Dados do Trabalho

Título

REGULAÇAO DE EMISSOES DO SEGUIMENTO DE GERAÇAO TERMELETRICO FOSSIL BRASILEIRO

Resumo

Tendo em vista que uma parte importante das emissões de CO2 no Brasil advém do segmento de geração de energia elétrica, decorrente, sobretudo, da geração através das termelétricas fósseis, e que a informação a respeito das emissões de forma desagregada – por tipo de combustível e tecnologia de geração – ainda não está disponível, este trabalho visa a preencher esta lacuna. Assim, o objetivo do presente artigo é avaliar a trajetória das emissões de gás carbônico do segmento termelétrico fóssil brasileiro por meio da elaboração de um inventário de emissões no período de 2015 a 2020. O método utilizado consiste na construção de uma base de dados sobre a geração termelétrica, o tipo combustível utilizado e seus respectivos fatores de emissão, levando em conta também a tecnologia de cada usina. Os resultados da análise indicam que as usinas termelétricas a gás natural – mesmo apresentando baixo fator de emissão – por serem despachadas com mais frequência e serem em maior número, possuem emissões totais anuais maiores quando comparadas às demais usinas utilizando outros combustíveis como carvão, diesel e óleo combustível. Ademais, observou-se, no período estudado, que enquanto as termelétricas a diesel e a óleo combustível reduziram suas emissões em 75,5% e 89,4% respectivamente, as usinas a carvão reduziram suas emissões em apenas 39,3%. Denota-se que para reduzir mais fortemente as emissões no segmento termelétrico fóssil serão necessárias diretrizes regulatórias que levem em conta, não apenas o tipo de combustível, mas sobretudo a eficiência na tecnologia de conversão da energia química em energia elétrica, conduzindo à adoção de configurações mais modernas de usinas.

Palavras Chave

gases de efeito estufa; geração termelétrica; combustíveis fósseis; Brasil; fatores de emissão; Acordo de Paris.

Introdução/Objetivos

As duas últimas décadas, desde a virada do século, foram de fundamental importância no processo de mudança de paradigma a respeito da questão ambiental. Diferentemente de outros momentos históricos, desde então, a humanidade vem debatendo mais fortemente o seu modelo de desenvolvimento e as consequências do mesmo. O entendimento dos limites planetários passou a ser tópico recorrente de discussão e, na atualidade, existe um amplo consenso sobre o perigo de ultrapassá-los (ARTAXO, 2014).
O Acordo de Paris estabelece uma meta de temperatura de longo prazo para manter o aumento da temperatura média global abaixo 2 °C, e com esforços para limitar o aumento a 1,5°C acima dos níveis pré-industriais (SCHLEUSSNER, 2016). Contudo, o sucesso do referido Acordo requer uma ação coordenada em várias esferas (CLÉMENÇON, 2016).
Clémençon (2016) argumenta que para uma transição rápida e capaz de evitar as catástrofes ambientais será imprescindível uma intervenção governamental nos mercados de energia, em particular naqueles mercados dos maiores países poluidores. Além disso, tal transição deverá requerer um significativo investimento público e privado, para, de fato, o Acordo tornar-se efetivo mesmo em países com diferentes níveis de desenvolvimento (McCollum et al., 2018). Em estudo realizado por Glanemann et al., 2020 foi demonstrado que para além das motivações ambientais, o Acordo de Paris se realizado corretamente, também representa o caminho economicamente favorável nos países que o subscreveram.
Dentre as atividades de maior impacto nas emissões no mundo, a geração e o uso da energia estão no topo da lista (IEA, 2021). Essa situação não é diferente no Brasil, pois em conjunto com os usos da terra, a área de energia também acarreta externalidades negativas não desprezíveis. Ainda que a geração de energia elétrica no país seja composta predominantemente por um mix de fontes renováveis com forte presença de usinas hidroelétricas (UHEs), além das fontes eólica, da biomassa do bagaço de cana, e da solar fotovoltaica há uma crescente presença da participação da termeletricidade à combustíveis fósseis (EPE, 2021).
De acordo com Oliveira (2018), uma série de questões ambientais trazidas mais fortemente à tona neste século, relacionadas à construção de novas barragens, tem tornado difícil o prosseguimento de construções dessa modalidade de geração. Dessa forma, a busca por alternativas para geração de energia elétrica vem sendo um desafio atual para países que, como o Brasil, consideram a mudança na composição do seu mix energético.
Isso é evidenciado pelo Plano Decenal de Expansão de Energia (EPE, 2021), que estima um aumento de participação de até 17.101 MW da geração termelétrica em 2030. É esperado também um crescimento de outras energias renováveis como solar e eólica. Apesar disso, essas fontes enfrentam o problema de intermitência somado à falta de viabilidade econômica das tecnologias de armazenamento capazes de superar a imprevisibilidade de geração.
Vale destacar ainda que, em 2013 até o final de 2015, o sistema de geração brasileiro conviveu com fortes problemas associados à escassez hídrica. Em razão de uma variação no ciclo hidrológico do país, houve um baixo período de chuvas nas regiões Sudeste e Nordeste, o que prejudicou o nível dos reservatórios. Uma resposta a essa situação foi um aumento no uso de fontes despacháveis fósseis, ou seja, de termelétricas (HUNT et al., 2018).
De acordo com os autores supracitados, as emissões de gases do efeito estufa (GEE) são parte central nas discussões sobre a preservação ambiental e, faz-se necessário uma melhor avaliação das atividades econômicas que geram impactos de maneira quantitativa. Dessa forma, para a tomada de decisão em políticas públicas nos âmbitos da energia e do meio ambiente, os policymakers devem estar munidos de boas evidências sobre os impactos e suas causas. No caso do debate sobre o segmento termelétrico brasileiro, há uma defesa do seu incremento para lidar com o crescimento da demanda e a ao mesmo tempo considerar a diversificação da oferta de energia elétrica. Entender como as usinas termelétricas (UTEs) funcionam na composição da geração elétrica brasileira, passou a ser essencial para o país elaborar um plano de mitigação de emissão de gases do efeito estufa.
Embora seja um tema bastante importante e de interesse público, ainda faltam análises aprofundadas sobre o uso das termelétricas no Brasil. Do ponto de vista das emissões, mesmo existindo esforços para a criação de inventários de emissão de gás do efeito estufa, persiste a falta de detalhamento quantitativo que considere os dados desagregados por tipos de usinas termelétricas de acordo com o combustível utilizado. Pelo lado da avaliação tecnológica, existe uma lacuna de estudos que analisam de maneira minuciosa o parque de geração termelétrico quanto aos equipamentos utilizados e sua eficiência. Dessa maneira, esse trabalho tem como objetivo preencher essa lacuna realizando uma análise das emissões de gás carbônico no segmento termelétrico de combustíveis fósseis, especificamente para UTEs geradas a carvão, óleo combustível, óleo diesel e gás natural. O período escolhido para o estudo foi entre os anos 2015 e 2020, com a finalidade de entender o comportamento da utilização de usinas fósseis no país após a assinatura do tratado de Paris.
Para cumprir com o objetivo supracitado, o presente artigo encontra-se subdividido em 5 partes. Além desta breve introdução que contextualiza o tema, a seção 2 consta a metodologia utilizada e sua organização. Já os resultados e discussão são realizados na seção 3. Por fim, a seção 4 contempla as conclusões, trazendo os principais pontos da análise.

Metodologia

O método utilizado neste trabalho consiste na elaboração de um inventário de emissão de carbono a fim de avaliar o perfil de lançamento desse gás na atmosfera. O período selecionado foi entre os anos de 2015 e 2020, com objetivo de identificar se após o Acordo de Paris (2015), houve uma modificação no segmento termelétrico fóssil brasileiro em relação à emissão de poluentes. Para isso foi compilado um conjunto de dados contendo histórico da operação no SIN, capacidade instalada termelétrica no Brasil, tecnologia das termelétricas brasileiras e fatores de emissão por combustível e tecnologia.
Partiu-se de uma pesquisa bibliográfica com a finalidade de analisar os fatores de emissão e eficiência dos tipos de usinas estudadas. Dessa pesquisa depreende-se que o combustível carvão é o maior emissor de CO2 entre os estudados neste artigo. Além disso, é possível perceber que o gás natural é o menor emissor. Esse resultado está presente na Tabela 1.
Combustível Tecnologia Eficiência (%) Fator de emissão (tCO2/MWh)
Carvão Sub-critico
Super-critico* 31
40
0,340
Gás Natural Ciclo aberto
Ciclo combinado
Cogeração 38
55
85
0,202

Diesel Motor de Combustão 35 0,267
Óleo Combustível Motor de Combustão 36 0,278

Tabela 1 – Eficiência por tipo de tecnologia e fatores de emissão por combustível. Fonte: IPCC (1996), Nalbandian (2008), Kutani et al. (2015).
Com exceção da usina termoelétrica de carvão subcrítica e supercrítica, em que foram utilizados os fatores de emissão encontrados nos trabalhos desenvolvidos por Nalbandian (2008) e Kutani et al., (2015) para determinar o fator de emissão por tecnologia de geração termelétrica de forma conservadora, foi utilizado a eficiência da tecnologia empregada relacionado ao fator de emissão do combustível e por fim aplicado na Equação 1. Nesta equação Ft é o fator de emissão em toneladas de CO2 por MWh, e n a eficiência da tecnologia da usina avaliada em porcentagem.


Ft(UTE)[tCO2/MWh]=(Ft(Combustível))/(n[%]) Equação 1

O resultado dos cálculos consta na Tabela 2. É possível perceber, que o gás natural é o combustível fóssil com menos impacto ambiental, enquanto o carvão quando utiliza a tecnologia mais antiga (subcrítica) o maior emissor de CO2.

Combustível Tecnologia Fator de emissão (t CO2/MWh)
Carvão Sub - critico
Super- critico* 0,95
0,722
Gás Natural Ciclo Aberto
Ciclo combinado
Cogeração 0,531
0,367
0,237
Diesel Motor de Combustão 0,762
Óleo Combustível Motor de Combustão 0,774

Tabela 2 – Resumo dos resultados obtidos no estudo. Fonte: Autores

A falta de um catálogo técnico oficial a respeito das termométricas brasileiras, gerou a necessidade da elaboração de uma base de dados que reunisse esse conteúdo. Como ponto de partida foram selecionados os dados da geração termoelétrica do SIN, divulgados pela ONS. Em seguida foi organizado o conjunto de informações acerca das tecnologias das usinas pelo tipo de combustível, assim foi possível calcular a quantidade de CO2 liberado com o respectivo fator de emissão correspondente ao modelo da usina em questão. Esse processo está ilustrado na Figura1.


Figura 1 – Formação da base de dados. Fonte: Autores.

Resultados e Discussão

Da análise realizada na seção anterior, foi possível verificar que o início de 2015 foi o período de maior geração de energia elétrica mensal do parque termelétrico fóssil brasileiro em todo o período estudado. Nesse período atingiu-se o pico de geração de energia elétrica de 10,6 mil GWh no mês de março, coincidindo com o período mais crítico de crise hídrica. Existe uma tendência de queda no decorrer dos anos, com relevância para dezembro de 2018, em que foi registrado a menor geração de energia elétrica mensal do período, 2,3 mil GWh. A média mensal de geração de energia elétrica do período completo foi de 5,9 mil GWh. Apesar de ter ocorrido uma queda na geração termelétrica fóssil após 2015, em outubro de 2020 ocorreu um de aumento súbito na geração ao patamar registrado no período da crise hídrica. Esse acréscimo se mantém da mesma forma para os dois meses finais do ano de 2020.
Contudo é notável que a geração termelétrica fóssil tem como característica oscilações constantes no valor da geração. Esse comportamento é similar ao regime pluviométrico de diversas regiões brasileiras nos últimos anos, que foi evidenciado por trabalhos como o de Carvalho et Al (2020), De Medeiros et Al (2020), Ferreira et Al (2021) e Gomes (2021). Assim, é possível depreender que a geração termelétrica fóssil brasileira após o Acordo de Paris continua prestando-se como resposta a variações pluviométricas no país. A Figura 1 explicita as situações citadas.



Figura 2 – Geração de energia por UTEs fósseis no SIN. Fonte: Autores

É factível identificar que a geração termelétrica tem como principal combustível o gás natural seguido pelo carvão. A menor geração por gás natural foi no ano de 2018, de 41,7 mil GWh. No entanto, o valor é superior a qualquer geração realizada por outro tipo de combustível em qualquer período entre os anos de 2015 e 2020. Em relação ao uso de óleo combustível e diesel desde 2015 que já representava uma pequena parcela da geração, é possível constatar que no decorrer dos anos continuou em concreta diminuição. No que se refere a geração média anual no período para essas modalidades, 0,441 mil GWh e 0,107 mil GWh foram os valores para óleo combustível e diesel respectivamente. Essas informações estão na Figura 2, que contém 4 gráficos que representam a geração termelétrica fóssil desagrada por tipo de combustível.


Figura 3 – Geração de energia por UTEs fósseis no SIN. Fonte: Autores

Após o cálculo das emissões através das etapas apresentadas na metodologia foi elaborado o gráfico presente na Figura 7, que indica a emissão anual do setor termelétrico brasileiro em toneladas de carbono. De maneira similar ao panorama da geração, 2015 foi o ano que mais foi emitido CO2, com um valor total de 58532 toneladas. No período estudado a média anual de emissão foi de 37644,6 toneladas de CO2, dessa maneira 2016, 2018, 2019 e 2020 registraram emissões menores que esse parâmetro. Apesar de do ponto de vista geral ter ocorrido uma diminuição das emissões desde o ano que o Acordo de Paris foi assinado, é possível visualizar no gráfico a tendência de aumento nas emissões ao final de 2020. Dessa forma, é possível inferir que a diminuição registrada no período estudado não está ligada a uma política de descarbonização no segmento através de incrementos tecnológicos capazes de aumentar a eficiência das usinas, e sim a necessidade de atender as demandas do SIN, como foi explicado de antemão. Portanto, caso o Brasil passe por uma nova crise hidrológica é razoável esperar um patamar de emissão de CO2 similar ao ano de 2015.


Figura 4 – Geração de energia por UTEs fósseis no SIN. Fonte: Autores.

É possível observar que o período de maior emissão média ocorre nos meses de outubro e novembro. Em relação ao mês de fevereiro percebe-se um comportamento de menores emissões que se estende até o mês de junho. O gráfico abaixo, na Figura 4, explicita essas questões através do perfil de variação mensal da emissão de CO2 pelo SIN.



Figura 5 – Variação mensal de emissão de CO2 (2015 - 2020) por UTE fósseis. Fonte: Autores

Pelo aspecto da emissão por tipo de combustível existe uma preponderância das usinas a gás natural. Porém essas usinas são uma opção de geração de energia melhor pelo aspecto ambiental devido ao seu baixo fator de emissão. Outro ponto importante a se destacar é a certa estabilidade nos níveis de emissões de usinas a carvão, demonstrando que mesmo com esforços governamentais para desativação de usinas no seguimento, não teve grande impacto. A emissão de CO2 por usinas a carvão que era de 15 mil toneladas de CO2 em 2015 decresceu aproximadamente 39% em 2020, sendo assim o combustível que menos diminuiu do segmento. Dado que no mesmo período a redução de emissões das usinas a gás, diesel e óleo combustível foram respectivamente de 47%, 75% e 89%. Além disso, é verificável que a utilização de diesel e óleo combustível se manteve modesta, dessa forma as emissões também, no entanto pela baixa eficiência da tecnologia dessas modalidades de geração, ao se considerar o CO2 por GWh gerado, as emissões são de certa forma relevantes. O gráfico da Figura 5, representa as questões aqui discutidas com informações da emissão das usinas por tipo de combustível.


Figura 6 – Emissão de CO2 UTE’s fósseis no SIN por tipo de combustível. Fonte: Autores.

Os principais estados emissores de CO2 pelo uso de termelétricas ligadas ao SIN, são: Amazonas, Ceará, Rio de Janeiro, Pernambuco e Santa Catarina. O destaque fica para o Rio de Janeiro, com 45 mil toneladas de CO2 emitidos no período estudado, sendo assim o estado responsável pela maior emissão termoelétrica do Brasil, seguido pelo Ceará com 40 mil toneladas de CO2 emitidos. Ao analisar pela região, o Nordeste é o maior emissor e, Centro - Oeste o menor. Na região norte o estado do Amazonas é o maior emissor com um total de 14,6 mil toneladas de CO2 no período. O mapa na Figura 6, faz uma representação pelo aspecto estadual em que quanto mais escuro o tom da unidade da federação, maior o valor de emissões geradas do período estudado.


Figura 7 – Emissão de CO2 das UTE’s fósseis no SIN por UF entre 2015-2020. Fonte: Autores.

Conclusão

Esta pesquisa teve como objetivo avaliar e inventariar as emissões relativas à atividade de geração termelétrica fóssil no Brasil. No tocante aos procedimentos, foi utilizado um conjunto de dados que incluiu o tipo combustível, os seus respectivos fatores de emissão e a tecnologia da usina. Já nesta etapa foi possível identificar que o segmento termelétrico brasileiro fóssil carece de materiais técnicos oficiais advindo de referências confiáveis.
Verificou-se, ao longo do estudo, que a geração termelétrica estava em um patamar elevado em 2015, chegando a atingir em um mês o pico de 10,6 mil GWh devido à crise hídrica daquele ano. Apesar de ter ocorrido uma diminuição na geração elétrica fóssil no decorrer do período estudado, os meses finais de 2020 apresentaram uma tendência de aumento no consumo ao nível registrado no período da crise hídrica de 2015.
Pelo aspecto do volume de emissões, 2015 foi o ano de maior emissão de CO2, atingindo 58,5 mil toneladas, com média anual de 37,6 mil toneladas. As emissões apresentam um perfil sazonal em que o maior período de emissão média ocorre nos meses de outubro e novembro. Já nos meses de fevereiro dos anos analisados, observou-se acontece uma diminuição de emissões que perdurou até o mês de junho. Dado a situação de defasagem tecnológica do parque termelétrico brasileiro e do comportamento das emissões, é possível depreender que a geração termelétrica fóssil brasileira após o Acordo de Paris presta-se a ser resposta de variações demanda de energia do país e não a uma política de descarbonização no segmento através de incrementos tecnológicos capazes de aumentar a eficiência das usina. Sendo assim, caso o Brasil passe por uma nova crise hidrológica é razoável esperar um patamar de emissão de CO2 similar ao ano de 2015.
Ao analisar por tipo de combustível fica evidente que o gás natural é a contribuição mais significativa por ser a maior parcela utilizada para geração no segmento termelétrico. No entanto, as usinas de gás natural são uma opção de geração de energia melhor pelo prisma ambiental devido ao seu baixo fator de emissão de gás carbônico. Outro ponto a se ressaltar é que os níveis de redução de emissão por UTEs de carvão foi modesto, mesmo com esforços para programas de desativação. O segmento apresentou a menor redução percentual de emissão do segmento com um valor de 39,3% entre o ano de 2015 e 2020, enquanto as termelétricas a diesel, a óleo combustível e gás natural reduziram suas emissões em 75,5%, 89,4% e 47% respectivamente.
Pelo prisma geográfico, o estado do Rio de Janeiro com 45,9 mil toneladas de CO2 emitidos no período analisado é o principal emissor em decorrência do intenso um das de termelétricas localizadas em seu território. Na sequência, merece menção o Ceará, com 40,0 mil toneladas de CO2 no período analisado. No comparativo regional, observou-se que a Nordeste é a que mais contribui para as emissões de dióxido de carbono, pelas termelétricas localizadas não apenas no Ceará, mas sobretudo pelas da Bahia, Pernambuco e Maranhão.
Da análise realizada é possível concluir que são necessários maiores esforços regulatórios visando a mitigação das emissões por termelétricas. Isso pode ser obtido pelo aumento das exigências e incentivos que promovam a modernização do segmento termelétrico brasileiro. Tecnologias de gerações mais novas tendem a possuir maior eficiência e isso, por si só, já resulta em menores emissões. Assim, diretrizes regulatórias que estabeleçam parâmetros técnicos visando a eficiência energética e estimule a adoção de configurações mais modernas de usinas no segmento são bem-vindas. Para o aprofundamento deste tema em trabalhos futuros sugere-se analisar o nível de impacto de variáveis climáticas na emissão de CO2 por termelétricas, como índice pluviométrico. A criação de um inventário tecnológico do setor também poderá aumentar a precisão dos cálculos das emissões e adicionar robustez ao planejamento setorial que visa levar o país a cumprir com o Acordo de Paris.

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Petróleo, Biocombustíveis e Gás Natural