Opinião Paulo Preto dos Santos: "Os sistemas de geração elétrica do futuro"

15.04.2015

A descarbonização da geração de energia elétrica determina que as redes elétricas vão ter que operar, cada vez mais, com um peso maior de incorporação de fontes energéticas renováveis. O problema é que, com exceção das renováveis de origem térmica, como a biomassa e a geotermia, todas as outras renováveis dependem dos desígnios da meteorologia. Como tal, adicionam níveis de intermitência e de imprevisibilidade cada vez maiores aos sistemas elétricos que, terão que ser geridos sem que a estabilidade e qualidade do fornecimento de energia sejam colocadas em risco.

 

As fontes hídricas, quando associadas a albufeiras de armazenagem, permitem mitigar essa intermitência e imprevisibilidade no curto e médio prazos mas, no longo prazo também não garantem a estabilidade dos sistemas elétricos. Exemplo disso, o caso atual do sistema brasileiro que não pôde prever a grave seca que está a viver e que tem originado severos cortes no fornecimento de energia elétrica.

 

No caso das fontes solar e eólica a imprevisibilidade pode ser de muito curto prazo, chegando a ser de poucas horas ou mesmo minutos. Os operadores das redes elétricas conseguem gerir a geração destas fontes numa base anual mas, em curtos períodos de tempo, essa gestão pode ser muito difícil e é dispendiosa porque tem que recorrer à ativação de parques de geração térmica fóssil para suavizar os impactos negativos da imprevisibilidade das fontes eólicas. Portugal é um dos maiores exemplos mundiais de sucesso na capacidade de gestão de uma das mais elevadas taxas de incorporação de energia eólica no sistema elétrico.

 

Os operadores das redes necessitam pois de parques de geração térmica que possam responder a este tipo de necessidades de operação com um peso maior de incorporação de fontes energéticas renováveis. E quererão, tanto quanto possível, operar essas centrais térmicas durante o menor tempo possível, uma vez que a queima de um combustível (seja ele qual for) resulta em custos variáveis acrescidos contrariamente ao custo marginal da produção eólica que será praticamente zero.

 

O atual parque térmico de Portugal (e de muitos outros países europeus) não está, preparado para responder a estes desafios de modo a minimizar os custos, porque foi concebido para operar fazendo a base do diagrama de carga, ou seja, continuamente. É constituído por centrais de ciclo combinado a gás natural e centrais de ciclo simples a carvão, todas elas concebidas para operação em contínuo e não como estão atualmente a operar em “pontas”.

 

Numa central a carvão convencional, a energia elétrica produz-se após a geração intermédia de vapor em alta pressão (ciclo de Ranquine). Não pode operar em regime de “pára/arranca” e sua eficiência não ultrapassa os 37% mesmo operando em regime contínuo e a 100% da carga. As centrais de ciclo combinado a gás natural têm sido tão pouco utilizadas e em períodos tão curtos que, possivelmente têm operado somente com os seus geradores associados às turbinas de gás (ciclo de Brayton) e, por essa razão estão a operar com eficiências que rondarão os 42%, ou seja, muito longe das eficiências anunciadas de 55% a 58%. No entanto, elas aí estão e os respetivos custos de amortização dos capitais, nelas investidos, são suportados pelo sistema elétrico. São remuneradas mesmo quando não operam.

 

Por tudo isto, os operadores das redes elétricas necessitarão, cada vez mais, de parques de geração térmica complementar às fontes renováveis com as seguintes características:

  • Em primeiro lugar, um baixo custo de capital por MW instalado, porque vão estar em operação por períodos curtos de tempo, ou seja, com fatores de utilização muito pequenos e, como tal, o retorno dos investimentos será longo.
  • Em segundo lugar, terão que ter elevadas capacidades “ramp-up” e “ramp-donw” e terão se suportar elevados níveis de paragens e, por isso não podem ser unidades baseadas em turbinas a gás industriais e, muito menos em turbinas de vapor.
  • Em terceiro lugar, deverão ser parques térmicos com elevada capacidade de funcionamento a cargas parciais. Serão modulares com degraus de modularidade bem mais pequenos que os atualmente existentes com grupos que rondam os 250 a 300 MW. Deverão ser parques térmicos com degraus de modularidade de 50 MW ou mesmo de 20MW.
  • A elevada capacidade de funcionamento a cargas parciais não deverá colocar em causa a sua eficiência, ou seja, os parques térmicos do futuro terão que ter a capacidade de funcionar a 20, 40 até 100 % da carga mantendo sempre o mesmo nível de eficiência. Obviamente, esse nível de eficiência deverá ser o mais elevado possível.
  • Por último, deverá, tanto quanto possível, ter uma filosofia de “geração distribuída” e, se possível com aproveitamento do calor residual, colocando a potência de geração o mais próximo do lugar do seu consumo e minimizando as percas de transporte.

Em suma, os sistemas de geração elétrica do futuro terão elevados níveis de incorporação de fontes renováveis que induzirão níveis de imprevisibilidade e intermitência também elevados. Por isso serão complementados com parques de geração térmica fóssil que sejam capazes de mitigar os riscos que decorem de elevadas incorporações de fontes renováveis imprevisíveis e intermitentes. À luz das atuais tecnologias, nenhuma responde melhor aos requisitos acima mencionados, do que a dos mais recentes motores alternativos de combustão interna a gás natural. Fabricam-se atualmente motores de combustão interna até 20 a 22 MW, com eficiências que já atingem, ou mesmo ultrapassam, os 49% (em ciclo simples), que atingem a sua potência máxima em menos de 60 segundos (alguns em menos de 30 segundos), permitem a modularidade das centrais sem perca de eficiência nas cargas parciais, não têm limitações técnicas e de durabilidade quanto ao elevado número de paragens e arranques, a sua eficiência quase nada depende da temperatura atmosférica, permitem tempos de construção das centrais muito mais curtos e custos de investimento poe MW mais reduzidos.

 

O lugar às grandes centrais térmicas fósseis terá tendência a desaparecer em sistemas elétricos com grande penetração de geração de fontes renováveis intermitentes. Em seu lugar iremos assistir à emergência de parques térmicos fósseis mais pequenos, de modularidade muito “fina” com mais eficiência em condições reais (fatores de utilização baixos) e mais distribuídos geograficamente. A tendência para o aumento da dimensão de centrais térmicas será apenas verificada nas centrais de biomassa, existindo recursos de biomassa para o efeito para operarem na base do diagrama de carga, ou seja, com grandes fatores de utilização e nulas no balanço das emissões de carbono.

 

Paulo Preto dos Santos é Engenheiro Mecânico pelo Instituto Superior Técnico e tem uma graduação em Alta Direcção de Empresas, pela AESE/IESE Business School em Economics. É Director Comercial da Winpower, SA, e Secretário-Geral da APEB – Associação dos Produtores de Energia e Biomassa. Foi Director Geral da SOBIOEN, Ceo da TRANSGÁS ENERGIA, Diretor de Marketing da TRANSGÁS, Adjunto do CA da LISBOAGÁS e Gestor na SHELL PORTUGUESA. O autor escreve, por opção, ao abrigo do novo Acordo Ortográfico da Língua Portuguesa.

TAGS: Opinião , energia , Paulo Preto dos Santos , biomassa , renováveis , descarbonização da energia elétrica
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