Há cerca de 10 a 15 anos, a “energia verde” parecia entretenimento para países ricos e ricos: o custo da energia gerada por moinhos de vento e usinas solares era incomparavelmente maior do que o custo de um quilowatt-hora obtido da queima de combustíveis fósseis. Reduzir o efeito estufa, minimizar emissões e outros argumentos a favor da ecologia muitas vezes ficavam em segundo plano assim que se tratava do componente econômico: afinal, de que adianta começar a construção de uma estação solar se a energia dela vai ser muito mais caro do que, por exemplo, do carvão ...
No entanto, uma revolução silenciosa ocorreu diante de nossos olhos. Nos últimos 10 anos, o custo da energia proveniente de fontes renováveis caiu várias vezes e se igualou à energia tradicional (e até ficou mais baixo!), Enquanto o preço da energia proveniente de combustíveis fósseis manteve-se praticamente no mesmo nível, e no caso do nuclear energia, ao contrário, geralmente aumentada.
Por que a energia verde está ficando mais barata tão rapidamente? E a que esse processo pode levar? Selecionamos o mais importante da publicação de Max Roser, editor do portal Our World in Data.
Preço como fator determinante
Diagrama 1. Imagem original.
Hoje, os combustíveis fósseis - carvão, petróleo e gás - respondem por cerca de 79% da produção mundial de energia. E isso tem sérias consequências negativas: o infográfico acima compara a taxa de mortalidade da população devido à poluição do ar (à esquerda) e a quantidade de gases de efeito estufa produzidos (à direita).
A queima de combustíveis fósseis é responsável por 87% de todas as emissões globais de CO2, e isso coloca em risco não apenas a vida de nossos descendentes, mas toda a biosfera como um todo. E esta é a razão da morte de tantas pessoas em nosso tempo: a cada ano morrem dessas emissões 3,6 milhões de pessoas em todo o mundo. Isso é seis vezes mais do que a taxa de mortalidade por assassinato, guerra e ataques terroristas combinados.
É claro no Gráfico 1 que as alternativas aos combustíveis fósseis, como fontes de energia renováveis (FER) e energia nuclear são ordens de magnitude mais seguras e limpas.
Mas por que, então, a economia global ainda depende de combustíveis fósseis?
A resposta é simples: a razão é que esse tipo específico de combustível continua sendo o mais barato há muito tempo. Mais barato do que todas as outras fontes de energia. É por isso que hoje o carvão ainda fornece 37% da eletricidade mundial. O gás está em segundo lugar (24%). E juntos eles são a maior fonte do efeito estufa, contribuindo com 30% de todas as emissões globais.
Diagrama 2. Imagem original .
O Gráfico 2 mostra o quanto o preço da eletricidade de fontes não renováveis mudou na última década. Para objetividade e clareza, o custo é expresso em “custo normalizado de eletricidade” (NSE, LCOE). NSE é o custo médio estimado da produção de eletricidade ao longo de todo o ciclo de vida de uma usina (incluindo todos os investimentos, custos e receitas possíveis). O NSE leva em consideração o custo de construção da própria usina, bem como o combustível atual e os custos operacionais para todo o período de operação. Assim, se o NSE de sua usina for maior do que o de outras, você terá que trabalhar muito para encontrar um comprador para sua energia cara e, com grande probabilidade, você abandonará essa ideia em favor de um economicamente mais lucrativo opção.
Como pode ser visto no Diagrama 2, nos últimos 10 anos, o preço da energia nuclear aumentou, o preço do gás caiu e o preço do carvão permaneceu quase inalterado. O que está por trás desses gráficos - veremos um pouco mais tarde.
Diagrama 3. Imagem original.
O Diagrama 3 mostra o mesmo gráfico, mas com um acréscimo importante: mostra a dinâmica da queda do custo da eletricidade de fontes renováveis (note que todos os preços foram calculados sem os subsídios). Veja como a situação com o custo das energias renováveis mudou radicalmente nos últimos anos. Literalmente “ontem”, há 10 anos, era muito mais barato e mais racional construir outra usina a carvão do que se preocupar com geradores solares ou eólicos. O "vento" era mais caro do que o carvão em 22% e o "sol" em até 223%.
No entanto, muita coisa mudou nos últimos 10 anos. Em 2009, a eletricidade de instalações fotovoltaicas custava US $ 359 por MWh e agora é 89% menor. E o mais interessante: agora, para recuperar o custo de construção de uma nova usina a carvão, você terá que cobrar dos usuários finais um preço mais alto pela energia do que se você construir uma usina eólica ou solar com a mesma capacidade .
Esta é uma mudança verdadeiramente fundamental - e é claro que teve um impacto no setor de energia. Nos últimos anos, a energia eólica e solar evoluiu rapidamente: em 2019, foi a energia renovável que representou 72% de todas as novas capacidades colocadas em funcionamento.
Mas por que isso está acontecendo? Como a energia verde conseguiu atingir uma redução de custo tão rápida?
O fato é que os custos de produção de energia a partir de fontes fósseis (bem como a energia nuclear) são influenciados essencialmente por dois fatores:
- o custo do próprio combustível;
- custos operacionais da usina.
Em contraste, as fontes de energia renováveis têm combustível “grátis”: eles não precisam ser minerados e transportados. E os custos operacionais são significativamente mais baixos. O principal fator que determina o custo da energia renovável é a própria tecnologia de produção .
Dos preços cósmicos ao mercado de massa
Vamos fazer uma pequena excursão ao passado e lembrar como foi a indústria fotovoltaica. Uma das primeiras menções ao custo da eletricidade solar data de 1956. Na época, era de $ 1.865 por watt (em preços de 2019 e ajustados pela inflação). Mas um watt não significa nada. Um painel solar moderno convencional instalado no telhado de uma casa produz cerca de 320 watts e, a esse preço, em 1956, teria nos custado até US $ 596.800. Claro, não havia dúvida de qualquer competitividade.
Mas graças à exploração espacial. Graças a eles, ocorreu a primeira aplicação prática da energia solar: em 1958, o satélite americano "Avangard-I" e o soviético "Sputnik-3" foram alimentados com uma bateria solar. Ao longo da década de 1960, a indústria espacial continuou sendo a principal consumidora de energia fotovoltaica. A demanda cresceu - a produção também cresceu e as tecnologias foram gradualmente otimizadas. Como resultado, o custo dos módulos solares, embora lentamente, diminuiu continuamente.
Na década de 1970, a "tecnologia espacial" finalmente chegou à Terra. As primeiras aplicações terrestres de painéis solares foram tentativas de eletrificar locais de difícil acesso que eram muito caros para se conectar a redes de energia convencionais: faróis, cruzamentos de ferrovias, etc. O ponto superior esquerdo do Gráfico 4 é o custo de um watt em 1976: $ 112 (ajustado pela inflação). Observe que a geração total de energia solar global naquela época era de cerca de 0,3 MW. Isso, claro, já era um progresso inédito (em comparação com 1956, o preço caiu 94%!), Mas 0,3 MW está, infelizmente, ainda longe de uma escala industrial.
Diagrama 4. Imagem original .
Mas, na verdade, tudo estava apenas começando ... O gráfico do Diagrama 4, em que ambas as escalas (eixos) são logarítmicas, demonstra claramente como, ano após ano, até os nossos dias, o preço dos painéis solares repassava ao "aprendizado curva ": enquanto o comissionamento de novas capacidades cresceu exponencialmente - o custo dos módulos solares estava diminuindo exponencialmente. Quanto mais ampla se tornava a produção, mais barato ficava o custo de produção, o que, por sua vez, levava a um aumento ainda maior da produção - são as mesmas economias de escala que encontramos em quase toda parte. Além disso, é claro, o apoio do governo ajudou, o que, devido aos subsídios, foi capaz de reduzir o preço nas fases iniciais e mais caras.
Os avanços que possibilitaram essa redução no preço dos painéis solares afetam, de fato, todo o processo de fabricação. As empresas tornaram-se maiores e mais eficientes; P&D tornou-se mais eficaz; a produção de wafers de silício foi melhorada; ampliou-se a escala de extração de matérias-primas; os módulos tornaram-se mais fortes e duráveis; competição desenvolvida; custos de produção reduzidos. Essas e muitas outras melhorias, grandes e pequenas, moldaram o processo geral que levou a economias de custo contínuas.
Se tomarmos a taxa de redução de custos à medida que a produção dobra como uma espécie de “taxa de aprendizado”, no caso dos painéis solares esse número era de 20,2%. A tecnologia de fabricação rapidamente se tornou mais barata e, entre 1976 e 2019, o custo das baterias caiu de US $ 106 para US $ 0,38 por watt gerado. Uma mudança exponencial semelhante na "curva de aprendizado" é bem conhecida por outras tecnologias: o exemplo mais famoso é o custo dos computadores (processadores) e a famosa "lei de Moore" .
Mas estamos mais interessados em preços não para painéis solares, mas para a eletricidade gerada por eles. A Figura 5 compara a energia não renovável (nuclear e carvão) com a energia renovável (solar, eólica onshore e offshore).
Diagrama 5. Imagem original.
Este gráfico também é logarítmico e mostra que a “curva de aprendizado” que vimos no caso de uma queda nos preços dos painéis solares também está se repetindo aqui. O custo da eletricidade verde diminui exponencialmente à medida que sua produção aumenta. Com cada duplicação da produção, o custo de 1 watt é reduzido em 36% (para energia solar) e 23% (energia eólica onshore). Mas a energia das turbinas eólicas offshore ainda é relativamente cara - apenas um quarto mais barata do que a energia nuclear e um pouco mais cara do que o carvão. No entanto, os especialistas esperam um rápido declínio no custo desse tipo de energia nos próximos anos, principalmente devido a turbinas maiores e maior utilização devido ao vento constante.
Assim, a produção de eletricidade a partir de fontes renováveis de energia demonstra a dinâmica de um declínio rápido e constante. E a energia tradicional?
Preço mundial do carvão de 2010 a 2019 diminuiu de $ 111 para $ 109, ou seja, por apenas 2% - no contexto do fato de que a redução no custo da energia solar foi de 89% e eólica - 70%. A estagnação dos preços da eletricidade a carvão nos últimos 10 anos não é surpreendente. Historicamente, a dinâmica de seu custo nunca acompanhou a "curva de aprendizado": foi e continua sendo relativamente barato. Mas não ficará muito mais barato. Em primeiro lugar, as modernas usinas termelétricas a carvão têm pouco espaço para ganhos de eficiência significativos: as empresas mais eficientes alcançam uma eficiência de 47% e, em média, cerca de 33%. Em segundo lugar, o preço da eletricidade a carvão é amplamente moldado pelos custos das matérias-primas que são consumidasaté 40% dos custos totais de produção. Mesmo que o preço da construção de usinas movidas a carvão diminua significativamente e sua eficiência aumente, o preço do combustível ainda bloqueará a dinâmica de redução de custos.
Mas o preço da eletricidade a partir do gás, ao contrário, caiu 32% nos últimos 10 anos, para US $ 56 por MWh. Um dos motivos é a redução do custo de construção das usinas de beneficiamento. Mas outro motivo é muito mais importante: uma queda significativa no preço do próprio gás como matéria-prima após o pico de custo em 2008, inclusive devido ao aumento da oferta de tecnologia de fraturamento hidráulico. No entanto, essa queda nos preços das matérias-primas é temporária: o preço do gás está mais alto hoje. do que duas ou três décadas atrás. É improvável que continue no futuro e, obviamente, não há necessidade de se falar em qualquer “curva de aprendizado” em relação ao custo do gás e eletricidade.
A energia nuclear, como pode ser visto no Diagrama 5, geralmente tem seu preço aumentado e essa tendência continuará no longo prazo. Construir usinas nucleares ficou mais caro, inclusive porque a indústria tornou a regulamentação mais rígida. Além disso, nos últimos anos, não foram construídas tantas novas usinas nucleares no mundo e, como resultado, não houve economias de escala. Portanto, o custo mundial médio da energia nuclear (como NSE) geralmente aumentou. O que, no entanto, não anula o spread bastante grande nas tendências de preços entre países e regiões individuais. Por exemplo, se nos EUA e na Grã-Bretanha os preços e o tempo de construção das estações aumentaram significativamente, na França e na Coréia do Sul eles permaneceram no mesmo nível. Segundo vários especialistas, os países onde a construção de reatores é mais padronizada tem conseguido evitar o salto dos preços. Se a padronização se generalizar e o crescimento do número de novas usinas nucleares parar de estagnar, existe a possibilidade de que o custo da energia nuclear diminua.É improvável que algum dia alcance a dinâmica exponencial do custo das energias renováveis, mas será capaz de complementar efetivamente as energias renováveis onde esta enfrenta problemas. Além disso, não se esqueça das possíveis perspectivas de reatores termonucleares, que teoricamente podem mudar completamente o sistema de abastecimento de energia mundial.
Conclusão
Então, por que as energias renováveis estão ficando mais baratas tão rapidamente? Como decorre dos argumentos acima, a principal característica que distingue fundamentalmente FER dos combustíveis fósseis é que seu custo segue uma “curva de aprendizado” exponencial. As usinas de energia que usam fontes renováveis não exigem custos de combustível e são relativamente baratas de operar e manter. Seu preço (NSE) depende exclusivamente do custo da tecnologia. E essas tecnologias - sejam solar, eólica ou de armazenamento - seguem uma curva de aprendizado: cada duplicação da capacidade leva a uma redução correspondente nos custos. Quanto mais difundidos os geradores eólicos e fotovoltaicos, mais rapidamente seus custos diminuem.
Assim, quanto mais energia verde introduzirmos hoje, mais, devido à redução de custos, seremos capazes de introduzir amanhã. Assim, ampliando o uso de fontes renováveis de energia, resolveremos simultaneamente dois problemas: reduziremos as consequências negativas das emissões e do efeito estufa e, talvez ainda mais importante, obteremos eletricidade mais barata. E isso, em última análise, levará a um aumento da renda real da população, ao crescimento econômico e à redução da pobreza.
