Como a busca de net zero do Chile pode transformá-lo em um pioneiro da descarbonização

O Chile traçou um caminho ambicioso para emissões net zero de carbono até 2050, e sua rede elétrica deve mudar profundamente para chegar lá.

O setor de energia é o maior emissor do país, respondendo por quase 80% da produção total de CO₂. O Chile prometeu aposentar sua potência movida a carvão até 2040 e está trabalhando duro para substituir essa energia de base por uma combinação de armazenamento hidrelétrico, eólico, solar e de bateria, bem como um sistema de transmissão mais robusto.

Mas, para chegar a tempo, também terá que incorporar usinas movidas a gás natural flexíveis e responsivas, de acordo com um relatório atualizado sobre o caminho de descarbonização acelerada do Chile, publicado em setembro pela empresa finlandesa Wärtsilä.

A BNamericas conduziu uma entrevista por e-mail com Silvia Zumarraga, gerente geral de desenvolvimento de mercado da Wärtsilä Americas, para saber mais sobre as implicações do relatório e sua perspectiva otimista sobre o futuro da rede elétrica chilena.

Nota do editor: Q&A produzido em conjunto com o chefe do escritório do Cone Sul da BNamericas, Allan Brown.

BNamericas: Wärtsilä apresentou uma forma prática para o Chile descarbonizar o sistema elétrico até 2050. Quais são os principais resultados e conclusões?

Zumarraga: Gostaria de começar a resposta com uma reflexão. Imagine por alguns instantes que você acorda em 2050, ou até antes, e seu sistema de energia foi o primeiro do mundo a atingir a descarbonização total, e o custo do sistema também caiu. A realização desse sonho está agora ao nosso alcance.

O Chile estabeleceu algumas das metas de descarbonização mais ambiciosas do mundo. Nossa análise apresenta um caminho de descarbonização realista para o Chile, que atinge as metas de redução de carbono do país, atende a carga sem apagões e tem o fornecimento de menor custo para os usuários. O estudo apresenta várias etapas e estabelece importantes decisões relacionadas ao mix de capacidade necessárias para uma descarbonização eficiente. O planejamento é a chave para uma estratégia de descarbonização bem-sucedida, para evitar erros semelhantes aos cometidos por países pioneiros com metas ambiciosas de descarbonização. A Wärtsilä publicou um white paper detalhando este estudo.

As usinas a carvão são uma importante fonte de energia no Chile, portanto, fechá-las proporciona uma redução de CO₂ de mais de 84% das emissões totais do sistema de energia até 2030, em comparação com 2021. Mas é uma tarefa monumental que precisa ser considerada com cuidado. Cerca de 4 GW de nova capacidade de geração (principalmente renováveis) devem ser construídos a cada ano durante esta década para ter um sistema de energia capaz de atender a demanda sem usinas a carvão.

Esse sistema de energia com alta participação de energia eólica e solar deve ser capaz de operar de forma confiável em diferentes cenários climáticos, inclusive diante de erros de previsão do tempo, como secas extremas ou outros padrões climáticos incomuns e duradouros. Durante a primeira década, o Chile precisará de 30 GW de novos ativos:

• 5 GW de energia eólica e 15 GW de energia solar fotovoltaica para produzir uma parcela crescente de energia limpa

• 8 GW de armazenamento em bateria, primeiro para serviços auxiliares, aumentando gradualmente o uso de armazenamento para transferir a energia solar durante a noite, à medida que os preços da bateria e da energia solar diminuem.

• 2 GW de geração de gás flexível para fornecer a capacidade firme necessária e evitar a redução solar e eólica causada por ativos de geração inflexíveis. Essas usinas serão posteriormente convertidas em combustíveis sustentáveis quando estiverem disponíveis.

O Chile se posicionará então como um dos líderes globais na descarbonização do setor elétrico e um exemplo a ser seguido.

BNamericas: Com base na geografia do país e nos desafios apresentados pela rede elétrica, onde e quando esses recursos adicionais precisariam ser construídos?

Zumarraga: O Chile é abençoado com condições notáveis para energias renováveis e, se olharmos para a geografia, a maior parte da energia solar e do armazenamento estará localizada no norte, capturando altos fatores de capacidade solar e transferindo essa energia para a noite. A energia eólica estará nas regiões centro-sul, e as usinas flexíveis a gás precisam estar estrategicamente localizadas no sistema, onde haja acesso ao gás.

Em termos de cronograma, o estudo considera que, até 2030, o Chile terá retirado todos os 5 GW de capacidade de carvão e substituído por 30 GW de nova capacidade de geração. Conforme mencionado, neste ponto, o sistema teria alcançado uma redução de 84% de CO₂. Então, entre 2031 e 2050, o sistema precisará de 30 GW adicionais de nova capacidade de geração (12 GW solar, 11 GW eólico, 5 GW de armazenamento e 3 GW térmico flexível) para finalmente chegar a 100% de energia renovável e zero combustível fóssil.

Após 2030, o estudo considera o fechamento de todos os ativos inflexíveis e a maioria dos combustíveis fósseis. Então, como última etapa da descarbonização, as usinas de gás flexível mudarão para combustíveis sustentáveis, como hidrogênio ou combustíveis derivados de hidrogênio, como amônia ou metanol. Em resumo, o sistema precisará de um total de mais de 60 GW de capacidade adicional – em comparação com 2021 – para atender ao crescimento da carga e ser capaz de fechar todos os ativos emissores de carbono.

BNamericas: Temos que esperar até 2050 para atingir o net zero? O cronograma pode ser encurtado?

Zumarraga: Essa foi uma das nossas principais perguntas após a conclusão do estudo. Era evidente para nós que um esforço substancial foi feito no primeiro período (até 2030) para reduzir o carbono em mais de 80%, mas parecia que o ritmo foi mais lento durante 2031-2050, quando precisávamos cortar apenas os 16% restantes de as emissões originais de carbono de 2021. Por isso, desafiamo-nos e decidimos encontrar a resposta. Poderíamos manter ou melhorar o ritmo de forma confiável?

Definimos a equipe para modelar o sistema novamente com essa questão em mente, buscando maneiras de descarbonizar totalmente o sistema elétrico nos próximos 10 anos. Quando novos resultados foram obtidos, descobrimos que não só é tecnicamente possível, mas também economicamente acessível. Os novos resultados da modelagem mostram que o Chile poderia descarbonizar o sistema elétrico e atingir o zero líquido até 2032.

BNamericas: Quais são as principais diferenças entre a primeira análise e o novo cenário acelerado?

Zumarraga: Durante a década atual, as diferenças são muito pequenas. Vemos que a mesma quantidade de nova capacidade de geração é necessária. Mas, enquanto no primeiro cenário todas as ações buscavam carbono zero em 2050, com a instalação de 8 GW adicionais de capacidade de geração durante 2031 e 2032, o Chile poderia atingir net zero até o final de 2032.

As adições de capacidade durante 2031 e 2032 consistiriam em:

• 2,5 GW de energia eólica

• 2,5 GW de energia solar fotovoltaica

• 1,5 GW de armazenamento de bateria

• 1,5 GW de geração de gás flexível

Essas adições de capacidade, juntamente com a conversão de todas as usinas de gás flexível para operar com hidrogênio, amônia ou metanol verde, permitem que o Chile atinja a eletricidade de carbono zero até o final de 2032.

Fonte: Wärtsilä.

BNamericas: Uma percepção comum é que a descarbonização da eletricidade custará caro para os usuários finais. Quanto mais os chilenos teriam que pagar por sua energia limpa?

Zumarraga: É uma crença comum que a descarbonização vai custar muito mais caro. No entanto, isso não é fato, se for planejado e projetado adequadamente. O Chile tem recursos eólicos e solares renováveis muito fortes e sua utilização total não aumentará o custo da eletricidade para o usuário final, desde que seja combinada com tecnologia flexível que possa evitar cortes. Durante esta década, investimentos pesados precisam ser feitos para poder aposentar o carvão, mas ainda assim, os custos de geração de eletricidade permanecerão praticamente os mesmos de antes. Após o ano de 2030, o custo da eletricidade começaria a diminuir, não a aumentar. O fato é que grande parte do custo do sistema seria o capital necessário para construí-lo, e não o custo do combustível necessário para operar as usinas. Isso também diminuiria a dependência e a exposição do país à volatilidade dos preços internacionais dos combustíveis.

A diferença no custo de geração entre os dois cenários é de apenas 2,7%, o que é menor em comparação com a eliminação de 4 milhões de toneladas de CO₂ todos os anos entre 2033 e 2050.

BNamericas: Um ponto-chave de seus comentários anteriores é que a substituição da capacidade de geração a carvão não exigirá apenas energia eólica, solar e de armazenamento, mas também soluções de equilíbrio, como usinas de gás flexível que podem ser posteriormente convertidas em combustíveis eletrônicos. Você poderia explicar por que eles são necessários?

Zumarraga: A energia renovável eólica e solar – junto com a hidrelétrica – fornecerá a nova carga básica de energia para o Chile. No entanto, essas usinas não são despacháveis pelo operador do sistema como as usinas a carvão, porque sua produção depende do clima e da hora do dia. O Chile equilibrará essas variações do lado da geração, principalmente com armazenamento em bateria, mantendo a qualidade de energia alta e mudando a energia do dia para a noite e dos horários de vento para os períodos mais calmos.

Durante a transição, quando as renováveis e o armazenamento em bateria estão sendo adicionados, para cobrir uma parte crescente da carga, vemos que há momentos em que é necessária mais energia no sistema. Essa energia é normalmente necessária por curtos períodos de tempo e as usinas de energia a gás flexíveis podem atender a essas necessidades, ficando off-line quando não são necessárias e entrando em ação rapidamente quando necessário. Durante a transição, essas plantas normalmente operariam cerca de 1.500 horas por ano.

Mais tarde, quando o sistema for descarbonizado e as usinas flexíveis estiverem operando com combustíveis derivados de hidrogênio, haverá momentos de clima incomum, quando as usinas eólicas e/ou solares não gerarão energia suficiente por longos períodos e o armazenamento da bateria será gradualmente esgotado. É quando as usinas flexíveis entram no sistema, produzindo energia por algumas horas e desligando quando o sol sai, e a energia solar fotovoltaica começa a carregar as baterias. Os curtos períodos necessários definem a operação de pulso para essas plantas.

É importante ressaltar que ter essas usinas flexíveis na frota permite reduzir substancialmente as capacidades instaladas de energia eólica e solar, criando um sistema de energia menor e economizando custos. Sem a frota relativamente pequena de usinas flexíveis de energia a gás, cerca de 20 GW de capacidade adicional de armazenamento eólico, solar e de bateria teriam que ser instalados para fornecer energia adequada em todas as condições climáticas, incluindo casos extremos, como secas e ondas de frio/calor.

Agilidade, capacidade de despacho e alta eficiência são as principais características desse sistema de energia flexível. Para cobrir erros inesperados de previsão do tempo, as usinas devem ser capazes de entrar em operação muito rapidamente (normalmente em cinco minutos), sem incorrer em altos custos iniciais. Elas também devem operar com a maior eficiência possível (normalmente entre 45-50%) e ser capazes de ficar off-line rapidamente quando não forem necessárias. Esses recursos de ciclagem e rampa minimizarão o uso de combustível e a produção de dióxido de carbono, equilibrando a intermitência causada por energias renováveis, e produzirão qualquer energia não disponível em fontes renováveis e armazenamento. É importante ressaltar que essas usinas devem ser capazes de operar várias vezes ao dia, sem adicionar custos extras de manutenção ao sistema.

BNamericas: Usar a geração a diesel, que agora desempenha um papel importante no equilíbrio da rede, como uma solução de longo prazo parece inviável em vista das metas de descarbonização. O sistema pode funcionar bem sem eles?

Zumarraga: Observamos que muitos dos estudos realizados no Chile contemplam a saída das usinas a carvão, mas de alguma forma não abordam a questão da geração a diesel. O Chile é um dos poucos países ocidentais que dependem de usinas a diesel que não são apenas uma reserva, mas operam com frequência. Essas unidades usam combustível caro, operam com baixa eficiência e produzem altas emissões de carbono. E elas não podem fazer parte do sistema de energia limpa e descarbonizada do futuro. Portanto, encontrar maneiras rápidas de removê-las é muito importante.

Nossa modelagem de sistema de energia é cronológica com alta granularidade, e descobrimos que existe uma maneira limpa de atingir o net zero sem as usinas de combustível a diesel. O estudo mostra como a substituição da geração a óleo diesel por usinas a gás flexível traz benefícios econômicos e ambientais:

• As usinas a gás oferecem maior eficiência do que as usinas a óleo diesel, reduzindo os custos de geração e as emissões de carbono durante a transição.
• As usinas de gás flexível serão convertidas em combustíveis sustentáveis e desempenharão o mesmo papel importante na manutenção da confiabilidade do sistema depois de atingir net zero carbono, como fizeram durante a transição.

A Wärtsilä desenvolveu e ofereceu motores a gás flexíveis e soluções de armazenamento de bateria por muitos anos e os está implantando em todo o mundo. Os planejadores de sistemas, despachantes e reguladores de energia estão percebendo o benefício e o valor de ter esses ativos na frota, não apenas para maximizar a utilização dos ativos renováveis, mas também para minimizar o risco de incertezas decorrentes de variações nas previsões meteorológicas, mudanças climáticas e imprevistos condições de demanda.