Estudo mostra: quebra de eólica e solar na China pode durar semanas

Quiet weather, not storms

As centrais eólicas e solares ajudam a manter o sistema elétrico a funcionar - desde que o tempo colabore. Mas quando o céu fica carregado e o vento quase pára durante vários dias, surge um problema particular: a quebra de produção acontece nas duas tecnologias ao mesmo tempo.

Um novo estudo simulou esse cenário no futuro sistema elétrico da China, hora a hora, e concluiu que estas quebras “silenciosas” podem prolongar-se por semanas.

Quando se pensa em meteorologia a causar falhas de energia, a imagem típica são tufões ou tempestades de gelo. Aqui, a ameaça é bem menos dramática - dias de nebulosidade persistente combinados com vento tão fraco que as turbinas mal rodam.

Os investigadores chamam a estes períodos eventos meteorológicos de alto impacto. O nome pode induzir em erro, porque não se trata de episódios violentos.

Um longo período de vento fraco ou de céu cinzento pode nem ser considerado uma tempestade, mas quando estas condições ficam sobre uma região durante dias, a produção eólica e solar desce em simultâneo. A rede sente o efeito como um aperto lento, não como um choque súbito.

Essa coincidência está no centro do problema. Um período nublado costuma vir acompanhado de ar calmo, por isso as duas principais fontes limpas tendem a cair juntas, em vez de compensarem uma a outra.

Xiaofan Yang, investigador da Beijing Normal University, liderou o trabalho para medir quão profunda pode ser essa quebra combinada em toda a China até 2040.

Hour-by-hour grid model

A equipa construiu um modelo detalhado da futura rede elétrica chinesa e alimentou-o com dados meteorológicos segmentados hora a hora, em pequenas parcelas de território com cerca de 3 milhas (5 quilómetros) de largura. A maior parte dos estudos anteriores baseava-se em médias de longo prazo, que acabam por “alisar” justamente os períodos curtos que mais apertam uma rede.

E foi precisamente aí que esteve a diferença. Os dados horários expuseram quebras que as médias diárias vinham escondendo.

Os défices de geração ficaram 10–15% maiores quando os investigadores passaram a olhar para as oscilações de hora a hora, sobretudo no noroeste mais seco.

A equipa combinou este retrato meteorológico com mapas de onde a procura de eletricidade deverá estar. Depois, correu o modelo em vários futuros possíveis - desde cortes agressivos de emissões até um cenário de emissões elevadas em que quase nada muda.

O objetivo não foi produzir uma única previsão, mas perceber como o sistema se dobra sob pressão - e onde começa a ceder.

Wind and solar shortfall

No cenário de emissões elevadas, estes episódios de tempo calmo podem estrangular a geração eólica e solar até 24 dias num único ano - não ao longo de uma década, mas anualmente.

Nos piores períodos, a produção eólica em algumas províncias do interior caiu cerca de 40% no modelo. A solar desceu mais de um quinto nas redes do norte-centro.

O sudoeste e o noroeste da China - as zonas mais ricas em renováveis - sofreram os impactos mais duros e prolongados. E são precisamente as regiões em que o país mais está a apostar.

Outros trabalhos já observaram que períodos de pouco vento estão a alongar-se no norte da China e noutras regiões de latitudes médias à medida que o planeta aquece.

Yang e os colegas apontam ainda para um aviso real em 2022. Uma seca na bacia de Sichuan, no sudoeste da China, juntou calor e ar seco a uma cobertura de nuvens teimosa, reduzindo a produção renovável local em mais de um terço durante semanas.

O modelo trata esse episódio não como uma exceção, mas como um antegosto.

Cutting carbon helps

Um resultado vai contra o tom mais pessimista. Ao correr o mesmo modelo com fortes cortes de emissões, as quebras foram claramente mais moderadas - menos eventos de tempo calmo, mais curtos, e um fluxo de energia mais estável no geral.

A diferença entre os dois futuros é grande. As perdas anuais de geração associadas a estes eventos chegaram a cerca de 85 terawatt-hora - aproximadamente a eletricidade que Espanha consome num ano - no cenário de emissões elevadas. No cenário de baixas emissões, as perdas desceram para cerca de 63 terawatt-hora.

Em termos simples, as decisões sobre carbono tomadas hoje ajudam a determinar quão fiável será uma rede limpa amanhã. O problema do tempo e o problema das emissões são, no fundo, o mesmo.

Ainda assim, a mitigação não elimina o risco. Mesmo no futuro mais limpo, algumas zonas persistentes no noroeste e nas redes centrais continuaram a ver longos períodos “secos” em termos de energia.

Em alguns casos, as quebras regionais até aumentaram alguns dias. A geografia não é fácil de contornar.

Moving power around

A Mongólia Interior e o noroeste concentram recursos eólicos e solares enormes. Mas ficam longe das cidades costeiras mais densas, onde se consome a maior parte da eletricidade.

A principal proposta do estudo é reduzir essa distância - transportar energia a longas distâncias para onde o tempo ainda esteja a permitir produção.

No modelo, as zonas interiores ricas em recursos funcionam como polos de exportação, enviando eletricidade para leste e sul quando a oferta local falha.

Com expansão e coordenação adequadas, essa malha de linhas de longa distância poderia deslocar cerca de 605 gigawatts entre regiões - o suficiente para aliviar os piores défices locais.

Outras investigações apontam no mesmo sentido: um conjunto de medidas de flexibilidade é o que mantém estável uma rede com elevada penetração de renováveis.

Mas as linhas longas só ajudam se o tempo estiver “aos remendos”. Quando um período escuro e sem vento cobre uma área suficientemente vasta, não existe um vizinho solarengo de onde pedir emprestado, e toda a estratégia perde tração. A solução funciona até ao momento em que todos precisam dela ao mesmo tempo.

What resolution reveals

A grande contribuição deste estudo está na resolução. Já se sabia que as alterações climáticas iriam mexer nos padrões de vento e de sol.

O que ninguém tinha quantificado para a China, com este nível de detalhe, era como o calendário e a extensão destes períodos de tempo calmo se alinham com a procura de eletricidade. As médias diárias estavam a subestimar o risco desde o início.

Ao focar dados horários numa grelha com 3 milhas (5 quilómetros) de lado, o estudo capta quebras que modelos mais agregados falham de forma consistente.

Para quem planeia redes assentes em renováveis, essa granularidade pode ser a diferença entre um sistema que se adapta e um sistema que colapsa.