Um estudo revisado por pares, utilizando a Dinamarca como estudo de caso, constatou que os portfólios de energia renovável superam a energia nuclear em termos de custo total do sistema no modelo do futuro sistema energético integrado dinamarquês, uma vez incluídas na comparação as despesas com balanceamento da rede, armazenamento e acoplamento setorial.
O estudo “SLCOE – system-based LCOE for comparing energy technologies in different systems”, publicado recentemente na revista Energy e liderado por Henrik Lund, da Universidade de Aalborg, apresenta o custo nivelado de energia baseado em sistema (SLCOE) como uma alternativa à métrica padrão de LCOE. O LCOE mede apenas o custo de produção de uma unidade de eletricidade a partir de uma determinada tecnologia, enquanto o SLCOE adiciona o custo de integração dessa tecnologia ao sistema energético mais amplo. A lista de coautores inclui outros 10 pesquisadores.
“Enquanto o LCOE é uma função da própria tecnologia, o SLCOE é uma função tanto da tecnologia quanto do contexto do sistema energético em que ela opera”, afirma o artigo.
O coautor Christian Breyer, professor de economia solar na Universidade LUT, na Finlândia, disse à pv magazine que a métrica aborda uma lacuna fundamental. “Se a otimização for feita apenas dentro do setor elétrico, não será possível identificar essas soluções muito melhores”, afirmou Breyer.
As premissas
O estudo modela a atual rede elétrica da Dinamarca, composta exclusivamente por eletricidade, e um futuro sistema energético neutro em carbono com acoplamento setorial completo, utilizando o modelo EnergyPLAN para simulação horária em todos os setores de energia. Os autores observam que algumas conclusões são específicas da Dinamarca, dada a sua base de recursos predominantemente eólicos e a infraestrutura de flexibilidade existente.
A análise de sensibilidade testa quatro conjuntos de premissas de custos: as projeções do IEA World Energy Outlook 2023 e 2024 e dois cenários da Agência Dinamarquesa de Energia, um dos quais aplica um aumento de 50% nos investimentos em energias renováveis para refletir a inflação pós-2022. O custo das tecnologias de flexibilidade também é testado sob estresse com um aumento de 50% nos investimentos, com efeito mínimo nos resultados.
Em todos os cenários do futuro sistema integrado, as energias renováveis superam a energia nuclear em termos de custo energético em nível local (SLCOE). A energia nuclear não aparece na solução de menor custo em nenhum dos conjuntos de hipóteses testados.
O estudo utiliza as projeções da Agência Internacional de Energia (IEA) de €480/kW para energia solar em escala de utilidade pública em 2050. Breyer observou que o custo real atual da energia solar em escala de utilidade pública está mais próximo de €400/kW, o que significa que a vantagem da energia solar modelada pode subestimar o que as condições atuais do mercado produziriam.
Os resultados
No atual sistema de geração de energia exclusivamente elétrica, os custos do sistema são elevados em todas as tecnologias quando cada uma é modelada como a única fonte de suprimento. A energia solar apresenta um custo de energia solar em nível local (SLCOE) combinado de aproximadamente €565/MWh nesse contexto – não porque a integração da energia fotovoltaica seja inerentemente cara, argumentam os autores, mas porque qualquer tecnologia individual enfrenta custos de sistema elevados sem as opções de flexibilidade que um sistema energético totalmente integrado oferece. A energia nuclear atinge aproximadamente €141 (US$ 166,3)/MWh no mesmo contexto de geração exclusivamente elétrica. A combinação de menor custo de energia eólica offshore, solar e turbinas a gás de ciclo combinado atinge aproximadamente €66/MWh.
Em um futuro sistema integrado neutro em carbono, que é a principal comparação deste artigo, o custo de energia em nível local (SLCOE) da energia nuclear é de aproximadamente € 100/MWh. A combinação de menor custo de energia eólica offshore e fotovoltaica atinge cerca de € 46/MWh. A energia eólica offshore sozinha também atinge cerca de € 46/MWh. A energia eólica onshore atinge cerca de € 106/MWh, enquanto a energia solar atinge cerca de € 178/MWh como tecnologia independente. Seu custo cai drasticamente quando combinada com a energia eólica na combinação de menor custo.
O principal fator dessa redução de custos para energias renováveis é a integração setorial, afirmou Breyer.
“Documentamos como é essencial incluir todo o sistema energético na busca por soluções de menor custo”, disse Breyer. O acoplamento setorial proporciona armazenamento térmico, armazenamento de hidrogênio por eletrólise, operação flexível de bombas de calor e carregamento inteligente de veículos elétricos – opções indisponíveis em uma rede exclusivamente elétrica, acrescentou.
Integração de outras fontes
Para mercados dominados pela energia solar fora da Dinamarca – sul da Europa, Oriente Médio, Índia – onde os recursos eólicos são limitados, Breyer apontou para literatura externa que indica que baterias e demanda flexível servem como as principais ferramentas de integração.
“A combinação de um LCOE solar fotovoltaico muito baixo e um capex de baterias de baixo custo surge como a espinha dorsal central de qualquer sistema energético no Cinturão do Sol”, disse ele. Esses números não fazem parte da modelagem SLCOE da Dinamarca.
O artigo exclui explicitamente o custo das instalações de armazenamento de resíduos nucleares e o custo de oportunidade da não implementação de energias renováveis durante a construção de usinas nucleares. Breyer afirmou que a inclusão desses fatores ampliaria ainda mais a diferença de custos, embora o artigo não quantifique esse aumento.
Para a energia nuclear, o artigo modela um custo de capital efetivo de € 10.000/kW no EnergyPLAN. O artigo observa que este não é um custo literal de investimento imediato, mas sim um recurso de modelagem: aplicar uma taxa de desconto de 8% à estimativa de custo de investimento imediato da AIE (Agência Internacional de Energia) de € 4.500/kW resulta no mesmo ônus de capital anualizado que assumir € 10.000/kW a uma taxa uniforme. O artigo observa que os custos de capital da energia nuclear em projetos europeus recentes excederam as estimativas iniciais em cerca de 100% e que uma revisão da literatura sobre taxas de aprendizado da energia nuclear encontrou uma variação de -25% a zero – a menos favorável de todas as tecnologias de geração analisadas.
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