Quebra de eólica e solar na China pode durar semanas, mostra estudo

As centrais eólicas e solares conseguem manter o fornecimento enquanto o tempo ajuda. Mas, quando se instalam durante dias céus parados e ar quase sem movimento, surge uma quebra de eólica e solar que afecta as duas fontes ao mesmo tempo.

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

Tempo calmo, não tempestades

Quando se fala de meteorologia a interromper a electricidade, a imagem mais comum é a de furacões ou tempestades de gelo. Aqui, o risco é muito menos espectacular: vários dias de nuvens densas combinados com vento tão fraco que as turbinas mal rodam.

Os investigadores classificam estes períodos como eventos meteorológicos de alto impacto. A expressão pode induzir em erro, porque não se trata de fenómenos violentos.

Uma sequência prolongada de pouco vento ou de céu cinzento pode nem ser considerada “tempestade”, mas, quando estas condições se mantêm sobre uma região durante dias, a produção eólica e a solar descem em simultâneo. Para a rede, isso traduz-se num aperto gradual, e não num choque repentino.

É precisamente essa coincidência que agrava o problema. Um período nublado costuma vir acompanhado de ar calmo, pelo que as duas principais fontes limpas tendem a cair em conjunto, em vez de uma compensar a outra.

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

Modelo de rede hora a hora

A equipa construiu um modelo detalhado da futura rede eléctrica chinesa e alimentou-o com dados meteorológicos repartidos em blocos hora a hora, cobrindo pequenas áreas com cerca de 3 miles (5 kilometers) de largura. A maior parte dos estudos anteriores apoiava-se em médias de longo prazo, que acabam por alisar precisamente os episódios curtos que colocam uma rede sob tensão.

E foi aqui que esteve o ponto decisivo. A resolução horária expôs falhas de geração que as médias diárias vinham a esconder.

Ao olhar para as oscilações de hora a hora, os défices de produção ficaram 10–15% maiores, sobretudo no noroeste mais árido.

Os autores cruzaram este retrato do tempo com mapas que indicam onde se deverá concentrar a procura de electricidade. Depois, executaram o modelo sob vários futuros possíveis - desde cortes agressivos nas emissões até um trajecto de emissões elevadas em que pouco muda.

A intenção não foi apresentar uma previsão única, mas perceber como o sistema se deforma sob stress - e em que pontos cede primeiro.

Quebra de eólica e solar

No trajecto de emissões elevadas, estes eventos de tempo calmo poderiam estrangular a geração eólica e solar durante até 24 dias num só ano - não ao longo de uma década, mas todos os anos.

Nos períodos mais severos, o modelo indicou que a produção eólica em algumas províncias do interior baixou cerca de 40%. A solar desceu mais de um quinto nas redes do centro-norte.

O sudoeste e o noroeste da China - as zonas mais ricas em recursos renováveis - foram as que sofreram impactos mais fortes e prolongados. São também as regiões em que o país mais conta.

Outros trabalhos já mostraram que os 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 um aviso concreto de 2022. Uma seca na Bacia de Sichuan, no sudoeste da China, combinou calor e ar seco com uma cobertura nubosa persistente, reduzindo a produção renovável local em mais de um terço durante semanas.

O modelo interpreta esse episódio não como uma excepção, mas como uma antevisão.

Reduzir carbono ajuda

Há, no entanto, um resultado que contraria o pessimismo. Ao correr o mesmo modelo com cortes profundos de emissões, as quebras foram visivelmente mais moderadas - menos eventos de tempo calmo, com menor duração, e um fluxo de energia mais estável no conjunto.

A distância entre os dois futuros é expressiva. As perdas anuais de geração associadas a estes eventos atingiram cerca de 85 terawatts-hora - aproximadamente a electricidade que a Espanha consome num ano - no trajecto de emissões elevadas. No trajecto de baixas emissões, as perdas desceram para cerca de 63 terawatts-hora.

Em termos simples, as decisões sobre carbono tomadas hoje influenciam a fiabilidade de uma rede limpa amanhã. O problema meteorológico e o problema das emissões são, na prática, o mesmo problema.

Ainda assim, a mitigação não elimina o risco. Mesmo no cenário mais limpo, alguns pontos persistentes no noroeste e nas redes centrais continuaram a registar longos períodos desfavoráveis para a produção.

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

Mover energia entre regiões

A Mongólia Interior e o noroeste concentram vastos recursos eólicos e solares. Ao mesmo tempo, estão longe das cidades costeiras densas, onde se consome a maior parte da electricidade.

A principal proposta do estudo para reduzir o problema passa por encurtar essa distância funcional: transportar electricidade a longas distâncias para as zonas onde o tempo ainda permite produzir.

No modelo, as áreas interiores ricas em recursos funcionam como pólos de exportação, enviando electricidade para leste e sul quando a oferta local fica curta.

Se for bem expandida e coordenada, 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 chegam à mesma direcção, concluindo que um conjunto de medidas de flexibilidade é o que mantém estável uma rede com forte peso de renováveis.

Mas as linhas longas só ajudam se o tempo for irregular no território. Quando um período escuro e sem vento cobre uma área suficientemente grande, deixa de existir um “vizinho” com sol para emprestar energia, e a estratégia perde eficácia. A solução resulta até ao momento em que todos precisam dela ao mesmo tempo.

O que a resolução revela

A principal contribuição deste estudo está na sua resolução. Já era conhecido que as alterações climáticas iriam modificar os padrões de vento e de radiação solar.

O que ainda não tinha sido determinado na China, a esta escala fina, era como o timing e a extensão destes períodos de tempo calmo se alinham com a procura de electricidade. As médias diárias estiveram, desde o início, a subestimar o risco.

Ao aproximar a análise de dados horários numa malha com 3 miles (5 kilometers) de largura, o estudo capta quebras de produção que modelos mais abrangentes falham de forma consistente.

Para quem planeia uma rede assente em renováveis, essa granularidade pode ser a diferença entre um sistema que dobra e um que parte.