GD 2.0: Biogás como estratégia ao Curtailment

GD 2.0: o biogás como infraestrutura de flexibilidade para a rede elétrica brasileira

Em um sistema pressionado pelo curtailment, pela expansão das fontes intermitentes e pelos limites da transmissão, o Brasil precisa superar a lógica do “quilowatt-hora indiferenciado”. A próxima geração da GD deverá remunerar não apenas a energia produzida, mas também o momento, o local e os serviços elétricos associados à sua entrega.

 

1. A rede

O setor elétrico brasileiro começa a conviver com um paradoxo que tende a se tornar cada vez mais frequente: o país amplia sua capacidade de produzir energia renovável, mas nem sempre consegue transportar, consumir ou armazenar toda a eletricidade disponível.

A rápida expansão das fontes solar e eólica representa uma conquista estratégica para a transição energética. Ao mesmo tempo, porém, essa evolução expôs desequilíbrios entre a velocidade de implantação dos novos projetos, a capacidade da infraestrutura de transmissão, o perfil horário da demanda e os requisitos técnicos necessários à operação segura do Sistema Interligado Nacional.

Uma das manifestações mais visíveis desse descompasso é o curtailment: a redução compulsória da geração de usinas que, embora estejam aptas a produzir, recebem ordem para limitar ou interromper sua entrega ao sistema.

Na prática, trata-se de energia renovável disponível, mas impossibilitada de chegar ao consumidor por restrições elétricas, excedentes regionais, baixa demanda ou necessidades de segurança operacional.

O problema não diminui a importância da energia solar ou eólica. Ao contrário: demonstra que a continuidade de sua expansão exige uma nova camada de infraestrutura, regulação e inteligência operacional.

Não basta adicionar megawatts. Será necessário adicionar flexibilidade.

É nesse contexto que o biogás pode assumir um papel estrutural na evolução da Geração Distribuída brasileira. Não como concorrente das demais fontes renováveis, mas como tecnologia capaz de complementar sua variabilidade, deslocar a geração no tempo, sustentar a rede em pontos críticos e agregar valor ambiental, agrícola e industrial.

Essa nova arquitetura poderia ser chamada de Geração Distribuída 2.0.

 

2. O curtailment não é apenas um problema de geração

Durante a primeira fase de expansão da Geração Distribuída, o principal objetivo era relativamente simples: permitir que consumidores produzissem sua própria energia, reduzissem custos e injetassem excedentes na rede.

Esse modelo foi decisivo para a popularização da geração solar. Entretanto, à medida que milhares de novos sistemas passaram a produzir simultaneamente, principalmente nas horas centrais do dia, a rede começou a enfrentar uma situação para a qual não havia sido originalmente projetada.

Em determinadas regiões, os fluxos elétricos passaram a se inverter. Redes concebidas para transportar eletricidade das subestações até os consumidores passaram também a receber grandes volumes de energia produzida nas extremidades do sistema.

Quando a geração local supera o consumo e a infraestrutura não possui capacidade suficiente para escoar o excedente, podem surgir elevação de tensão, congestionamentos, sobrecarga de equipamentos e restrições operacionais.

O desafio, portanto, não está apenas na quantidade de eletricidade produzida, mas em três perguntas fundamentais:

• Onde essa energia está sendo gerada?
• Em qual horário ela é entregue?
• E quais atributos elétricos acompanham esse fornecimento?

Um megawatt-hora produzido ao meio-dia, em uma região saturada de geração solar, não possui necessariamente o mesmo valor sistêmico de um megawatt-hora entregue às 19 horas, quando a geração fotovoltaica desaparece e a demanda permanece elevada.

Essa diferença ainda é pouco refletida nos mecanismos econômicos da Geração Distribuída.

 

3. Baterias são parte da solução, mas não toda a solução

Os Sistemas de Armazenamento de Energia em Baterias, conhecidos pela sigla BESS, tornaram-se protagonistas do debate sobre flexibilidade.

Com elevada velocidade de resposta, controle eletrônico preciso e capacidade de absorver ou injetar potência quase instantaneamente, as baterias podem prestar serviços importantes ao sistema elétrico. Entre eles estão o controle de frequência, a suavização de rampas, o gerenciamento de picos, o suporte à tensão e o deslocamento da energia entre diferentes horários.

Seu papel será relevante e crescente.

O equívoco estaria em tratar o BESS como resposta universal para qualquer tipo de excedente energético.

Grande parte dos sistemas comerciais é dimensionada para ciclos de algumas horas. Essa configuração pode ser eficiente para transferir energia do período solar para o início da noite, reduzir picos de demanda ou corrigir oscilações rápidas. Contudo, o custo do armazenamento cresce à medida que aumenta a quantidade de energia que precisa ser retida e o número de horas de autonomia exigido.

Em situações de excedentes prolongados, como períodos de elevada geração renovável associados à baixa carga industrial, os sistemas podem atingir rapidamente seu limite de armazenamento. Depois de carregada, uma bateria não consegue absorver energia adicional até que parte de sua capacidade seja liberada.

Há ainda desafios relacionados à degradação dos equipamentos, à reposição futura dos módulos, à dependência de minerais e componentes estratégicos e à concentração internacional das cadeias de fabricação.

Nada disso reduz a importância das baterias. Apenas revela que sistemas elétricos complexos não devem depender de uma única solução.

As baterias são especialmente eficientes em respostas rápidas e deslocamentos de curta duração. O biogás, por sua vez, pode oferecer armazenamento energético na forma molecular, geração programável e maior flexibilidade temporal.

Mais do que tecnologias concorrentes, BESS e biogás podem formar uma combinação de elevado valor: as baterias respondem em milissegundos; os motogeradores sustentam o fornecimento por períodos mais longos.

 

4. O gasômetro separa a produção do combustível da geração elétrica

O principal diferencial de uma usina de biogás está na possibilidade de desacoplar dois processos que normalmente são tratados como simultâneos: a produção do combustível e a geração de eletricidade.

Nos biodigestores, o biogás é produzido continuamente pela decomposição anaeróbia da matéria orgânica. Entretanto, o gás não precisa ser convertido em eletricidade no mesmo instante em que é gerado.

Ele pode ser temporariamente armazenado em um gasômetro e utilizado posteriormente, nos horários em que a energia possui maior valor para o sistema.

Essa característica transforma o gasômetro em uma espécie de reservatório energético. Em vez de armazenar elétrons, como ocorre nas baterias, a planta armazena moléculas combustíveis que poderão ser convertidas em eletricidade quando necessário.

A autonomia não é ilimitada. Ela depende de vários parâmetros como:

• capacidade física do gasômetro,
• da taxa de produção de biogás,
• do consumo dos motogeradores e
• da estratégia operacional da usina.

Ainda assim, o sistema pode ser projetado para deslocar a geração por várias horas e, em determinadas configurações, por períodos mais prolongados.

Essa flexibilidade permite construir uma operação alinhada às necessidades da rede.

 

4.1. Durante o pico solar

Nas horas de maior geração fotovoltaica e menor necessidade de energia adicional, os motogeradores podem reduzir sua produção ou ser temporariamente desligados.

O biodigestor continua operando e o biogás produzido é direcionado ao sistema de armazenamento.

4.2. No início da noite

Quando a geração solar diminui rapidamente e a demanda permanece elevada, os motogeradores entram em operação e passam a entregar energia firme e controlável.

A usina deixa de produzir eletricidade apenas quando o combustível está disponível e passa a produzi-la quando o sistema mais precisa.

Essa mudança é central para a GD 2.0: a geração deixa de ser apenas distribuída e passa também a ser programável.

 

5. O biogás pode transformar a ponta da rede

O valor do biogás torna-se ainda mais relevante quando a geração está instalada em regiões rurais, áreas agroindustriais ou localidades atendidas por redes longas e radiais.

Em muitas dessas regiões, a eletricidade percorre grandes distâncias desde a subestação até o consumidor final. Quanto maior a distância, maiores tendem a ser a vulnerabilidade a interrupções, as perdas técnicas e os desafios para manutenção dos níveis adequados de tensão.

É o chamado “fim de linha”.

Nessas localidades, uma usina a biogás corretamente dimensionada e conectada pode deixar de ser apenas uma unidade de geração. Ela pode tornar-se um recurso local de suporte à rede.

5.1. Suporte de tensão e potência reativa

Motogeradores síncronos podem ser controlados para fornecer ou absorver potência reativa, colaborando para a manutenção dos níveis de tensão dentro dos limites operacionais.

Esse atributo pode ser especialmente valioso em redes rurais extensas, nas quais cargas de maior porte e longas distâncias elétricas contribuem para quedas e oscilações de tensão.

Com sistemas adequados de automação, proteção e comunicação, a geração local pode ajudar a reduzir problemas que afetam equipamentos agrícolas, sistemas de refrigeração, secadores, bombas e unidades industriais.

5.2. Inércia e estabilidade dinâmica

Máquinas síncronas possuem massa rotativa e podem contribuir fisicamente para a resposta do sistema diante de variações bruscas de frequência.

À medida que fontes conectadas por inversores ocupam uma parcela maior da matriz, atributos como inércia, potência de curto-circuito e capacidade de suporte dinâmico ganham relevância.

Inversores modernos também podem oferecer funções avançadas de controle. Entretanto, esses recursos dependem de equipamentos, parametrizações e estratégias específicas. Nos geradores síncronos, parte da resposta eletromecânica é inerente à própria máquina.

5.3. Maior potência de curto-circuito

A presença de uma máquina síncrona pode elevar a potência de curto-circuito local e melhorar a robustez elétrica da rede.

Essa característica é relevante em áreas com cargas de elevada potência, como pivôs de irrigação, compressores, sistemas de bombeamento e secadores de grãos, cuja partida pode provocar afundamentos de tensão e perturbações perceptíveis para outros consumidores.

O benefício, contudo, depende dos estudos de conexão, da coordenação das proteções e das condições específicas de cada alimentador.

5.4. Redução de fluxos e perdas

Quando a geração ocorre próxima ao consumo e nos horários adequados, reduz-se a necessidade de transportar grandes volumes de eletricidade por longas distâncias.

Isso pode diminuir perdas elétricas, aliviar transformadores e alimentadores e postergar determinados investimentos em expansão.

A localização, porém, é determinante. Uma geração instalada em um ponto já saturado e operando no horário inadequado pode ampliar o fluxo reverso e agravar as restrições. Na GD 2.0, não bastará incentivar a geração: será necessário induzir sua implantação onde ela produza maior benefício sistêmico.

 

6. Do “quilowatt-hora cego” ao valor real da energia

O modelo tradicional de compensação concentrou-se na quantidade de energia ativa injetada na rede. Essa lógica foi importante para viabilizar a expansão inicial da Geração Distribuída, mas é insuficiente para um sistema com crescente diversidade tecnológica e operacional.

O problema pode ser definido como o paradigma do “quilowatt-hora cego”: a energia é contabilizada sem que sejam plenamente considerados o horário da entrega, a localização da usina, sua disponibilidade, sua capacidade de resposta e os serviços elétricos prestados.

Assim, dois quilowatts-hora com impactos completamente diferentes podem receber sinais econômicos semelhantes.

Um deles pode ser injetado em um horário de excedente, em um alimentador congestionado. O outro pode ser entregue durante a ponta de carga, em uma região com deficiência de tensão e elevada dependência da rede a montante.

Fisicamente, ambos representam a mesma quantidade de energia. Para o sistema, porém, seus valores são distintos.

A proposta de uma nova GD 2.0 deverá reconhecer essa diferença.

 

7. O mercado de serviços ancilares precisa chegar à distribuição

Historicamente, os serviços ancilares foram discutidos principalmente no âmbito da geração centralizada e da operação do Sistema Interligado Nacional.

Com a expansão dos recursos energéticos distribuídos, parte dessas necessidades começa a surgir também nas redes de média e baixa tensão. Isso abre espaço para novos mecanismos de contratação de flexibilidade pelas distribuidoras.

Entre as possibilidades estão:

7.1. Sinais locacionais e temporais

A remuneração da energia pode considerar o horário e o ponto da rede em que ela é entregue.

Usinas instaladas em áreas congestionadas, regiões com baixa qualidade de fornecimento ou localidades que exigiriam grandes investimentos de reforço poderiam receber sinais econômicos compatíveis com o benefício proporcionado.

7.2. Contratos de disponibilidade e potência

Uma usina despachável não entrega apenas energia. Ela mantém potência disponível para ser acionada quando necessário.

Essa disponibilidade possui valor próprio e pode ser remunerada por contratos específicos, especialmente em horários críticos ou durante contingências.

7.3. Mercados locais de flexibilidade

Distribuidoras poderiam contratar recursos capazes de reduzir ou elevar a geração, controlar potência reativa, responder a sinais operacionais ou limitar fluxos reversos.

Em determinados casos, pagar por flexibilidade local pode ser mais econômico do que ampliar imediatamente linhas, alimentadores, transformadores ou subestações.

7.4. Remuneração por serviços de rede

O fornecimento de potência reativa, suporte de tensão, reserva operativa e outros atributos deve ser medido, verificado e remunerado de acordo com o desempenho efetivamente entregue.

Para isso, serão necessários padrões técnicos, telemetria, sistemas de controle, protocolos de comunicação e regras transparentes de contratação.

Não se trata de criar uma remuneração artificial para o biogás. Trata-se de pagar por serviços que hoje podem ser utilizados pela rede sem que seu valor econômico esteja adequadamente reconhecido.

 

8. Uma fonte elétrica com dividendos fora do setor elétrico

A importância do biogás não se limita à eletricidade.

Enquanto a geração solar e eólica aproveita recursos naturais renováveis, o biogás acrescenta uma dimensão própria: ele transforma passivos ambientais em energia, insumos agrícolas e atividade econômica regional.

Essa característica produz três dividendos simultâneos.

8.1. Gestão de resíduos e redução das emissões de metano

Resíduos agropecuários, efluentes industriais, lodos de esgoto e matéria orgânica depositada em aterros podem liberar metano para a atmosfera quando não são manejados adequadamente.

Em um horizonte de cem anos, o metano possui um potencial de aquecimento global dezenas de vezes superior ao do dióxido de carbono.

A biodigestão permite capturar esse gás e utilizá-lo energeticamente. Dependendo da origem do resíduo, das emissões evitadas e do desempenho da planta, a geração pode apresentar uma pegada de carbono muito reduzida e, em determinadas condições, até mesmo resultados líquidos negativos.

8.2. Produção de biofertilizantes

Após a biodigestão, a fração residual pode ser aproveitada como biofertilizante, desde que atenda aos requisitos agronômicos, sanitários e ambientais aplicáveis.

Esse aproveitamento fecha ciclos de nutrientes, reduz desperdícios e pode diminuir parte da dependência por fertilizantes minerais importados.

Para um país cuja segurança energética está diretamente relacionada à segurança alimentar, essa integração possui valor estratégico.

8.3. Desenvolvimento industrial e regional

Plantas de biogás mobilizam engenharia, construção civil, fabricação de equipamentos, automação, serviços laboratoriais, manutenção, operação agrícola e logística.

Uma parcela expressiva dessa cadeia pode ser desenvolvida nacionalmente, estimulando fornecedores locais, empregos qualificados e circulação de renda no interior do país.

Diferentemente de soluções energéticas altamente concentradas, o biogás tende a distribuir investimentos pelos territórios onde os resíduos são gerados.

 

9. A GD 2.0 não deve escolher tecnologias, deve contratar atributos

A transição para uma rede elétrica mais flexível não será construída pela substituição de uma tecnologia por outra.

A energia solar oferece baixo custo operacional, modularidade e enorme potencial de expansão. A eólica entrega elevada produtividade em regiões favoráveis. As baterias fornecem velocidade, precisão e controle. O biogás acrescenta armazenamento molecular, geração despachável e integração com a economia circular.

Cada tecnologia responde melhor a uma parte do problema.

O desafio regulatório é abandonar políticas baseadas exclusivamente na identidade da fonte e avançar para mecanismos capazes de contratar atributos objetivos:

• energia entregue no horário necessário;
• potência disponível;
• capacidade de modulação;
• suporte de tensão;
• resposta dinâmica;
• redução de perdas;
• alívio de congestionamentos;
• resiliência local;
• benefícios ambientais verificáveis.

Nesse desenho, o biogás não precisa ser favorecido artificialmente. Ele precisa ter a oportunidade de competir pelo valor integral dos serviços que pode prestar.

 

10. O gasômetro como ativo do sistema elétrico

Durante muito tempo, o gasômetro foi observado apenas como componente operacional de uma planta de biogás.

Na GD 2.0, ele pode assumir outra dimensão.

Ao permitir que a produção biológica de gás seja separada temporalmente da geração elétrica, o gasômetro transforma a usina em um recurso de flexibilidade. Ele possibilita armazenar energia na forma molecular, modular o despacho e entregar eletricidade quando a rede apresenta maior necessidade.

Isso não faz do gasômetro uma bateria no sentido eletroquímico. Faz dele algo diferente e complementar: um reservatório renovável integrado a uma cadeia de tratamento de resíduos.

O Brasil possui condições singulares para aproveitar essa arquitetura. Reúne uma das maiores bases agropecuárias do mundo, ampla disponibilidade de resíduos orgânicos, extensa rede de distribuição rural, demanda por biofertilizantes e necessidade crescente de geração firme e flexível.

Poucos países possuem tantos problemas capazes de ser enfrentados pela mesma solução.

 

11. Um novo marco para a geração descentralizada

A próxima fase da Geração Distribuída brasileira não poderá ser orientada apenas pela expansão quantitativa.

Será necessário avaliar onde a geração deve ser instalada, em quais horários deve operar, quais serviços pode prestar e quanto esses serviços valem para consumidores, distribuidoras e para o sistema elétrico.

A GD 2.0 exige uma regulação capaz de:

• reconhecer a energia despachável;
• estabelecer sinais temporais e locacionais;
• criar mercados locais de flexibilidade;
• permitir a contratação de serviços ancilares na distribuição;
• remunerar disponibilidade e desempenho;
• integrar geração, armazenamento e resposta da demanda;
• direcionar investimentos para pontos críticos da rede.

Nesse novo modelo, as usinas de biogás podem funcionar como centrais descentralizadas de energia, saneamento, estabilidade elétrica e desenvolvimento regional.

Posicionar o biogás como um dos pilares da flexibilidade brasileira não significa solicitar privilégios nem criar uma disputa artificial com outras tecnologias. Significa reconhecer que uma matriz predominantemente renovável precisará combinar fontes variáveis com recursos controláveis, armazenamento de diferentes durações e serviços de suporte à rede.

A segurança energética do futuro não será determinada apenas por quantos megawatts o país conseguirá instalar.

Será determinada pela capacidade de entregar a energia certa, no local certo e no momento em que ela realmente possui valor. Essa deverá ser a essência da Geração Distribuída 2.0.