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XIV SYMPOSIUM OF SPECIALISTS IN ELECTRIC OPERATIONAL AND EXPANSION PLANNING

SEPTEMBER 30TH THRU OCTOBER 3RD OF 2018 / RECIFE / PE /BRASIL

(*) Av. Horácio de Macedo, n˚ 354 – CEP 21.941-911 Rio de Janeiro, RJ – Brasil

Tel: (+55 21) 2598-6454 – Fax: (+55 21) 2598-6482 – Email: [email protected]

Análise dos Efeitos das Mudanças Climáticas no Setor Elétrico Brasileiro em Termos de Mitigação e Adaptação

M. E. P. Maceira1,2(*) A. C. G. Melo1,2 K. C. Garcia1 J. M. Damazio1,2

L. R. Xavier1 T. C. Justino1,3 W. L. Silva1,3 F. Treistman1,3

1CEPEL – Centro de Pesquisas de Energia Elétrica 2UERJ – Universidade do Estado do Rio de Janeiro

3COPPE/UFRJ – Coordenação dos Programas de Pós-Graduação em Engenharia

RESUMO

É notória, a nível mundial, a preocupação cada vez crescente com o aquecimento global - ou mudanças climáticas, e com os impactos do aumento dos níveis de emissões de gases de efeito estufa de origem antropogênica nos sistemas climáticos, culminando com o estabelecimento, em, 2015, do Acordo de Paris. Por esta razão, o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas – IPCC, tem realizado análises periódicas sobre os impactos e riscos relacionados à mudança do clima, e como os impactos podem ser reduzidos e gerenciados por meio de ações de mitigação e adaptação. Os Representative Concentration Pathways do IPCC apontam que as emissões continuadas de GEEs irão causar mais aquecimento e mudanças em todos os componentes do sistema climático, implicando em mudanças na temperatura da superfície do globo terrestre no final do século XXI. Como consequência, eventos climáticos extremos e mudanças nos padrões hidrológicos podem ser esperados devido às alterações provocadas pela mudança do clima, com impactos no comportamento futuro das vazões afluentes às usinas hidroelétricas. Apesar dos benefícios da matriz elétrica brasileira, marcada pela contribuição majoritária das fontes renováveis, em particular da hidroeletricidade, ela é dependente das condições climáticas e dos regimes hidrológicos, atuais e futuros. Neste sentido, o CEPEL iniciou um projeto de pesquisa – Mudanças Climáticas ou MudClima, cujo objetivo é estreitar o hiato entre os modelos climatológicos e de simulação/otimização energética do CEPEL. O projeto engloba a elaboração, a partir dos RCPs do IPCC, de cenários de hidrologias até 2100; desenvolvimento de metodologias para a consideração de seus impactos no planejamento da expansão e da operação energética, em termos de economicidade, segurança e emissões de gases de efeito estufa, com reflexos nas políticas e estratégias de mitigação e adaptação; e para o estabelecimento de indicadores de resiliência para elegibilidade de UHEs a títulos climáticos. Neste trabalho são apresentados os principais aspectos metodológicos envolvidos e os resultados iniciais do projeto.

PALAVRAS-CHAVE

Mudanças climáticas, mitigação, adaptação, resiliência, gases de efeito estufa, títulos climáticos, planejamento da expansão e da operação, variáveis climáticas, modelos hidrológicos, usinas hidrelétricas, sistemas elétricos interligados.

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1. Introdução Mudanças climáticas referem-se a mudanças no estado do clima que podem ser identificadas por mudanças na média e/ou variabilidade de suas propriedades, e isso persiste por um longo período, tipicamente décadas ou mais, atribuída diretamente ou indiretamente à atividade humana Erro! Fonte de referência não encontrada..

No Quinto Relatório de Avaliação do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas - Intergovernmental Panel On Climate Change (IPCC) Erro! Fonte de referência não encontrada. são analisados como os impactos relacionados à mudança do clima podem ser reduzidos e gerenciados por meio de ações de mitigação e adaptação. A mitigação é definida como a intervenção antropogênica para reduzir as fontes de emissões de GEEs ou para aumentar os seus sumidouros; já a adaptação se refere ao processo de ajuste, em sistemas naturais ou humanos, em resposta a estímulos climáticos reais ou esperados (e.g., alterações nos regimes de precipitações, ocorrência mais frequente de eventos climáticos extremos, etc), ou seus efeitos, que pode reduzir os danos ou explorar oportunidades benéficas.

Em 2016, durante a 21a Conferência das Partes (COP 21) da UNFCCC foi estabelecido o Acordo de Paris sobre Mudança do Clima, onde os 195 países participantes se uniram com o objetivo comum de reduzir as emissões de GEEs no contexto do desenvolvimento sustentável e conter o aumento da temperatura média global abaixo de 2°C em relação aos níveis pré-industriais, até o final deste século. Como parte do Acordo de Paris, cada país comunicou a sua “pretendida” Contribuição Nacionalmente Determinada (intended Nationally Determined Contribution – iNDC).

Em nível mundial, diferentemente do Brasil, o setor energético tem sido um dos principais atores da mudança do clima global, contribuindo com pelo menos 2/3 das emissões de gases de efeito estufa. Logo, pode-se afirmar que o Acordo de Paris sobre Mudança do Clima é, na sua essência, um acordo sobre energia Erro! Fonte de referência não encontrada.. Como consequência, espera-se uma transformação disruptiva no sistema energético mundial, com a aceleração da descarbonização da economia mundial e a implementação, em larga escala, tecnologias limpas, eminentemente renováveis, quer existentes ou novas.

Não obstante ao bem-sucedido programa de biocombustíveis, à elevada queda da taxa de desmatamento na Amazônia brasileira (82% entre 2004 e 2014), e a apresentar matrizes energéticas e elétricas entre as mais renováveis do planeta, no Acordo de Paris, durante a COP 21, o Brasil decidiu ampliar ainda mais sua contribuição para a consecução do objetivo da UNFCCC, no contexto do desenvolvimento sustentável. Desdobrando a meta de mitigação para o setor de energia, a nossa iNDC especifica, até 2030: (i) alcançar cerca de 45% de energias renováveis na composição da matriz energética; (ii) expandir o uso de fontes renováveis, além da energia hidroelétrica, na matriz total de energia para uma participação de 28% a 33%; (iii) expandir o uso doméstico de fontes de energia não fóssil, aumentando a parcela de energias renováveis (além da energia hidroelétrica) na matriz de energia elétrica para ao menos 23%, inclusive pelo aumento da participação de eólica, biomassa e solar; e (iv) alcançar 10% de ganhos de eficiência no setor elétrico.

A busca de uma solução de compromisso entre os diversos objetivos listados, muitas vezes conflitantes entre si, torna-se ainda mais relevante em países em desenvolvimento, onde haverá crescimento do consumo de energia elétrica e aumento da capacidade instalada de geração e transmissão, as quais devem ser realizadas da forma mais eficiente possível.

Outro aspecto a ressaltar diz respeito à interdependência (nexus) entre energia e água. Por exemplo, a Agência Internacional de Energia (IEA) estima que 10% da água doce captada hoje em todo o mundo é utilizada pelo setor da energia, e cerca de 4% da energia elétrica consumida no mundo é utilizada para captar, distribuir e tratar água para consumo, sem contar com a energia utilizada nas bombas de

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irrigação e plantas de dessalinização [3]. A IEA também estima que, em linha com o crescimento econômico e populacional, a demanda global por energia e água irá aumentar e, chegando a dobrar até 2040. Além disso, as mudanças climáticas poderão exacerbar o estresse hídrico em diversas regiões do planeta. O nexus água e energia torna-se, então, um componente crítico das estratégias de mitigação e de adaptação, especialmente no Brasil, devido à predominância da geração hidroelétrica [4-5].

2. O Projeto MudClima A Fig. 1(a) apresenta os Representative Concentration Pathways (RCPs), delineando quatro trajetórias de concentração de gases de efeito estufa (GEEs) adotadas pelo IPCC até o final deste século, i.e., ano 2100 [6]. Em todos os RCPs, as concentrações de CO2 na atmosfera são maiores em 2100 em relação aos dias presentes, destacando-se a grande variação nos cenários projetados e assinalando as incertezas a serem enfrentadas quando do estabelecimento de políticas públicas e do planejamento e desenho de projetos de infraestrutura.

A Fig. 1 também apresenta as mudanças na temperatura média em ºC (b) e na precipitação média em % (c) da superfície do globo em 2081-2100 em relação ao período 1986-2005, conforme os cenários RCP2.6 e RCP8.5 do Relatório de Avaliação 5 do IPCC [6].

Verifica-se nesta figura que as emissões continuadas de GEEs irão causar mais aquecimento e mudanças em todos os componentes do sistema climático, implicando em mudanças na temperatura da superfície do globo terrestre no final do século XXI. Vislumbra-se ainda que mudanças no ciclo global da água em resposta ao aquecimento não serão uniformes e o contraste na precipitação entre as regiões úmida e seca e entre as estações úmida e seca aumentará, embora possa haver exceções regionais.

Como consequência, eventos climáticos extremos e mudanças nos padrões hidrológicos podem ser esperados devido às alterações provocadas pela mudança do clima, com impactos no comportamento futuro das vazões afluentes às usinas hidroelétricas.

(a)

(b)

(c)

Figura 1: (a) Representative Concentration Pathways (RCPs) do IPCC até 2100; Mudanças na temperatura média em ºC (b) e na precipitação média em % (c) da superfície do globo em 2081-2100 em relação ao período 1986-2005, conforme os cenários RCP2.6 e RCP8.5.

No caso do Brasil, a composição da matriz elétrica é marcada pela contribuição majoritária das fontes renováveis, em particular da hidroeletricidade. Apesar dos benefícios da hidroeletricidade, inclusive relacionados à mitigação das mudanças climáticas por meio das baixas emissões de gases de efeito estufa, sua preponderante participação na matriz elétrica brasileira torna-a mais dependente das condições climáticas e dos regimes hidrológicos, atuais e futuros. Em decorrência, os impactos associados – sejam negativos ou positivos, devem ser avaliados sob as óticas empresarial, de segurança energética e socioeconômico – local, regional e nacional, considerando ainda os aspectos de desenvolvimento sustentável e/ou de promotor da conservação ambiental permanente.

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Desta forma, a questão que surge atualmente diz respeito à capacidade de se desenvolver e implementar tecnologias de baixo carbono, assim como de estratégias e ações de adaptação. Assim, é necessário desenvolver metodologias e ferramentas capazes de responder a perguntas do tipo: como o aumento da temperatura, as alterações nos regimes de precipitações e a ocorrência mais frequente de eventos climáticos extremos impactam hoje e impactarão no futuro o setor elétrico, em termos produção e consumo de energia, e em relação à sua infraestrutura; como o setor deve se preparar para minimizar estes impactos e quais as estratégias de adaptação a nível nacional, regional e local.

Para responder a essas questões é necessário o desenvolvimento de metodologias para estreitar o hiato entre os modelos climatológicos e de simulação/otimização energética do CEPEL [7-8], estratégia que vem sendo adotada pelo Centro no âmbito do Projeto Mudanças Climáticas – MudClima, englobando as seguintes vertentes: (i) elaboração e análise, a partir dos Representative Concentration Pathways (RCP) do IPCC, de

cenários de vazões afluentes às usinas hidrelétricas até 2100, incluindo eventos extremos; (ii) desenvolvimento de metodologias para a consideração de seus impactos no planejamento da

expansão e da operação energética, em termos de economicidade, segurança e emissões de gases de efeito estufa, com reflexos nas políticas de mitigação e adaptação;

(iii) desenvolvimento de estratégias e ações de adaptação aos efeitos de mudanças climáticas nas áreas social, de ecossistemas e empresarial; e

(iv) desenvolvimento de metodologia para o estabelecimento de indicadores associados à adaptação e resiliência para elegibilidade de projetos hidroelétricos a títulos climáticos.

Nas próximas seções são apresentados os principais aspectos metodológicos de cada uma dessas vertentes, as quais estão ilustradas no diagrama esquemático da Fig. 2.

MUDANÇAS CLIMÁTICAS

Integração MELP/

NEWAVE

Análise multicritério

Alternativa preferida

MADPE

a1

a2

aNa

.

.

.

c1

c2

cNa

.

.

.

0

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

%

Capacidade Instalada por Tipo de Combustível (%)

2 015

2 030

Introdução de variáveis climáticas nos modelos GEVAZP e PREVIVAZ

Planejamento da Expansão

considerando emissão de GEEs

Eta-HadGEM2-ES

Eta-MIROC5

Modelos Hidrológicos

vazões

Avaliação dos Impactos no Sistema Elétrico

Modelos Climáticos

precipitação

Modelos Energéticos

Figura 2: Projeto Mudanças Cliumáticas (MudClima) - Diagrama esquemático.

3. Elaboração de Cenários de Vazões Afluentes às UHEs a partir dos Representative Concentration Pathways (RCPs) do IPCC

Conforme mencionado anteriormente, uma das vertentes do Projeto MudClima consiste na elaboração de uma metodologia para, a partir dos RCPs do IPCC, produzir de cenários de vazões afluentes às usinas hidroelétricas até 2100, incluindo eventos extremos.

A metodologia para a elaboração de cenários futuros (e.g., para o período 2011-2100) de afluências mensais às UHEs do SIN se inicia com as previsões de chuva e temperatura calculadas pelo modelo

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regional ETA, integradas na escala mensal. Em seguida, o modelo ETA, executado em modo climático e com resolução horizontal de 20km, é aninhado aos modelos climáticos globais HadGEM2-ES e MIROC5, dando origem a dois conjuntos básicos de cenários futuros de chuva e temperatura, dentre outras variáveis, referenciados como Eta-HadGEM2-ES e Eta-MIROC5 [9]. A partir dessas previsões, utiliza-se um modelo hidrológico determinístico do tipo chuva-vazão - SMAP [10], para a determinação das séries de afluências mensais às usinas hidroelétricas.

As simulações do modelo ETA (Eta-HadGEM2-ES e Eta-MIROC5) foram efetuadas nos períodos de 1961 a 1990 (clima presente) e de 2011 a 2100 (clima futuro). Os resultados foram, então, integrados na escala das bacias hidrográficas correspondentes às usinas hidrelétricas, e toda a análise posterior levou em consideração os valores médios mensais de chuva e temperatura em cada uma destas.

No clima presente, as previsões de chuva e temperatura foram avaliadas de acordo com os dados observados, oriundos das bases de dados da Agência Nacional de Águas (ANA) e do Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). Além da análise das propriedades estatísticas das séries de chuva e evapotranspiração potencial (informação essencial para a modelagem hidrológica adotada, e calculadas a partir dos dados de temperatura média), a significância e a magnitude das tendências nas séries foram avaliadas por meio de testes estatísticos.

No clima futuro, as simulações com a metodologia proposta foram efetuadas segundo dois dos cenários RCPs do IPCC - RCP 4.5 e 8.5; deste modo, nesse período um conjunto de quatro simulações foi obtido e, por conseguinte, quatro séries de chuva e temperatura. De modo análogo ao efetuado para as duas séries disponíveis no período 1961-1990, as quatro séries no tempo futuro foram corrigidas, segundo uma metodologia de remoção de viés baseada no uso de um fator de correção linear mensal, e, também tiveram suas propriedades estatísticas e de tendência analisadas.

Em seguida, o modelo SMAP foi calibrado no período presente para cada bacia hidrográfica, a partir das séries de chuva (ANA), evapotranspiração potencial (calculada a partir de dados de temperatura do INMET e de vazão natural mensal disponibilizadas pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS). O modelo SMAP foi aprimorado com a introdução de um parâmetro que permite considerar o efeito da defasagem do escoamento superficial, o que levou a um melhor ajuste, avaliado segundo métricas distintas e em diferentes períodos de validação [11]. De posse do modelo calibrado para cada bacia, foi possível, a partir dos quatro cenários de previsões de chuva e evapotranspiração, calcular um conjunto de quatro séries de afluências mensais a cada usina hidroelétrica, no clima futuro.

Os cenários de afluências mensais às usinas hidrelétricas, elaborados segundo a abordagem descrita, para o período futuro (até 2100), constituem-se em insumo essencial para o desenvolvimento de metodologias para a consideração de seus impactos em diferentes atividades do setor elétrico, e.g., possíveis variações na frequência de eventos extremos e na disponibilidade hídrica em bacias hidrográficas, planejamento da expansão e da operação energética, políticas de mitigação e adaptação.

Os quatro cenários obtidos de projeções futuras e a modelagem hidrológica adotada apontam para uma redução dos volumes de chuva e das afluências na porção centro-norte do Brasil e discreta elevação na região sul do país. A Fig. 3 ilustra as simulações de precipitação para as UHEs Tucuruí (a) e Itá (b) e também as vazões históricas e projetadas para a primeira (c) e segunda UHE (c), nos cenários Eta-HadGEM2-ES e Eta-MIROC5 para o RCP4.5. Chama-se a atenção que as projeções futuras devem ser cautelosamente levadas em consideração, uma vez que as incertezas associadas às interações entre a dinâmica atmosférica e o ciclo hidrológico estão presentes.

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4. Consideração do Fenômeno El Niño na Geração de Cenários Mensais de Afluências Sintéticas Condicionadas

O fenômeno El Niño – Oscilação Sul (ENOS) é um dos fenômenos climáticos naturais mais importantes, tendo diversos impactos nos padrões de circulação global da atmosfera e de variações climáticas (incluindo a precipitação) por todo o mundo [12].

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 3: Função de distribuição acumulada dos totais pluviométricos anuais para o membro controle dos modelos climáticos Eta-HadGEM2-ES (EH2) e Eta-MIROC5 (EM5) no clima presente (1961 a 1990) e para os cenários RCPs 4.5 e 8.5 do IPCC no clima futuro (2011 a 2100) para as UHEs Tucuruí (a) e Itá (b). Afluências médias anuais (m³/s) observadas e projetadas (2011 a 2100) para estas UHEs (c e d) pela metodologia proposta a partir dos modelos climáticos Eta-HadGEM2-ES e Eta-MIROC5, considerando o cenário RCP4.5 IPCC.

Caracterizado por anomalias na Temperatura da Superfície do Mar (TSM) na região do Oceano Pacífico em sua porção equatorial, o ENOS é um evento climático que ocorre acoplado também com alterações atmosféricas, sendo classificado em três fases distintas: La Niña, Neutro, e El Niño. A primeira é caracterizada por TSMsabaixo da média na região equatorial do Oceano Pacífico; a fase conhecida como El Niño é caracterizada por ser o oposto da La Niña, com TSMs acima da média; a fase Neutra caracteriza-se por ser uma etapa de transição entre os eventos, com TSMs próximas da média no Pacífico.

Entre seus impactos mais proeminentes, encontram-se as alterações nos padrões de precipitação e vazões fluviais. Pesquisas apontam sua conexão com a modificação das precipitações na Europa, Austrália, leste asiático e nos Estados Unidos. Na América do Sul, a influência do fenômeno ENOS nas chuvas do continente é objeto de estudo há décadas. Para o caso brasileiro, especificamente, diversas pesquisas apontam para uma influência marcante nas precipitações, e, consequentemente, nas vazões afluentes aos reservatórios das UHEs [13]. Apesar de seus efeitos serem diversos e provocarem mudanças em uma escala sub-sazonal, de maneira geral, eventos de El Niño estão relacionados a um aumento nas anomalias de precipitação e vazão na Região Sul do Brasil e partes das Regiões Sudeste, Centro-Oeste e Nordeste, enquanto que a Região Norte tende a sofrer mais secas. A fase La Niña provoca efeitos de forma inversa ao El Niño. As regiões Sul e Norte são as que sofrem com mais intensidade o efeito do ENOS.

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Atualmente no Sistema Interligado Nacional, as vazões afluentes são a principal fonte de incerteza no planejamento da expansão e operação energética. Sua representação no planejamento de curto e médio/longo prazo é feita de forma estocástica através de cenários sintéticos multivariados gerados pelo modelo GEVAZP [14-15], o qual se baseia no processo estocástico autorregressivo periódico de ordem variável - PAR(p).

No âmbito da vertente (ii) do Projeto MudClima, descrita na Seção 2, foi desenvolvida uma metodologia para a consideração dos efeitos do fenômeno climático ENOS para ser considerada na geração de cenários sintéticos de afluências do modelo GEVAZP, resultando em uma precisão maior as distribuições multivariadas de probabilidades condicionadas para as afluências futuras. A partir da identificação dos diferentes estados de ENOS no histórico, foi implementada uma estimação segmentada dos parâmetros média e desvio-padrão mensais das afluências que passam a variar de acordo com as fases do fenômeno. Para a evolução temporal das fases do modelo, calibra-se uma cadeia de Markov.

A Fig. 4(a) apresenta um exemplo de como as fases do ENOS impacta, e.g., a UHE Balbina. A geração de cenários também será feita para os eventos de ENOS e poderão levar em consideração previsões probabilísticas sobre o fenômeno. As avaliações iniciais demonstraram que o modelo proposto consegue reproduzir as características históricas tanto das séries de vazões afluentes quanto do fenômeno ENOS, como pode ser verificado na Fig.4(b) e (c).

(a)

(b) (c)

Figura 4: (a) Média e desvio padrão mensais para a UHE Itaipu; Distribuições de probabilidade histórica (b) e sintética (c), gerada através do modelo proposto, para o fenômeno ENOS.

5. Abordagem Multicritério para o Planejamento da Expansão da Geração considerando Gases de Efeito Estufa

Conforme ilustrado na Fig. 1, os RCPs adotados pelo IPCC apontam que a estabilização do aumento da temperatura global abaixo dos 2°C requererá reduções substanciais e sustentáveis de emissões de GEEs. Como consequência, no caso do setor elétrico, as metodologias e modelos para o planejamento de longo prazo da expansão da geração, especialmente em países em desenvolvimento, devem passar a ser promotoras das iNDCs, onde foram assumidos compromissos estratégicos de mitigação das mudanças climáticas por meio da redução das emissões de gases de efeito.

Por outro lado, o planejamento da expansão não deverá se limitar a este objetivo, mas deverá assumir um novo paradigma: conciliar o objetivo de mitigação do clima com os demais objetivos (econômicos, socioambientais e de segurança energética) – contribuir para o desenvolvimento deste novo paradigma é um dos objetivos do Projeto MudClima, inserido na vertente (ii) descrita na Seção 2.

Assim, o problema de planejamento de longo prazo da expansão da geração é modelado aqui como um problema multiobjetivo (ou com múltiplos critérios), onde os diversos objetivos são representados de forma explícita [16]. Várias abordagens de apoio à decisão multicritério podem ser utilizadas para a

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solução deste problema [17], entre as quais métodos de um critério de síntese (e.g., MAUT, AHP, MACBETH, VIP Analysis), métodos de sobreclassificação (e.g., ELECTRE, PROMETHEE) e programação multiobjectivo. No Projeto MudClima, inicialmente estão sendo utilizados os métodos AHP e VIP Analysis [17].

A metodologia proposta apresenta duas características relevantes do ponto de vista pragmático da atividade de planejamento de sistemas elétricos: (i) a formulação de alternativas de planos de longo prazo da expansão da geração; e (ii) avaliação do desempenho (consequências) de cada alternativa de plano de expansão em cada um dos objetivos (ou critérios) adotados. Estas duas etapas são realizadas através da utilização integrada dos modelos MELP [18] e NEWAVE [7-8]. O modelo MELP, baseado em programação linear inteira mista e com representação mais simplificada do sistema interligado, é utilizado para a formulação de alternativas de planos de longo prazo da expansão da geração e troncos de interligação. A formulação das alternativas é realizada através da inserção de restrições, no problema resolvido pelo MELP, que refletem, por exemplo, possíveis cenários de mitigação de gases de efeito estufa a partir do aumento da participação de fontes renováveis na matriz elétrica. Por sua vez, o modelo NEWAVE, baseado em programação dinâmica dual estocástica e que representa com mais detalhes o sistema interligado, será usado para fornecer o desempenho em relação a cada um dos objetivos (ou critérios) adotados, e.g, emissões de gases de efeito estufa, risco de déficit, custo de operação, composição do parque gerador, etc. A Fig. 5 ilustra o diagrama esquemático do modelo proposto.

A Fig. 5também apresenta um resultado da aplicação da metodologia, relativo ao horizonte de 2030, compreeendendo sete alternativas de expansão e três objetivos (ou critérios): valor esperado do custo total (investimento mais operação); risco de déficit de energia do subsistema Sudeste (subsistema com maiores demanda de energia e capacidade de geração); e a emissão de GEEs em CO2eq. As alternativas elaboradas na etapa de formulação foram avaliadas a partir da simulação com o modelo NEWAVE, tendo-se introduzido neste modelo o cálculo de emissões de GEEs por tecnologia de geração de energia (CO2eq/kWh), utilizando a abordagem de avaliação do ciclo de vida (Life Cicle Assessment – LCA) [19].

0

10

20

30

40

50

60

70

%

Capacidade Instalada por Tipo de Combustível (%)

2015

2030

Pexi : plano de expansão associado à i-ésima ação

MELP

NEWAVE

ci : consequência (desempenho) associada à i-ésima ação (custo de operação, emissões, custo marginal de operação, risco de déficit,etc.)

ai:i-ésima ação (conjunto de restrições), i=1,Na

IntegraçãoMELP-NEWAVE

Restrições adicionais

Modifica a alternativa alterando restrições no MELP

Integração MELP/

NEWAVE

Análise multicritério

Alternativa preferida

a1

a2

aNa

.

.

.

c1

c2

cNa

.

.

.

Figura 5: Modelo proposto de Apoio à Decisão para o Planejamento da Expansão da Geração.

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6. Estratégias e Ações de Adaptação aos Efeitos de Mudanças Climáticas O tema Adaptação à Mudança Climática tem ganhado cada vez mais importância, principalmente depois da publicação do último relatório do Grupo II do IPCC [2]. O grande desafio é o forte nível de incerteza a respeito das consequências regionais e locais das mudanças do clima, sendo necessário procurar traduzir os efeitos mais globais em estratégias de adaptação estruturadas.

Segundo o IPCC, o termo “adaptação” refere-se a um ajustamento nos sistemas naturais ou humanos em resposta a estímulos climáticos presentes ou esperados ou seus efeitos, a fim de atenuar os efeitos nefastos ou explorar as oportunidades positivas. Os países em desenvolvimento são mais vulneráveis aos impactos resultantes da mudança climática, devido ao seu baixo nível de desenvolvimento econômico, dificultando a implementação de estratégias de adaptação, além da disponibilidade limitada de recursos financeiros e precariedade das tecnologias e recursos humanos, além da dificuldade encontrada na transferência de tecnologia. Desta forma, as estratégias de adaptação devem ser desenvolvidas de forma integrada, buscando um alinhamento com as estratégias de desenvolvimento sustentável do país e redução da vulnerabilidade local.

O IPCC sugere que as medidas de adaptação que devem compor a estratégia de adaptação se subdividam em três categorias: medidas setoriais - medidas de adaptação específicas para cada setor que possa ser afetado pela mudança climática (e.g., setor agrícola); medidas multi-setoriais - medidas de adaptação para gerência de recursos naturais abrangendo diferentes setores (e.g., gerência de recursos hídricos, gerência de bacias , etc.); e medidas setoriais cruzadas - medidas de adaptação voltadas a questões públicas (e.g., educação, sistema legal, seguros, etc.).

No caso do Setor Elétrico Brasileiro e nas características do Brasil, ações de Adaptação Baseada em Ecossistemas (AbE) são promissoras medidas de adaptação, tanto no sentido da prevenção de perdas da biodiversidade, a tolerância das comunidades à possíveis perdas causadas pela mudança do clima, quanto de restauração de ecossistemas à sua condição original.

A AbE é definida como o uso da gestão, conservação e recuperação de ecossistemas, com o intuito de fornecer serviços ecossistêmicos que possibilitem à sociedade se adaptar aos impactos da mudança do clima. A AbE trata de maneira interligada as alterações climáticas, a biodiversidade, os serviços ecosssitêmicos e a gestão de recursos sustentáveis, e é especialmente efetiva com o envolvimento da comunidade. Alguns exemplos de AbE são a plantação de espécies arbóreas com alta capacidade de retenção de água em áreas de seca, identificação e plantação de espécies para reduzir a erosão e os deslizamentos de terra, manutenção da conectividade dos ecossistemas, preservação ou restauração de áreas sensíveis à biodiversidade e a gestão dos recursos naturais para assegurar o máximo benefício para as comunidades [20].

Acredita-se que ações alinhadas com o conceito de AbE podem ser incentivadas quando da construção e operação de usinas hidrelétricas em regiões de alta sensibilidade ambiental. Usinas que tenham como pilar do seu desenvolvimento uma visão de conservação ambiental de longo prazo podem apresentar um conjunto de medidas de AbE desde a fase de construção até a fase de operação, visando a manutenção da biodiversidade e dos serviços ecossistêmicos, que por sua vez podem auxiliar as populações locais a se adaptarem a possíveis impactos adversos das mudanças climáticas.

A elaboração de estratégias de adaptação é complexa, devido ao grau de incerteza que cerca a quantificação dos prováveis impactos futuros sobre qualquer sistema particular em determinado lugar, e.g., em relação às projeções climáticas regionais e ao conhecimento atual sobre os processos naturais e socioeconômicos ainda é limitado. Não obstante, é possível estabelecer, desde o projeto até a operação de usinas hidroelétricas, um conjunto de ações de AbE que visem contribuir para a conservação da biodiversidade, para a geração de benefícios socioeconômicos às populações locais e para construção e manutenção dos saberes e práticas de comunidades locais tradicionais [21]. Além

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disso, o desenvolvimento e implantação de ações de AbE promove a coerência com diversos compromissos internacionais relevantes já estabelecidos pelo governo brasileiro.

7. Elegibilidade de Projetos Hidroelétricos a Títulos Climáticos baseado em Critérios de Resiliência Climática

Apesar da produção de energia elétrica e de toda a gama de outros serviços fornecidos à sociedade, os aproveitamentos hidroelétricos estão sujeitos a eventos hidrológicos extremos (cheias e secas) cujas ocorrências podem provocar alterações significativas ou mesmo paralisação dos serviços.

Tem-se observado importantes modificações nas frequências e intensidades de eventos hidrológicos extremos em diversas regiões, implicando na necessidade de se projetar infraestruturas que possam lidar com os riscos destas mudanças. Assim, os sistemas precisam ser desenvolvidos para serem capazes de absorver essas mudanças, e de utilizá-las para se tornarem mais eficientes. Diversas organizações, nacionais e internacionais, entre elas o CEPEL, têm procurado o desenvolvimento de novas métricas de avaliação de projetos hidroelétricos que incorporem robustez, resiliência e capacidade de adaptação, considerando cenários de mudanças climáticas prognosticados para prevalecerem nos próximos decênios do atual século.

O IPCC adota como definição de resiliência “a capacidade de um sistema e seus componentes de antecipar, absorver, acomodar ou recuperar-se dos efeitos de um evento perigoso de maneira oportuna e eficiente, inclusive assegurando a preservação, restauração ou melhoria de suas estruturas e funções básicas essenciais” [22]. Já o Banco Mundial a define como “a capacidade de um projeto ou sistema hidrelétrico de absorver os estresses impostos pela mudança climática e, no processo, evoluir para uma maior robustez” [23]. Por sua vez robustez pode ser definida como desempenhar-se razoavelmente bem em comparação com as alternativas em uma ampla gama de futuros plausíveis.

A crescente conscientização em se construir/adaptar infraestruturas energéticas capazes de lidar com os riscos de mudanças climáticas e, em consequência, trazer transparência e consistência à avaliação do financiamento dos projetos - quer por instituições financeiras multilaterais, quer por instituições privadas - levou à necessidade de se iniciar o desenvolvimento de diretrizes específicas com esta finalidade, incluindo os projetos hidroelétricos, novos ou existentes.

Uma dessas iniciativas provem do Banco Mundial, com o lançamento em 2017 da versão beta das “Diretrizes sobre Resiliência Climática do Setor Hidrelétrico”, com consultas às partes interessadas e cujos principais aspectos estão descritos em [23]. A abordagem compreende seis passos: fase inicial – quais são as principais questões de mudança do clima a serem abordadas no desenvolvimento e operação da UHE?; triagem do projeto – há um alto potencial de arrependimento devido às mudanças climáticas; análise inicial – o clima é um fator dominante? teste de estresse climático – qual é o risco climático plausível?; gestão de clima e desastres – o melhor projeto modificado para aumentar resiliência é aceitável e apresenta eficiência econômica?; e monitoramento, relatórios e avaliação - como a resiliência pode ser rastreada, monitorada, avaliada e atualizada?

Outro exemplo é a emissão de títulos climáticos, promovido pela Climate Bonds Initiative (CBI), que objetiva promover investimentos em larga escala em projetos de baixo carbono e resilientes ao clima [24]. Diferentemente dos títulos verdes, os títulos climáticos são alocados exclusivamente a projetos que enfrentam as questões de mudança do clima. Investidores institucionais, particularmente os fundos de pensão e soberanos, têm sido mais recentemente olhados como atores viáveis para preencher os hiatos de financiamento. E os títulos financeiros, por serem investimentos de baixo risco e com maturidade de longo-prazo, configuram-se como veículos apropriados para esse tipo de investidores.

Considerando que os títulos climáticos se constituem em elemento-chave para promover ou, até mesmo, viabilizar a implementação e a operação do vasto potencial hidroelétrico remanescente [5], o

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CEPEL iniciou, no âmbito do Projeto MudClima, o desenvolvimento de uma metodologia para a definição de indicadores associados à adaptação e resiliência para elegibilidade de projetos hidroelétricos a títulos climáticos, incorporando aspectos relacionados à infraestrutura e operação da usina, e também a sua área de influência, incluindo os ecossistemas e comunidades do entorno.

8. Conclusões Este trabalho apresentou os principais aspectos metodológicos e resultados iniciais do Projeto Mudanças Climáticas (MudClima), que visa estreitar o hiato entre os modelos climatológicos e de simulação/otimização energética do CEPEL. O projeto engloba a elaboração, a partir dos RCPs do IPCC, de cenários de hidrologias até 2100; desenvolvimento de metodologias para consideração dos impactos no planejamento da expansão e operação, e nas políticas de mitigação e adaptação; e para estabelecimento de indicadores de resiliência para elegibilidade de UHEs a títulos climáticos.

9. Referências [1] United Nations Framework Convention on Climate Change – UNFCCC, United Nations, 1992.

[2] IPCC, 2014: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2014: Impacts, Adaptation, and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change - IPCC AR5 - WGII, 2014.

[3] World Energy Outlook 2016, International Energy Agency, 2016.

[4] A.C.G. Melo, M.E.P. Maceira, M.P. Zimmermann, F.R. Wojcicki, “Sustainable Development of Hydropower in Brazil – Technical and Institutional Aspects”, Biannual Session of CIGRÉ, Paris, 2012.

[5] A.C.G. Melo, M.E.P. Maceira, M.P. Zimmermann, F.R. Wojcicki, P. Frankl,, C. Philibert, “Hydropower Technology Roadmap – A Pathway for Doubling Hydroelectricity Production Worldwide by 2050”, Biannual Session CIGRÉ, Paris, France, 2014.

[6] IPCC, Summary for Policymakers. In: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, 2013.

[7] M.E.P. Maceira, L.A. Terry, F.S. Costa, J.M. Damázio, A.C.G. Melo, “Chain of optimization models for setting the energy dispatch and spot price in the Brazilian system”, Power Systems Computation Conference - PSCC, Sevilla, Spain, 2002.

[8] M.E.P. Maceira, D.D.J. Penna, A.L. Diniz, R.J. Pinto, A.C.G. Melo, C.V. Vasconcellos e C.B. Cruz, "Twenty Years of Application of Stochastic Dual Dynamic Programming in Official and Agent Studies in Brazil – Main Features and Improvements on the NEWAVE Model”, 20th PSCC, Dublin, 2018.

[9] S. Chou, A. Lyra, C. Mourão, C. Dereczynski et al. “Assessment of Climate Change over South America under RCP 4.5 and 8.5 Downscaling Scenarios”, American Journal of Climate Change, v. 3, 2014.

[10] J. E. G. Lopes, B. P. F. Braga;, J. G. L. Conejo, “SMAP – A Simplified Hydrologic Model. Applied Modeling in Catchment Hydrology”, Water Resources Publications, p. 167-176, 1982.

[11] W.L. Silva, J.P. Colonese, M.E.P. Maceira, L.R. Xavier, J.M. Damázio, O.C. Rotunno, “Modelagem chuva-vazão para avaliação das projeções de afluências às usinas hidrelétricas brasileiras até 2100”, XIV SEPOPE, 2018.

[12] E.M. Rasmusson, T.H. Carpenter, “Variations in Tropical Sea Surface Temperature and Surface Wind Fields Associated with the Southern Oscillation/El Niño", Monthly Weather Review, v. 110, n. 5, 1982.

[13] J.A. Marengo, J. Tomasella, C.R. Uvo, “Trends in streamflow and rainfall in tropical South America: Amazonia, eastern Brazil, and northwestern Peru", Journal of Geophysical Research: Atmospheres, v. 103, n. D2, 1998.

[14] M.E.P.Maceira, C.V.Bezerra, Stochastic Streamflow Model for Hydroelectric Systems, PMAPS, Vancouver, 1997.

[15] D. D. J. Penna, M. E. P. Maceira, J.M. Damázio, “Selective sampling applied to long-term hydrothermal generation planning”, PSCC, 2011.

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[16] T.C. Justino, A.C.G. Melo, N. Maculan, M.E.P. Maceira, “Uma Abordagem baseada em Métodos de Apoio à Decisão Multicritério para o Planejamento de Longo Prazo da Expansão da Geração considerando Emissões de Gases de Efeito Estufa”, XIV SEPOPE, Recife-PE, 2018.

[17] J. Figueira, S. Greco, M. Ehrogott (Eds.). Multicriteria Decision Analysis: State of the Art Surveys. Springer Science + Business Media, Inc, Boston, 2005.

[18] M.L.V. Lisboa, L.G. Marzano, C.H. M. Saboia, M.E.P. Maceira, A.C.G. Melo. A Mixed Integer Programming Model for Long Term Generation Expansion Planning of the Brazilian System, PSCC Glasgow, 2008.

[19] IPCC, Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation (SRREN), 2012.

[20] UNDP (United Nations Development Programme), s.d. Ecosystem-Based Adaptation, em www.undp.org.

[21] K.C Garcia, A.M. Medeiros, D.F. Matos, L.R.L. da Paz, “Adaptação Baseada em Ecossistemas e UHEs: uma Proposta de Ações”, SNPTEE, 2017.

[22] IPCC, Managing the Risks of Extreme Events and Disasters to Advance Climate Change Adaptation. A Special Report of Working Groups I and II of the Intergovernmental Panel on Climate Change, 2012.

[23] K. Macpherson, N. Kent, B. Trouille, “World Bank guidelines on climate change and natural disasters resilience for hydropower projects”, Hydro 2017.

[24] Climate Bonds Initiative, Climate Bonds Standard, V2.1, 2017.

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10. Dados Biográficos

Maria Elvira Piñeiro Maceira é graduada em Engenharia Civil pela UFRJ (1983), mestre (1989) e doutorada (1994) em Engenharia Civil/Recursos Hídricos pela COPPE/UFRJ. Desde 1985 é pesquisadora do CEPEL, coordenando e desenvolvendo projetos nas áreas de planejamento da expansão e operação, otimização estocástica, hidrologia estocástica, previsão e geração de vazões, integração de novas renováveis e confiabilidade de sistemas hidrotérmicos, análise de riscos, formação de preços e comercialização, desenvolvimento sustentável de hidroeletricidade, e mudanças climáticas. Exerceu a chefia da área de otimização energética do CEPEL (dez/1999 a jan/2017). É Professora Adjunta da UERJ.

Albert Cordeiro Geber de Melo é graduado pela UFPE (1983), mestre (1986) e doutor (1990) pela PUC-Rio, em Engenharia Elétrica. Pesquisador do CEPEL, onde atua desde 1985 na coordenação e no desenvolvimento de projetos nas áreas de confiabilidade; planejamento da expansão e da operação, incluindo novas renováveis; alocação eficiente de custos; tarifação; análise de riscos; análise de investimentos; análise de agrupamentos; comercialização; desenvolvimento sustentável; mudanças climáticas; política tecnológica; e política energética. Exerceu vários cargos gerenciais no CEPEL, incluindo Diretor de P&D (Jan 2005 – Jul 2008) e Diretor-Geral (Ago 2008 – Jan 2017). É Professor Adjunto da UERJ, membro do CIGRÉ e IEEE, e membro titular da Academia Nacional de Engenharia.

Kátia Cristina Garcia é doutora em Planejamento Ambiental pelo PPE/COPPE/UFRJ em 2007, Mestre em Engenharia de Produção pelo PEP/COPPE/UFRJ em 2001, Engenheira Química pela PUC-Rio em 1997. Possui ainda MBA em Desenvolvimento Gerencial pela FGV-SP (2001). Atualmente é pesquisadora do CEPEL Tem experiência na área de Planejamento Energético e Ambiental, atuando nos seguintes temas: Adaptação à Mudança Climática, Avaliação de Impactos e Riscos Ambientais, Sustentabilidade Empresarial.

Jorge Machado Damázio possui graduação pela UFRJ (1977), mestrado e doutorado pela COPPE/UFRJ (1979 e 1988), em Engenharia Civil. É pesquisador do CEPEL desde 1979 e professor adjunto da UERJ desde 2000. É especialista na área de Engenharia de Recursos Hídricos, atuando nas áreas de energia e meio ambiente em projetos de pesquisa vinculados ao planejamento da expansão e operação de sistemas hidrotérmicos de geração de eletricidade, planejamento da operação de sistemas de reservatórios para controle de cheias e desenvolvimento de modelos para previsão e geração de cenários futuros de vazões. Coordenador da FT Balanço de Carbono em Reservatórios do IEA-Hydro desde 2015.

Luciano N. R. Xavier possui graduação em Engenharia Civil pela UFRJ (1998), mestrado e doutorado em Engenharia Civil (área de Recursos Hídricos) pela COPPE/UFRJ (2002 e 2012), e pós-doutorado pelo National Center for Atmospheric Research (2016). Desde 2002 é pesquisador do CEPEL, atuando nas áreas de programação da operação energética de médio prazo e modelagem hidrológica aplicada ao planejamento da operação energética.

Thatiana Conceição Justino é graduada e mestre em Engenharia Elétrica pela UFRJ (2005) e COPPE/UFRJ (2009), e doutoranda em Engenharia de Sistemas e Computação pela COPPE/UFRJ. Desde 2006 é pesquisadora do CEPEL, atuando no desenvolvimento de estudos e modelos computacionais em planejamentos da expansão e da operação de longo e médio prazo, confiabilidade de sistemas de potência e previsão de carga no curto prazo.

Wanderson Luiz Silva é graduado e mestre em Meteorologia pela UFRJ, e doutorando em Engenharia Civil pela COPPE/UFRJ. Desde 2015 é pesquisador do CEPEL atuando nas áreas de Meteorologia, Climatologia e Mudanças Climáticas. É vice-diretor administrativo do Núcleo Regional do Rio de Janeiro da Sociedade Brasileira de Meteorologia.

Felipe Treistman é graduado em Engenharia Ambiental pela UFRJ em 2015 e mestrando em Engenharia Civil na COPPE/UFRJ. Entre setembro de 2012 e julho de 2013, foi bolsista pelo programa Ciência sem Fronteiras na Universidad de Córdoba, Espanha. Desde 2016, presta apoio como pesquisador da PUC-Rio aos projetos GEVAZP e MUDCLIMA do CEPEL.

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