Caminhos para energia solar no Brasil: a geração heliotérmica

Por geração heliotérmica, entende-se o tipo de tecnologia que concentra a irradiação solar direta usando concentradores solares. Os concentradores solares podem ser usados para geração de eletricidade (CSP, do inglês Concentrated Solar Power) e para geração de calor de processo (SHIP, do inglês Solar Heat Industrial Process).

No setor elétrico brasileiro, verifica-se a ampliação da geração solar fotovoltaica, direcionada pela queda nos preços dos equipamentos, o aumento da sua participação em leilões com deságio significativo em relação às demais fontes renováveis e a difusão das políticas de incentivo do governo.

Entre as principais políticas de incentivo, destaque para a resolução normativa da ANEEL nº 482/2012 que permitiu a difusão da micro e mini geração distribuída. Em 2012, o Brasil possuía apenas três conexões, em 2013 esse número avançou para 62 e hoje conta com mais de 45 mil unidades consumidoras de geração distribuída fotovoltaica por todo território nacional (ANEEL, 2018).

Apesar dos números positivos e da disseminação da energia solar fotovoltaica, o Brasil ainda não aproveita todo seu potencial na comparação internacional. Este fato pode ser verificado na relação entre a irradiação solar no território e a capacidade instalada de energia solar. Países como Alemanha, Espanha, Dinamarca, China, EUA e Índia estão na frente dos brasileiros, como mostra a figura 1 abaixo.

Figura 1 - Capacidade Instalada Solar e Irradiação para países selecionados

Fonte: FGV, 2016.

Parte desse potencial não aproveitado da energia solar é explicado pela ausência da energia heliotérmica no Brasil. Por outro lado, no cenário internacional, observa-se que está concentrada em poucos países - a Espanha e os Estados Unidos são responsáveis por 47% e 38% da potência CSP em operação no mundo, respectivamente. Entretanto, também se destacam China, África do Sul, Marrocos, Índia, Chile, Israel e Arábia Saudita, com mercados CSP em rápido crescimento (CSP TODAY, 2018).

Esta geração apresenta vantagens na comparação com outras fontes de energia renovável, como a eólica e a solar fotovoltaica, possui a operação mais flexível e passível de ser despachada em diferentes horários (SORIA, 2016; CSP ALLIANCE, 2014).

Esses fatos são possíveis pela sua capacidade de armazenar energia na forma de calor, geração de eletricidade e fornecimento de calor de processo para cogeração em processos industriais, além de possibilitar também a hibridização com diversas outras fontes energéticas.

Pelas características apresentadas, as plantas heliotérmicas normalmente apresentam um fator de capacidade superior ao das outras renováveis, podendo tanto operar na base com energia firme, como atender às cargas no pico e à demanda por serviços ancilares em qualquer período do dia (IEA, 2008; ARCE et al. 2011; SKUMANICH, 2010).

Nesse sentido, esta tecnologia contribui com as diretrizes do Plano Decenal de Expansão da Energia PDE 2026 (EPE, 2017), onde são buscadas alternativas para o atendimento ao pico e às oscilações de demanda, que garantam a segurança e a estabilidade do sistema, mas que também contribuam para a modicidade tarifária e para redução de emissões de gases de efeito estufa. Tais características, somadas ao fato de o Brasil apresentar grande incidência de irradiação solar direta, vem tornando atrativa a energia heliotérmica para o futuro do setor elétrico brasileiro.

Esta geração pode ser classificada em quatro diferentes tecnologias, segundo o tipo de coletor solar utilizado, como é mostrado na figura 2: cilindro parabólico, torre solar ou receptor central, refletor linear Fresnel e disco concentrador com motor Stirling.

Figura 2 - Famílias de tecnologia CSP

Fonte: IEA, 2010.

Segundo os dados do “National Renewable Energy Laboratory” - NREL (2018), 86% da potência em operação internacional é da tecnologia cilindro parabólico, que está presente em 97% e 73% da potência instalada na Espanha e nos Estados Unidos, respectivamente.

Ainda há alguns desafios com relação a esta fonte, principalmente no que tange à sua viabilidade econômica. Segundo o estudo Renewable Cost Database (IRENA, 2018) os projetos de CSP vêm apresentando trajetória decrescente de custos nivelados de energia. Porém, esta tecnologia ainda se mostra significativamente mais cara do que as demais fontes renováveis.

Com esse objetivo, diversos países vêm buscando novas pesquisas que possibilitem o barateamento do processo produtivo de seus componentes e aumentem a sua produtividade.

Os custos de investimento para plantas CSP dependem da tecnologia/ configuração usada e sua maturidade comercial, da irradiação solar da localidade do projeto e do fator de capacidade, que por sua vez depende do tamanho do sistema de armazenamento e do tamanho do campo solar. Além disso, o custo de investimento também depende dos fatores específicos de cada país, como o custo do capital e da mão de obra (SORIA, 2016).

Em outros países, observa-se o uso da energia heliotérmica para atendimento dos segmentos industriais. Há registro de 624 projetos focados na aplicação específica em calor de processo e, dentre esses projetos, 96% estão baseados na tecnologia cilindro parabólico (IEA-AEE INTEC, 2018).

De acordo com MÜLLER et al. (2014), os sistemas de concentração solar para calor de processo podem fornecer calor em alta, média e baixa temperaturas. As aplicações em alta e média temperaturas (150°C - 400°C) incluem destilação, fusão de nitratos, coloração e compressão. Por outro lado, as aplicações de baixa temperatura (inferior a 150°C) incluem vaporização, pasteurização, esterilização, limpeza, secado, lavado, branqueamento e cocção.

Assim, os setores mais beneficiados com estes sistemas são: agronegócio, mineração, indústria alimentícia (lácteos, carnes e bebidas), criação de aves e suínos, processamento de frutas e legumes, ração para animais, indústria farmacêutica, indústria química e fabricação de produtos metálicos.

No caso brasileiro, o setor industrial é o principal responsável pelo consumo energético do país, com uma demanda aproximada de 35%. A Empresa de Pesquisa Energética (EPE, 2018) estima que o uso de energia final neste setor alcançará 289 milhões de tep em 2026, com taxa média de crescimento de 2% ao ano. Isso representa um consumo futuro de aproximadamente 47% dos recursos energéticos do país. Nesse cenário de expansão, o setor industrial apresenta o maior potencial de eficiência energética e 83,8% desta economia está no uso final do calor de processo (PROCEL, 2013).

Assim como acontece com a energia fotovoltaica, o desenvolvimento da cadeia produtiva da geração heliotérmica poderá gerar novos empregos, renda, capacitação e qualificação dos brasileiros. Logo, a produção de campos solares, por exemplo, poderá ser uma forma de promover a abertura de novo mercado para a indústria nacional de alumínio, vidro e outros setores.

Desta forma, um país pode decidir por investir na produção de um ou mais componentes, dependendo do parque industrial já desenvolvido e da matéria prima disponível em seu território, ponderando os custos e benefícios desses incentivos (COUTO, 2016).

Na Espanha, a indústria heliotérmica empregou mais de 20.000 trabalhadores e contribuiu com aproximadamente 1,65 bilhões de euros ao PIB nacional. Nos últimos quinze anos, a indústria CSP espanhola dominou 75% do mercado local e foi responsável pelo desenvolvimento de pelo menos 55% da capacidade instalada mundial (FRISARI e FEÁS, 2014).

Segundo a Agência Internacional de Energia (2014), espera-se uma redução no custo de capital das usinas CSP até 2030, para dois cenários de investimento. O primeiro cenário avalia o custo de capital na ausência do sistema de armazenamento e o segundo com a possibilidade de armazenar calor por 6 horas.

Figura 3 - Expectativa de redução do custo de capital de usinas CSP

*TES= Sistema de armazenamento.

Fonte: SORIA, 2016 a partir dos dados da IEA, 2014.

Apesar do armazenamento aumentar o custo de capital, verifica-se maior flexibilidade da operação e atendimento ao consumidor, o que contribui para uma redução do custo nivelado da energia.

Para o futuro desta tecnologia no Brasil, o tempo que a heliotérmica percorrerá para atingir competitividade técnica e econômica irá variar de acordo com a curva de aprendizado tecnológico, em razão dos investimentos em pesquisa e desenvolvimento. Pode-se citar também o aproveitamento do conhecimento adquirido em outras tecnologias similares com maturidade comercial, como é o caso da fotovoltaica e economias de escala na indústria pela experiência na produção de componentes dessa cadeia produtiva.

Tudo isso dependerá das políticas de incentivo governamentais para as fontes renováveis nos próximos anos, em especial as estratégias adotadas para impulsionar a tecnologia CSP no país. Principalmente, a partir do fortalecimento de parcerias internacionais para o desenvolvimento de projetos nesta indústria, a promoção de P&D, a capacitação de recursos humanos e de laboratórios para atender às necessidades de expansão da pesquisa, bem como com o mapeamento das oportunidades para a introdução da energia heliotérmica na matriz energética brasileira.