pelo IBGC. Sócio-diretor da SEMPI Consultoria, especializada na indústria da energia. Advogado colaborativo na Intelligere, escritório especializado em mediação e arbitragem. Professor de Comercialização de Energia na pós-graduação da FGV.

 

 

João Teles é Engenheiro eletricista pela Universidade Federal de Pernambuco. Especialista em Operação de Sistemas Hidrotérmicos pela Universidade de Waterloo, Canadá. Consultor da FGV Energia e Sócio-gerente da JT3 Energia. Foi gerente de planejamento energético da CHESF e da NC Energia. Participou dos grupos de trabalho para a criação do mercado atacadista de energia

 

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