Potential of photovoltaic solar energy to reduce the carbon footprint of the Brazilian electricity matrix

Abstract

A energia solar fotovoltaica dentro da geração distribuída vem se consolidando no Brasil desde 2012. Este crescimento é acompanhado por um desconhecimento dos efeitos, tanto técnicos quanto ambientais, da utilização deste recurso no Sistema Elétrico Brasileiro. O primeiro passo deste estudo foi aplicar a metodologia daAvaliação do Ciclo de Vida a todas as etapas do Sistema Elétrico Brasileiro, para quantificar as emissões associadas ao consumo de 1 kWh de eletricidade no Brasil. O potencial de geração foi considerado, juntamente com as seguintes etapas (e consequentes perdas) associadas à transmissão, distribuição e transformação. Os documentos de referência utilizados para as projeções de geração de eletricidade foram os relatórios anuais estatísticos da Empresa de Pesquisa Energética e do Plano Decenal de Expansão da Eletricidade 2024. Os mixes elétricos para os anos de 2001, 2006 a 2015 e 2024 foram modelados no software SimaPro, para todas as etapas do Sistema Elétrico Brasileiro. O método de avaliação de impacto ambiental selecionado foi o IPCC 2013 GWP 100a, que expressou os resultados da análise em termos de kg de CO2-eq. Uma contribuição importante deste estudo, que será utilizada em estudos de otimização do fornecimento energia com o software Lingo, é o estabelecimento da dinâmica das emissões associadas ao consumo de eletricidade no Brasil. O potencial da eletricidade solar fotovoltaica para substituir a geração termoelétrica foi verificado. Em 2015, a eletricidade solar fotovoltaica apareceu na matriz elétrica brasileira e, após análise de representatividade para o ano 2024, foi identificada uma potencial redução na pegada de carbono do mix de eletricidade brasileiro a partir deste ano. Embora a eletricidade solar fotovoltaica apresente alto potencial de mitigação de mudanças climáticas, ainda é inexpressiva e não apresenta potencial para substituir as usinas termelétricas na matriz elétrica brasileira. Resumen La energía solar fotovoltaica dentro de la generación distribuida se ha consolidado en Brasil desde 2012. Este crecimiento se acompaña de un desconocimiento de los efectos, tanto técnicos como ambientales, de la utilización de este recurso en el Sistema Eléctrico Brasileño. El primer paso de este estudio ha sido aplicar la metodología del Análisis de Ciclo de Vida a todas las etapas del Sistema Eléctrico Brasileño para cuantificar las emisiones asociadas al consumo de 1 kWh de electricidad en Brasil. Se ha considerado el potencial de generación, y las etapas siguientes (y consecuentes pérdidas) asociadas a transmisión, distribución y transformación. Los documentos de referencia utilizados para las proyecciones de generación de electricidad han sido los informes estadísticos anuales de la Compania de Investigación Energética y el Plan Decenal de Expansión de la Electricidad 2024. Los mixes eléctricos para los años 2001, 2006 a 2015 y 2024 fueron modelados en el softwareSimaPro, para todas las etapas del Sistema Eléctrico Brasileño. El método de evaluación de impacto ambiental seleccionado ha sido el IPCC 2013 GWP 100a, que expresa los resultados del análisis en términos de kg de CO2-eq. Una importante contribución de este estudio, que se utilizará en estudios de optimización del suministro de energía con el software Lingo, es el establecimiento de la dinámica de emisiones asociada al consumo de electricidad en Brasil. El potencial de la electricidad solar fotovoltaica para sustituir generación termoeléctrica también ha sido verificado. En 2015 la electricidad solar fotovoltaica apareció en la matriz eléctrica brasileña, y después del análisis de representatividad para el año, se identificó una potencial reducción en la huella de carbono de la mezcla eléctrica brasileña después de este año. Aunque la energía solar fotovoltaica presenta un alto potencial de mitigación de cambio climático, sigue siendo inexpresiva y no presenta potencial para sustituir las centrales termoeléctricas en la matriz eléctrica brasileña. Abstract Photovoltaic solar energy within distributed generation has been consolidating itself in Brazil since 2012. This growth is accompanied by a lack of knowledge of the effects, both technical and environmental, of the utilization of this resource in the Brazilian Electric Power System. The first step of this study applied the Life Cycle Assessment methodology to all stages of the Brazilian Electric Power System, to quantify the emissions associated with the consumption of 1 kWh of electricity in Brazil. The generation potential was considered, along with the following steps (and consequent losses) associated with transmission, distribution and transformation. The reference documents utilized for the electricity generation projections were the statistical annual reports of the Energy Research Company and the Decennial Plan for Electricity Expansion 2024 (published by the Energy and Mines Ministry). The Brazilian electricity mixes for the years 2001, 2006 to 2015 and 2024 were modeled in SimaPro (LCA software), for all stages of the Brazilian Electric Power System. The environmental impact assessment method selected was IPCC 2013 GWP 100a, which expressed the LCA results in terms of kg CO2-eq. An important contribution of this study, and that will be further utilized within energy supply optimization studies with software Lingo, is the establishment of the dynamics of emissions associated with the consumption of electricity in Brazil. In 2015 photovoltaic solar electricity appeared in the Brazilian electricity matrix, and after representativeness analysis for year 2024, a reduction was identified in the carbon footprint of the Brazilian electricity mix after this year. Although photovoltaic solar electricity presents high potential for climate change mitigation, it is still inexpressive and does not present potential to substitute thermoelectric power plants in the Brazilian electricity matrix.