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Segurança Energética perspectivas no enfrentamento às mudanças climáticas globais
Conferencia Internacional do INCT para Mudancas Climaticas
28 a 30 de setembro de 2016
Enio B. Pereira (INPE)enio.pereira@inpe.br
Crises e Oportunidades
Crises como a do sistema hídrico podem representar oportunidades para penetração de fontes alternativas de energia
Inserção da temática no cenário globalAcordo de Paris e Agenda 2030
• O Brasil incluiu em suas metas de “Contribuicões Nacionalmente Determinadas – NDC”:
– Alcançar 45% de energias renováveis (incluindo hidroelétrica).
• Alguns objetivos específicos da Agenda 2030 têm um claro componente ambiental de garantir acesso a energia limpa, promover consumo e produção responsáveis e de tornar as cidades inclusivas, seguras, resilientes e sustentáveis.
Segurança energética e desenvolvimento sustentável
• Redução de emissões GEE • Menor dependência de combustíveis finitos• Garantir a segurança energética, hídrica e
alimentar
• Aumento da capacidade de geração eólica• Aumento da capacidade de geração solar• Aumento do uso da biomassa energética• Emprego de co-geração e geração híbrida
Fonte: ANEEL, 2016
UHE62%
UTE29%
EOL5%
PCH3%
UTN1%
CGH0%
UFV0%
CAPACIDADE INSTALADA
Energia Renovável Fluxo Anual
(EJ/ano)
Fluxo de energia anual /
quantidade utilizada de energia em 2008 pela humanidade
Bioenergia 1.548 >3,1
Energia Solar 3.900.000 7.900
Energia Geotérmica 1.400 2,8
Energia Hídrica 147 0,3
Energia dos Oceanos 7.400 15
Energia Eólica 6.000 12
Energias RenováveisPotencial teórico das energias renováveis no mundo
Adaptado de IPCC, 2012 e REN21, 2015
Tendência mundialCrescimento das energias renováveis no mundo
Energia
Capacidade Total Instalada no Mundo (GW)
Variação Percentual (%)
Ano de 2004 Ano de 2013
Hídrica 715 1000 40
Biomassa <36 88 >144
Geotérmica 8,9 12 35
Solar Fotovoltaica 2,6 139 5246
Solar Térmica 0,4 3,4 750
Eólica 48 318 563
Adaptado de REN21 (2015).
Coeficiente Global de Impacto (CGI)Inferior do que em tecnologias convencionais
Dimensões consideradas: ambiental social humana economica
Heliotérmica
Fotovoltáica
Adaptado de: M. A. Cesaretti, 2010 – Tese de Doutorado
Projeção da matriz energética futuraEnergias “limpas"
Ofertafutura
Solar Potencialtecnicamenteviável(áreasdegradadas,reservatórios,etc…)
Potencialviávelgeraçãodistribuída(aspectoseconômicosesociais)
Eólica ReavaliaçãodopotencialeólicoOnshore
PotencialtécnicoeeconômicoOffshore
Hidráulica Premissasdeexpansão
Variabilidadeetendências
Biomassa Eletrificação???Análises/Trade-offs
Potencialeconomicamenteviável
ComplementariedadeHidro-Solar-Eolica
SegurançaEnergética
Brasil solarComparação com o mundo
Source: Brazilian solar energy atlas, 2006 Source: PVGIS http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/, 2012
Brasil eólicoBrazil’s wind potential
With 2,8 GW of new installed capacity in 2015, Brazil joins the group of the ten largest investor in wind energy
leading in the fourth place
Source: The Global Wind Energy Council (GWEC,) 2016
BarreirasBarreiras à penetração das energias não despacháveis
Apesar do enorme potencial, energias intermitentes (não despacháveis) como a solar e a eólica esbarram em barreiras que hoje estão sendo superadas através da combinação do avanço tecnológico, da escala de mercado e da disseminação da informação
• Barreira do custo:
– Sendo superada pela economia de escala e a evolução tecnológica.
– Já em paridade com o da energia termoelétrica.
• Barreira do conhecimento:
– Inibe a penetração de tecnologias de geração de energias não despacháveis
– Insegurança dos investidores e bancos de financiamento quanto ao retorno dos investimentos
Subprojeto Energias renováveisPrincipais perguntas norteadoras
Qual o real potencial tecnicamente viável solar e eólico?
Quais as possibilidades de complementaridade das fontes solar-hídrica-eólica-biomassa?
Como as mudanças climáticas afetam o regime de ventos e a irradiância solar incidente no Brasil?
Quais os impactos climáticos, econômicos e sociais decorrentes do aumento do emprego dessas energias alternativas?
Energia eólicaRemapeamento de potencial eólico Onshore
O Atlas Brasileiro de Energia Eólica (CEPEL, 2001)
Potencial estimado: 143 GW
▪ 1km x 1km▪ Velocidades > 7m/s▪ Torres com 50m de altura▪ 1 aerogerador de 2 MWpor km²▪ Descartou-se áreas cobertas por água (lagos, e
lagoas, açudes, rios e mar)
Potencial eólico nacionalReavaliado para torres de 100 metros
Corpo 18pt
Resolução 10km x 10kmPeríodo de 1983 a 1999Velocidade horária do vento
Atlas de 2001
Incremento de 4 vezes no Nordestee 6 vezes nacional
Potencial eólico offshore no BrasilAinda totalmente inexplorado
Particularmente intenso naregião oceânica costeira
do Nordeste
Potencial eólico teórico totalPotencial Onshore (tecnicamente viável)= 880(522) GWPotencial Offshore (tecnicamente viável)= 1300 GW
Aproveitamento Eólico em Reservatórios HidrelétricosOs reservatorios possuem, normalmente, forma alongada e Isto pode introduzir regiões de convergencia para o vento sobre o lago criandocondicões orograficas favoraveis ao aproveitamentoeolico.
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Os estudos morfométricos, fundamentais para a regionalização e avaliação das
influências topográficas para o vento, serão conduzidos ao longo de todos os
reservatórios alvo de estudos deste projeto (Furnas, Três Marias, Itumbiara e Estreito),
tendo em vista identificar as regiões ou setores, de cada reservatório, mais propícios ao
aproveitamento eólico considerando o cenário atual e os cenários futuros.
A instalação de uma torre meteorológica de 40m e de um balão para sustentação, a
100m, no reservatório de Furnas, na qual serão instalados 04 anemômetros sônicos que
medirão as três componentes do vento, mais dados de temperatura do ar e da água,
permitirão a comparação e validação dos métodos morfométricos de estimativas dos
índices de rugosidade superficial. Também, permitirão estudos inéditos, no Brasil,
sobre os perfis típicos do vento em ambientes aquáticos e como a variabilidade diurna
na diferença temperatura da água e temperatura do ar (vide Assireu et al., 2011)
implica sobre a estabilidade da coluna d’água e daí para as estimativas do vento em
diferentes alturas.
A Figura 6a indica o esquema de fundeio do balão que suportará a 100m, o
anemômetro e demais sensores meteorológicos como temperatura do ar, pressão e
umidade. Este sistema será instalado no Reservatório de Furnas. A estabilização dos
sensores em relação ao balão será feito por um braço osciloscópio desenvolvido para
esta função e cuja patente é de domínio da UNIFEI. O fundeio será de três pontos a fim
de eliminar a possibilidade de rotação do sistema balão-sensor.
Figura 6 – Arranjo dos anemômetros que serão utilizados nos estudos sobre
perfil vertical do vento a ser instalado no Reservatório de Furnas.
Previsão de geração eólicaEnergia não despacháveis – necessidade de previsão de geração a curtoDesenvolvimento de metodologias para a previsão do vento em curto prazo queconsiste no refinamento da saída do modelos de mesoescala via RNA’s (redes neuraisartificiais)
MD: previsão da
média diária com
24 horas
MH: previsão da
média horária com
24 horas
Impactos das mudanças climáticasPrognósticos para energia eólica no longo prazo
Prognósticos para o final do século da densidade de potência eólica relativa aoperíodo de referência (1961-90) realizado para um cenário IPCC A1B
Impactos das mudanças climáticasVentos extremos Situações de ventos extremos que geram risco
à integridade das turbinas eólicas podem nãoser detectadas.
Cerro Chato, Rs – dez/2014
Energia intermitenteComplementaridade e intergração no SIN
Source: Atlas eólico do estado da Bahia, 2013
Rede SONDARede de coleta de dados solares, ambientais e eólicos –parcialmente apoiada pelo INCThttp://sonda.ccst.inpe.br
Atlas Brasileiro de Energia Solar 2ª. Edição
Atualmente sendo parcialmente apoiado por este subprojeto do INCT15 anos de dados Dez-Fev Mar-Mai
Jul-Ago Set-Nov
Temos área suficiente para PV?100% da demanda nacional necessita de apenas 11.036 km2
(0,2% do território nacional)
Geração híbrida Fotovoltáica-HidrelétricaToda área alagada coberta com PV
Eficiência FV: 10 %Eficiência conversão: 75 %Densidade: 80 W/m²Área alagada utilizada: 100%
0
20
40
60
80
100
120
140
Itai
pú
Xin
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San
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ntô
nio
Jira
u
Hidrelétrica
Fotovoltaica
Geração solar somente durante o dia?Curvas de carga (Nordeste)
Centrais heliotérmicas comArmazenamento térmico geramInclusive à noite
UsinaCelsoFurtado,BApotênciainstaladade186MW
Evitaria emissão de aprox. 0,25 MegaToneladas deCO2 equivalentes/ano
Potencial fotovoltaico teóricoBrasil = 468,0 PWh/anoÁreas Degradadas = 64,3 PWh/anoReservatórios = 1,4 PWh/ano
Potenciais teóricos comparativosSolar FV e eólico
1,4
64,3
2,74
2,3
0,62
0,1
1
10
100
Reservatórioshidroelétricas
Áreasdegradadas
Eólicoonshore
Eólicoofshore
Hidrico Demandanacional
FV em hidrelétricas
Subprojeto Energias RenováveisComposição atual necessidade de expansão
INPE – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais / Centro de Ciência do Sistema Terrestre / Laboratório de Modelagem e Estudos de Recursos Renováveis de Energia (LABREN) <http://labren.ccst.inpe.br>
UFAL – Universidade Federal de Alagoas / Instituto de Ciências Atmosféricas / Grupo de Micrometeorologia<http://www.ufal.edu.br/unidadeacademica/icat/pesquisa/grupos-nucleos>
UNIFEI – Universidade Federal de Itajubá / Instituto de Recursos Naturais / Grupo de Estudos em Ciências Atmosféricas, Oceânicas e Ambientais <http://www.somos.unifei.edu.br/setores_academicos/view/20>
UENF - Universidade Estadual do Norte Fluminense / Centro de Ciência e Tecnologia / Laboratório de Meteorologia < http://uenf.br/cct/lamet/>
UNIFESP – Universidade Federal de São Paulo – Campus Baixada Santista / Departamento de Ciências do Mar < http://www.imar.unifesp.br>
Próximos passos
Ampliar a rede de colaboradores
Refinamento dos modelos para estimativas e previsão de geração eólica e solar
A questão da variabilidade (energias não despacháveis)
Levantamento do potencial offshore através através de modelos validados com dados Quickscat e bóias
Revisão das áreas para geração solar (critérios áreas degradadas, alagadas topografia, etc. potenciais tecnicamente viáveis )
Complementaridades com a hídrica e biomassa
Prognósticos de longo prazo para solar e eólica
Ciclos de vida - emissões associadas nas tecnologias solar e eólica
Aspectos da sociais do uso das energias solar e eólica
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