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Adaptação às mudanças climáticas no Brasil:
cenários e alternativas
Coordenação Geral: Roberto Schaeffer
Alexandre Szklo
André F P Lucena
1
Equipe Técnica
• Programa de Planejamento Energético (PPE/COPPE/UFRJ)
• Professores
– Roberto Schaeffer
– Alexandre Szklo
– André F P Lucena
• Pesquisadores
– M.Sc., D.Sc. e Pós-Doutorado
2
• Sistema Energético Brasileiro
• MESSAGE-Brasil
• SDDP
• Procedimento Metodológico
• Resultados Preliminares
Sumário
3
• O sistema energético brasileiro é fortemente dependente de
energia renovável
• Energia renovável constitui cerca de ~40% da energia primária
em 2012 (EPE, 2013):
– Hidroelétrica fornecem 70% da oferta de eletricidade;
– Etanol de cana representa cerca de 14% do consumo de combustível
no setor de transportes;
– O potencial eólico on-shore nacional é estimado em mais de 350
GW
4
Sistema Energético Brasileiro
Energia Primária (2013)
Fonte: EPE (2013)
Renováveis (41%)
Não-Renováveis (59%)
Cana de açúcar
16.1%
Hidroelétrica
12.5%
Lenha e Carvão Vegetal
8.3%
Outros
4.2%
Óleo
39.3%
Gás Natural
12.8%
Carvão
5.6%
Urânio
1.3%
5
Geração Elétrica (2011)
Total: 610 TWh
Fonte: EPE (2012)
Capacidade de Geração Eólica
em 2011 = 3.8 GW
Capacidade Instalada em 2011 ~ 136 GW
6
http://www.ons.org.br/
7
Dilema de operação do SIN
Usando
Hidroelétrica
Combustão
(GN)
ou
úmido
seco
Escassez /
custo alto
Redução /
Desperdício
OK
Atender demanda
elétrica atual
Situação climática
futura
Consequências
úmido
seco OK
8
Sazonalidade Hídrica no Brasil
ONS (2008)
9
MESSAGE-Brasil
10
MESSAGE-Brasil – visão geral
 Cenários de
demanda
energética:
combinação de
modelos bottom-up.
 MESSAGE
 Model for Energy
Supply Systems and
their General
Environmental
Impacts
11
● Modelo de otimização intertemporal (perfect foresight)
● 5 níveis energéticos (+2 intermediários):
i. Recursos: 4 (não renováveis)
ii. Energia Primária: 8
iii. Energia Secundária: 18
iv. Energia Final: 20
v. Energia Útil/Serviço Energético: 22 demandas
● Cerca de 300 tecnologias de conversão
● Ano base: 2010
● Horizonte: 2010-2050 em períodos de 5 anos
MESSAGE-Brasil
12
Estrutura Simplificada do MESSAGE-Brasil
13
Sub-sistemas no MESSAGE-Brasil
14
SDDP: Visão Geral
15
SDDP Model
• SDDP é um modelo de despacho hidrotérmico estocástico;
• Representação da rede de transmissão para estudos de
operação de longo, médio e curto prazo;
• Calcula a política operativa de mínimo custo de um sistema
hidrotérmico;
• Utilizado em estudos de planejamento operativo em mais de
30 países, incluindo:
– Todos os países das Américas Central e do Sul; EUA e Canadá; Áustria, Espanha, Noruega
Balcãs (10 países) e Turquia; Nova Zelândia e China
16
SDDP - Parâmetros
• Detalhes operativos das usinas hidrelétricas
– Balanço hídrico, limites de armazenamento e limites nas vazões turbinadas,
vertidas, filtradas, etc;
• Modelo detalhado das usinas térmicas
– Unit commitment, contratos take or pay, contratos de combustível, curvas de
eficiência côncavas ou convexas, restrições de consumo de combustível,
térmicas multi-combustível, etc;
• Representação de mercados spot e de contratos de energia
17
• Incerteza hidrológica
– Modelos estocásticos de vazões que representam as características do sistema
hidrológico (sazonalidade, dependência temporal e espacial, secas severas,
etc.) e o efeito de fenômenos climáticos específicos como El Niño;
• Rede de transmissão detalhada
– Leis de Kirchhoff, limites nos fluxos de potência em cada circuito, perdas,
restrições de segurança, limites de exportação e importação entre áreas
elétricas, etc;
• Variação da demanda de energia por bloco e por barra
– estágios mensais e semanais (para estudos de longo e médio prazo) ou a
estágios horários (para estudos de curto prazo). 18
SDDP - Parâmetros
Procedimento Metodológico
19
20
(1)
Geração de Cenários
Base
(MESSAGE-Brasil)
•RCP 4.5
•RCP 8.5
(2)
Geração de Cenários
de Impacto sobre
Hidrelétricas
(SDDP)
•RCP 4.5
•RCP 8.5
(3)
Avaliação das
Alternativas de
Adaptação
(MESSAGE-Brasil)
•RCP 4.5
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(4)
Comparação de
Custos Operação VS
Expansão do Sistema
•RCP 4.5
•RCP 8.5
Procedimento Metodológico
Premissas
• Macroecômico: EPE (2014)
21
Premissas
• População: IBGE (2013)
22
Produção de Óleo
23
Gás Natural
24
Cenários Climáticos
• Representative Climate Pathways (RCP)
25
• Representative Climate Pathways (RCP)
– Conjunto de cenários desenvolvidos para ajudar grupos de modelagem a
explorar o espectro potencial de emissões e estabilizações climáticas de
longo prazo
26
Cenários Climáticos
• RCP 8.5: Assume nenhum esforço adicional para reduzir as
emissões de GEE do setor energético nacional
• RCP 4.5: Esforços nacionais para mitigar emissões de GEE
– Emissões brasileiras podem ter pouco peso nas emissões globais
27
Cenário Preço de Carbono 2020 2030 2040
RCP 4.5 (2005)$/tCO2e 50 74 110
Cenários Climáticos
Resultados Preliminares
28
Baseline (RCP 8.5)
• Energia Primária
29
Baseline (RCP 8.5)
• Geração Elétrica (GWa)
30
Baseline (RCP 8.5)
• Emissões de GEE (MtCO2)
31
0
200
400
600
800
1,000
1,200
1,400
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040
MtCO2
Outros Indústria Agricultura/Edificações
Transportes Geração de Eletricidade Produção de Energia
Baseline (RCP 4.5)
• Energia Primária
32
0
100
200
300
400
500
600
2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040
Mtep
Solar Eólica Hidro Urânio Biomassa Carvão Gás Óleo
Baseline (RCP 4.5)
• Geração Elétrica (GWa)
33
Baseline (RCP 4.5)
• Emissões de GEE (MtCO2)
34
Comparação
• Energia Primária
35
Comparação
• Geração Elétrica (GWa)
36
Comparação
• Emissão de GEE (MtCO2)
37
Próximas etapas do estudo
• SDDP: Rodadas do modelo
– Sistema energético projetado (MESSAGE-Brasil)
– Projeções hidrológicas (FUNCENE-UNB)
• Novas modelagens do MESSAGE-Brasil
– Impactos previstos pelo SDDP sobre operação do SIN
38
Obrigado
Programa de Planejamento Energético
COPPE/UFRJ
39

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Adaptação à Mudança do Clima - Sistema Energético Brasileiro - coppetec

  • 1. Adaptação às mudanças climáticas no Brasil: cenários e alternativas Coordenação Geral: Roberto Schaeffer Alexandre Szklo André F P Lucena 1
  • 2. Equipe Técnica • Programa de Planejamento Energético (PPE/COPPE/UFRJ) • Professores – Roberto Schaeffer – Alexandre Szklo – André F P Lucena • Pesquisadores – M.Sc., D.Sc. e Pós-Doutorado 2
  • 3. • Sistema Energético Brasileiro • MESSAGE-Brasil • SDDP • Procedimento Metodológico • Resultados Preliminares Sumário 3
  • 4. • O sistema energético brasileiro é fortemente dependente de energia renovável • Energia renovável constitui cerca de ~40% da energia primária em 2012 (EPE, 2013): – Hidroelétrica fornecem 70% da oferta de eletricidade; – Etanol de cana representa cerca de 14% do consumo de combustível no setor de transportes; – O potencial eólico on-shore nacional é estimado em mais de 350 GW 4 Sistema Energético Brasileiro
  • 5. Energia Primária (2013) Fonte: EPE (2013) Renováveis (41%) Não-Renováveis (59%) Cana de açúcar 16.1% Hidroelétrica 12.5% Lenha e Carvão Vegetal 8.3% Outros 4.2% Óleo 39.3% Gás Natural 12.8% Carvão 5.6% Urânio 1.3% 5
  • 6. Geração Elétrica (2011) Total: 610 TWh Fonte: EPE (2012) Capacidade de Geração Eólica em 2011 = 3.8 GW Capacidade Instalada em 2011 ~ 136 GW 6
  • 8. Dilema de operação do SIN Usando Hidroelétrica Combustão (GN) ou úmido seco Escassez / custo alto Redução / Desperdício OK Atender demanda elétrica atual Situação climática futura Consequências úmido seco OK 8
  • 9. Sazonalidade Hídrica no Brasil ONS (2008) 9
  • 11. MESSAGE-Brasil – visão geral  Cenários de demanda energética: combinação de modelos bottom-up.  MESSAGE  Model for Energy Supply Systems and their General Environmental Impacts 11
  • 12. ● Modelo de otimização intertemporal (perfect foresight) ● 5 níveis energéticos (+2 intermediários): i. Recursos: 4 (não renováveis) ii. Energia Primária: 8 iii. Energia Secundária: 18 iv. Energia Final: 20 v. Energia Útil/Serviço Energético: 22 demandas ● Cerca de 300 tecnologias de conversão ● Ano base: 2010 ● Horizonte: 2010-2050 em períodos de 5 anos MESSAGE-Brasil 12
  • 13. Estrutura Simplificada do MESSAGE-Brasil 13
  • 16. SDDP Model • SDDP é um modelo de despacho hidrotérmico estocástico; • Representação da rede de transmissão para estudos de operação de longo, médio e curto prazo; • Calcula a política operativa de mínimo custo de um sistema hidrotérmico; • Utilizado em estudos de planejamento operativo em mais de 30 países, incluindo: – Todos os países das Américas Central e do Sul; EUA e Canadá; Áustria, Espanha, Noruega Balcãs (10 países) e Turquia; Nova Zelândia e China 16
  • 17. SDDP - Parâmetros • Detalhes operativos das usinas hidrelétricas – Balanço hídrico, limites de armazenamento e limites nas vazões turbinadas, vertidas, filtradas, etc; • Modelo detalhado das usinas térmicas – Unit commitment, contratos take or pay, contratos de combustível, curvas de eficiência côncavas ou convexas, restrições de consumo de combustível, térmicas multi-combustível, etc; • Representação de mercados spot e de contratos de energia 17
  • 18. • Incerteza hidrológica – Modelos estocásticos de vazões que representam as características do sistema hidrológico (sazonalidade, dependência temporal e espacial, secas severas, etc.) e o efeito de fenômenos climáticos específicos como El Niño; • Rede de transmissão detalhada – Leis de Kirchhoff, limites nos fluxos de potência em cada circuito, perdas, restrições de segurança, limites de exportação e importação entre áreas elétricas, etc; • Variação da demanda de energia por bloco e por barra – estágios mensais e semanais (para estudos de longo e médio prazo) ou a estágios horários (para estudos de curto prazo). 18 SDDP - Parâmetros
  • 20. 20 (1) Geração de Cenários Base (MESSAGE-Brasil) •RCP 4.5 •RCP 8.5 (2) Geração de Cenários de Impacto sobre Hidrelétricas (SDDP) •RCP 4.5 •RCP 8.5 (3) Avaliação das Alternativas de Adaptação (MESSAGE-Brasil) •RCP 4.5 •RCP 8.5 (4) Comparação de Custos Operação VS Expansão do Sistema •RCP 4.5 •RCP 8.5 Procedimento Metodológico
  • 25. Cenários Climáticos • Representative Climate Pathways (RCP) 25
  • 26. • Representative Climate Pathways (RCP) – Conjunto de cenários desenvolvidos para ajudar grupos de modelagem a explorar o espectro potencial de emissões e estabilizações climáticas de longo prazo 26 Cenários Climáticos
  • 27. • RCP 8.5: Assume nenhum esforço adicional para reduzir as emissões de GEE do setor energético nacional • RCP 4.5: Esforços nacionais para mitigar emissões de GEE – Emissões brasileiras podem ter pouco peso nas emissões globais 27 Cenário Preço de Carbono 2020 2030 2040 RCP 4.5 (2005)$/tCO2e 50 74 110 Cenários Climáticos
  • 29. Baseline (RCP 8.5) • Energia Primária 29
  • 30. Baseline (RCP 8.5) • Geração Elétrica (GWa) 30
  • 31. Baseline (RCP 8.5) • Emissões de GEE (MtCO2) 31 0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 MtCO2 Outros Indústria Agricultura/Edificações Transportes Geração de Eletricidade Produção de Energia
  • 32. Baseline (RCP 4.5) • Energia Primária 32 0 100 200 300 400 500 600 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 Mtep Solar Eólica Hidro Urânio Biomassa Carvão Gás Óleo
  • 33. Baseline (RCP 4.5) • Geração Elétrica (GWa) 33
  • 34. Baseline (RCP 4.5) • Emissões de GEE (MtCO2) 34
  • 38. Próximas etapas do estudo • SDDP: Rodadas do modelo – Sistema energético projetado (MESSAGE-Brasil) – Projeções hidrológicas (FUNCENE-UNB) • Novas modelagens do MESSAGE-Brasil – Impactos previstos pelo SDDP sobre operação do SIN 38
  • 39. Obrigado Programa de Planejamento Energético COPPE/UFRJ 39

Notas do Editor

  1. Somente no Rio Paraná e seus afluentes encontram-se mais de 50 usinas.