‘A geração a carvão é a prova definitiva’

O Chile avançou rápido no caminho da descarbonização do setor de geração, mas vem enfrentando alguns obstáculos, principalmente relacionados à flexibilidade limitada da rede.

Uma das missões atuais do país é substituir os serviços de estabilidade da rede garantidos pela frota de centrais elétricas a carvão, que estão sendo gradualmente retiradas do sistema.

A Wärtsilä, empresa global de soluções para o mercado de energia com sede na Finlândia, analisou a situação e, no ano passado, apresentou uma solução personalizada que envolve armazenamento e centrais flexíveis a gás.

A BNamericas conversou com representantes da empresa para descobrir como andam as ações nessa área e saber mais sobre o assunto.

No momento, stakeholders do setor energético estão avaliando e defendendo várias opções, como armazenamento em baterias e sistemas de hidrelétricas reversíveis, energia solar concentrada e tecnologia de rede avançada.

Isso, por sua vez, está em linha com a meta política nacional de concluir a transição para um setor energético 100% livre de emissões até 2050.

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BNamericas: Desde o nosso último bate-papo, o que vocês têm feito? Podem relembrar por que conduziram o estudo?

Alex Espejo, gerente de desenvolvimento de mercado: Temos trabalhado bastante. Desde o ano passado, temos acompanhado as mudanças na regulamentação e na política, além dos anúncios de novas capacidades, conversões e desativações, e atualizado nossa modelagem.

Conduzimos o estudo no ano passado para entender o que estava por trás dos desafios financeiros emergentes enfrentados pelas energias renováveis, sobretudo a energia solar fotovoltaica. Conseguimos isolar e demonstrar como as centrais inflexíveis de carga básica a carvão estão contribuindo para o mercado e para o equilíbrio dos desafios do CEN [coordenador da rede].

Agora, estamos trabalhando para entender a “curva do pato” emergente no Chile e suas potenciais implicações para os geradores existentes, bem como o preparo do Chile para administrar a rampa de carga líquida.

BNamericas: Falando sobre a descarbonização da rede do Chile, para vocês, existem algumas questões que merecem uma discussão pública muito maior. Podem falar um pouco mais sobre isso?

Jussi Heikkinen, diretor de crescimento e desenvolvimento: O Chile atingiu o limite de flexibilidade do sistema energético, o que introduziu vários desafios e quase interrompeu a jornada rumo à descarbonização. Definimos o limite de flexibilidade como o ponto em que o sistema de energia convencional existente não consegue acomodar mais energia renovável sem gerar restrições adicionais.

No Chile, a geração a carvão é a prova definitiva.

Hoje, a geração a carvão só é necessária durante a noite, mas, devido à impossibilidade de desativar as plantas pela manhã e reiniciá-las à tarde, é preciso que elas operem continuamente. Essa situação resultou em cortes na geração (curtailment) em 30% da nova capacidade solar, causando dificuldades financeiras para os investidores de renováveis que gastaram tempo e recursos para instalar projetos no mercado chileno.

Além disso, o aumento dos pagamentos paralelos, em grande parte para o combustível de carvão necessário durante o dia, elevou os custos para os contribuintes e para os geradores existentes. Consequentemente, existe o risco de que as emissões de CO₂ não diminuam tão rápido quanto o necessário, representando uma ameaça significativa aos esforços de descarbonização.

Em outras palavras, o Chile se tornou líder na transição energética, mas, como acontece com todos os pioneiros, surgiram novos problemas que necessitam de soluções inovadoras. Nós, da Wärtsilä, sugerimos a elaboração de um plano de integração de renováveis.

BNamericas: Do jeito que as coisas estão, a eliminação completa da geração a carvão é viável? Quais seriam as consequências tangíveis?

Silvia Zumarraga, gerente-geral de desenvolvimento de mercado: O carvão hoje é responsável por cerca de 80% das emissões de carbono provenientes da geração de eletricidade no Chile. Encontrar formas de desativar as centrais a carvão proporcionará resultados imediatos na redução de carbono. A desativação de 2,5 GW de usinas a carvão resolveria o problema.

Mas não é possível simplesmente fechar as centrais a carvão, uma vez que o sistema energético existente não consegue suportar a carga de maneira confiável como está hoje. Apresentamos em nosso estudo o número de novas centrais de armazenamento em baterias e usinas flexíveis a gás que precisam ser instaladas para garantir a segurança do fornecimento após a desativação das usinas a carvão. A instalação dessas plantas resolverá o problema. No entanto, serão necessários alguns anos, porque não existe uma saída instantânea e fácil para a crise.

Após a desativação de 2,5 GW de centrais a carvão, o caminho estará aberto para a adição de mais centrais de energia solar e eólica sem grandes cortes na geração. As centrais elétricas a gás flexíveis podem ser paradas durante o dia e reiniciadas à noite para garantir a segurança do abastecimento noturno, juntamente com o armazenamento em baterias.

BNamericas: Que outras medidas podem ser tomadas para se preparar para essa transição? O que o Chile poderia fazer de diferente?

Zumarraga: Ao aumentar o limite de flexibilidade do sistema de energia, é preciso garantir que o sistema proporcione segurança de fornecimento durante a noite, em períodos de carga elevada e padrões climáticos incomuns – sem as centrais a carvão.

Para nós, é preciso seguir uma abordagem em duas etapas.

A primeira é aumentar a flexibilidade do sistema através da desativação de 2,5 GW de centrais a carvão, para que possam ser adicionadas mais fontes de energias renováveis. Para permitir essa desativação de 2,5 GW, o sistema necessitará de 17 GWh de novo armazenamento de energia para transferir a energia do dia para a noite, e de pelo menos 240 MW de nova capacidade flexível e firme de geração a gás para garantir a segurança do abastecimento durante a noite e durante padrões climáticos incomuns. O Chile também precisa instalar condensadores síncronos para garantir a estabilidade da frequência e da tensão após o encerramento de grandes centrais elétricas a carvão.

Ao adicionar mais centrais de armazenamento e unidades flexíveis a gás, as usinas a carvão podem ser gradualmente desativadas, uma a uma. Isso aumentará o limite de flexibilidade do sistema energético para permitir um maior crescimento das energias renováveis. A forma mais inteligente de fazer isso seria com a instalação de centrais elétricas a gás flexíveis no lugar das centrais elétricas a carvão existentes – isso proporciona uma redução significativa nas emissões locais devido ao combustível mais limpo e às horas de funcionamento limitadas, ao mesmo tempo em que resolve os problemas de limite de flexibilidade do sistema energético nacional.

Na segunda etapa, após as ações acima, o sistema energético estará suficientemente robusto para continuar aumentando as fontes de energias renováveis e as centrais de armazenamento de energia, ao mesmo tempo em que fecha o restante das centrais a carvão inflexíveis. Para substituir os 3,5 GW restantes de centrais elétricas a carvão mais os 3,2 GW de usinas a diesel, serão necessários 9,5 GW adicionais de energias renováveis, 12,3 GWh de armazenamento em baterias e 2,6 GW de centrais elétricas flexíveis e firmes a gás. Além disso, será preciso ter a quantidade ideal de condensadores síncronos. Essa quantidade será determinada pelas condições locais de transmissão e distribuição que surgem e variam muito, dependendo da demanda e do crescimento do lado da oferta.

As centrais flexíveis a gás desempenharão um papel fundamental durante a transição, e também depois dela. Quando as centrais elétricas são convertidas para combustíveis sustentáveis derivados do hidrogênio, elas se tornam neutras em carbono e continuam desempenhando o mesmo papel fundamental de garantir a segurança do fornecimento durante todos os padrões climáticos.

BNamericas: Vocês não defendem a ideia de confiar apenas no armazenamento em baterias como um facilitador da transição. Por quê?

Espejo: As baterias lidam perfeitamente com todas as funções ao longo do dia. Eles conseguem manter a frequência e a tensão estáveis, equilibram variações rápidas na geração eólica e solar e podem transferir a energia solar do dia para a noite. As centrais flexíveis a gás também são capazes de lidar com grande parte desse equilíbrio ao longo do dia, mas as baterias não necessitam de combustível e têm tempos de resposta mais rápidos.

O que as baterias não fazem é fornecer energia firme, o que significa a possibilidade de ligá-las quando precisar e operá-las pelo tempo que precisar. As baterias sempre têm limitações de tempo. É por isso que elas não são uma solução economicamente viável para a gestão meteorológica durante longos períodos, por exemplo, baixa geração eólica e solar devido a períodos nublados ou chuvosos, inverno, etc. O armazenamento de uma bateria não se estende pelas 168 horas de uma semana – o que é um requisito para o armazenamento de energia em longo prazo.

A geração flexível a gás pode ser operada pelo operador do sistema para garantir a segurança do fornecimento. Mas ter essa capacidade disponível também permite uma redução radical do tamanho do armazenamento em baterias. Elas são ideais para lidar com as tarefas ao longo do dia, enquanto o equilíbrio mais raro de padrões climáticos incomuns – como baixa geração eólica e solar – é deixado para as usinas de energia a gás.

BNamericas: Qual é o papel que o gás desempenha hoje e qual ele desempenhará no futuro?

Zumarraga: Precisamos ser realistas e reconhecer que o gás é o combustível de transição mais limpo. A verdadeira diferença está na aplicação. O que acontecerá, se houver um planejamento adequado, priorizando a flexibilidade, é que as centrais elétricas flexíveis a gás serão responsáveis pelo equilíbrio das energias renováveis variáveis.

Elas funcionarão apenas em fatores de baixa capacidade. Talvez um pouco mais no início, mas, à medida que aumentarmos a capacidade de armazenamento e com a entrada de mais fontes de energias renováveis no sistema, o fator de capacidade dessas centrais será menor (5-10%). No entanto, dependendo das condições hídricas e das mudanças climáticas, os geradores térmicos podem precisar trabalhar mais. É por isso que, além dos parâmetros operacionais de um gerador, também é importante levar em conta a eficiência em um ciclo aberto.

BNamericas: Vocês têm uma proposta para uma solução flexível de gás. Podem explicar o que a capacidade flexível de gás envolve e qual é sua finalidade?

Zumarraga: A geração/capacidade de energia flexível a gás tem excelentes recursos dinâmicos.

Simplificando, a flexibilidade se refere à capacidade de uma central elétrica iniciar, parar e ajustar sua produção de acordo com a demanda da rede elétrica, permitindo, assim, utilizar plenamente toda a geração renovável disponível no sistema de maneira rápida e fácil. Elas desempenham um papel complementar aos sistemas de energia – cujo ritmo é cada vez mais determinado pela geração solar e eólica, que é variável.

BNamericas: A proposta de implantar uma nova capacidade a gás pode enfrentar dificuldades políticas e ambientais, dado o impulso de descarbonização do país e o status de importador líquido de hidrocarbonetos?

Espejo: O uso do gás natural no sistema energético do Chile é um compromisso. No mundo ideal, o Chile construiria um pipeline composto apenas por energia solar, eólica, baterias e hidrelétricas reversíveis. Infelizmente, a realidade de custo, licenciamento, construção e uso da terra tornam essa opção inviável. O gás é o combustível com menores emissões disponível em grande escala, com cadeias de abastecimento de combustível diversificadas e confiáveis. Pode ser queimado de forma eficiente e flexível para garantir uma estrutura com menos emissões para o sistema elétrico chileno.

Propomos o gás como combustível de transição até que estejam disponíveis combustíveis sustentáveis, quando esses ativos mudarão. Devemos nos concentrar na aplicação ou na maneira como esses ativos serão utilizados: para equilibrar a intermitência. Esses ativos flexíveis operam em pulsos e as emissões ainda diminuem, porque a quantidade de combustível queimado diminui.

BNamericas: Então, a nova capacidade flexível a gás estaria pronta para o uso de combustível sustentável? Qual seria o fator de capacidade desses ativos, considerando que o custo dos combustíveis sustentáveis, pelo menos inicialmente, pode ser superior ao do gás natural?

Zumarraga: Nosso estudo considerou o gás como combustível de transição e, assim que os combustíveis sustentáveis estiverem disponíveis, alguns ativos serão convertidos. O Chile estabeleceu suas metas para quando isso pode acontecer, e a Wärtsilä acaba de anunciar seu “conceito de usina de energia 100% preparada para hidrogênio”.

Com base na nossa modelagem, a capacidade flexível operaria com um fator de capacidade anual menor que 10%.

BNamericas: Como os stakeholders estão reagindo a essa proposta e quais podem ser os próximos passos?

Espejo: Há um grande interesse de todos os tipos de stakeholders. Todos no Chile reconhecem a importância da descarbonização e estão animados com a proposta.

Além disso, o aumento das tarifas de energia representa um problema real, que, se não for resolvido, pode gerar questões maiores, como o comprometimento da confiabilidade do sistema. Realizamos diversas reuniões com autoridades governamentais e com o setor privado, onde compartilhamos nossa análise e proposta. Recebemos feedback muito positivo e fomos encorajados a continuar desenvolvendo e contribuindo.

Por exemplo, a maioria dos geradores a carvão já tem planos de desativar seus ativos antes do prazo de 2040. O que realmente atrai os stakeholders para a nossa proposta é que ela utiliza tecnologias existentes e comprovadas, que não exigem investimentos intensivos e podem ser facilmente modeladas, credenciadas e receber licenças sem intervenção regulatória significativa.

Agora, estamos trabalhando para entender a “curva de pato” emergente no Chile e as possibilidades de aumento da carga líquida do sistema elétrico, tanto hoje quanto nos próximos dois ou três anos. Esperamos compartilhar nosso estudo no próximo outono.