Descarbonizar o sistema energético em Portugal, criando milhares de empregos – Manuel Araújo

Neste artigo, apresentamos um caminho para a descarbonização do sistema energético[1] em Portugal até 2030, eliminando todas as emissões de gases com efeito de estufa (GEE) que lhe estão associadas. No final, todas as necessidades energéticas são aprovisionadas através de energia elétrica produzida a partir de fontes renováveis. Estimamos que esta transição energética daria emprego a 60 mil trabalhadores no período de 10 anos entre 2021 e 2030, e a cerca de 18 mil trabalhadores a partir de 2031.

As emissões de GEE do sistema energético em Portugal

De acordo com o relatório da Agência Portuguesa do Ambiente ([NIR]), o sistema energético foi responsável pela emissão de 48,5 MtCO2e [2] em Portugal em 2018, cerca de 72% do total das emissões nacionais de GEE nesse ano. A maioria destas emissões são resultantes da queima de combustíveis fósseis e as restantes – cerca de 2% – são emissões fugitivas associadas à sua transmissão, armazenamento e distribuição. O dióxido de carbono (CO2) representou cerca de 98% do total destas emissões de GEE.

A queima de combustíveis fósseis está ligada a praticamente todos os setores da atividade económica e do dia a dia. A maior fatia das emissões do sistema energético ocorre no setor das Indústrias Energéticas, que consiste em todas as atividades de produção, transformação, transmissão, armazenamento e distribuição de energia. Estamos a falar de centrais termoelétricas, refinarias ou terminais de gás natural liquefeito (GNL), só para dar alguns exemplos. Outras grandes fatias são o setor dos transportes, onde se inclui, por exemplo, toda a gasolina queimada nos motores dos carros, e a Indústria, onde a queima de combustíveis fósseis serve para fazer mover máquinas ou para produzir altas temperaturas, por exemplo.

A estratégia: eletrificar o consumo energético e produzir eletricidade renovável

Uma consideração completa da possibilidade de descarbonização do sistema energético exigiria uma análise detalhada de cada um dos setores que dependem da queima de combustíveis fósseis, de forma a demonstrar a existência de alternativas. Esse não é o objetivo deste artigo e por isso assumimos que todo o consumo final de combustíveis fósseis pode ser substituído pela utilização de eletricidade ou de Hidrogénio produzido através da eletrólise da água, tal como em [Jac2017]. As únicas barreiras significativas à eletrificação encontram-se nos setores dos Transportes e Indústria ([N0EES]). Sobre a descarbonização do setor dos transportes recomenda-se a leitura de [SE2]. Na Indústria, as principais dificuldades estão relacionadas com as altas temperaturas ([MCK]) e com a produção de cimento e aço. Em todos os casos, as possibilidades tecnológicas existem, embora algumas ainda não estejam em fase comercial ([Jac2017]).

Trabalhando sob esta hipótese, os nossos objetivos para o resto deste artigo são os seguintes:

1. Estimar o total de energia elétrica que seria necessário produzir para responder a todas as necessidades energéticas num cenário de descarbonização total do sistema energético em Portugal em 2030;

2. Descrever um mix energético composto por energias renováveis que seja suficiente para produzir toda essa eletricidade, percebendo qual a necessidade de expansão da capacidade instalada de cada tipo de energia renovável;

3. Calcular o número empregos que seriam criados para realizar esta transição energética.

Para isto, utilizamos essencialmente o mesmo método aplicado em [SE1], com dados atualizados.

Consumo de Energia em Portugal

O consumo de energia primária em Portugal em 2018 foi de 22 Mtep [3,4]. A energia primária é o total de energia disponível no país, antes de esta ser transformada e distribuída pelos vários setores de consumo final, ou seja é o total de energia produzida, à qual juntamos as importações e retiramos as exportações. A maior fatia corresponde ao petróleo e seus derivados e as energias renováveis representam menos de um quarto. Todos os combustíveis fósseis são importados, o que coloca Portugal numa situação de enorme dependência externa a nível energético.

O consumo de energia final em Portugal em 2018 foi de 16,2 Mtep. Este é o valor de energia disponível para os consumidores em todos os setores de consumo final. A diferença para o consumo de energia primária consiste nas perdas em processos de transformação e distribuição, bem como o consumo de energia associado à atividade das próprias indústrias energéticas. A descarbonização do sistema energético terá de passar pela eliminação da enorme fatia correspondente ao petróleo e ao gás natural, compensada por um aumento correspondente no consumo de eletricidade e calor. Setores cuja proporção do consumo é superior à proporção das emissões, como residencial, serviços públicos e comércio, são setores onde a eletricidade já tem um papel importante. Na Indústria e Transportes há ainda uma enorme dependência da queima de combustíveis fósseis.

Para além de substituir o consumo final de combustíveis fósseis por consumo de energia elétrica, é preciso também garantir que a energia elétrica é produzida a partir de fontes renováveis. Em 2018 foram produzidos em Portugal cerca de 58,4 TWh de eletricidade e calor. Destes, cerca de 48 TWh entram no consumo final, com os restantes distribuídos entre exportações, perdas na transmissão e consumo nas Indústrias Energéticas. Apenas metade da eletricidade foi produzida a partir de fontes renováveis.

Necessidades energéticas num cenário de eletrificação a 100% em 2030

Pretendemos agora apresentar uma estimativa do total de energia elétrica que seria necessário produzir em 2030, para responder a todas as necessidades energéticas, com um sistema energético totalmente eletrificado. Em [RNC] projeta-se um consumo de energia final em Portugal de cerca de 11 Mtoe em 2050, com descarbonização do setor energético e aplicação de medidas de eficiência energética.

No nosso cenário de descarbonização até 2030, as medidas de eficiência energética terão de ser adotadas de uma forma muito mais rápida. Outra diferença é que o cenário do [RNC] assume à partida um crescimento do consumo de energia, associado ao crescimento económico, calculando o valor do consumo em 2050 com base na aplicação de estimativas de poupança por eficiência energética a um valor base de consumo projetado para 2050 que é bastante superior ao atual. Nós acreditamos que o consumo de energia, tal como a atividade económica, deve servir para satisfazer necessidades reais das pessoas. Assim, não há nenhuma razão que justifique um crescimento do consumo energético à partida, exceto quando este esteja ligado à satisfação de uma necessidade real.[5]

Partimos então do valor 15,5 Mtep, que corresponde ao consumo de energia final em 2018, excluindo o uso não energético ([IEA]). Convertendo para unidades de energia elétrica, são cerca de 180 TWh. Em [Jac2019] estima-se que a eletrificação do sistema energético em Portugal permitiria uma poupança de cerca de 38% no consumo final, resultante da maior eficiência na conversão energia de elétrica em energia mecânica (por exemplo em motores de veículos) e térmica (calor); e de 7% resultante de medidas de eficiência energética modestas.

A estes 45%, somamos ainda uma estimativa de 5% para a redução decorrente de transformações nos padrões de consumo energético enquadradas no conceito de suficiência energética, ou seja na ideia de que nem todo o consumo energético é necessário e uma parte pode ser eliminado, fornecendo os mesmos serviços de utilidade social com um menor consumo de energia. Um exemplo importante é a substituição em grande escala de veículos particulares por transportes públicos coletivos e bicicletas nos grandes centros urbanos ([SE2]). Com a redução total de 50% aplicada aos 180 TWh, chegamos então a um valor aproximado de 90 TWh de consumo de energia elétrica com um sistema energético descarbonizado em 2030.

Finalmente, temos de ter em conta as perdas na transmissão e distribuição de eletricidade. Assumindo uma eficiência de cerca de 90% [6], chegamos à conclusão de que será necessário produzir cerca de 100 TWh de eletricidade em 2030.

Mix energético 100% renovável para 2030

Aqui utilizamos o mix energético para Portugal descrito em [Jac2019].[7] Nesse artigo, os autores desenham um mix energético 100% renovável para produzir 131 TWh de energia elétrica, satisfazendo dessa forma todas as necessidades energéticas em Portugal em 2050. Este conta com a produção de cerca de 18 TWh de eletricidade em centrais hidroelétricas. Queremos evitar a construção de novas barragens, já que estas têm fortes impactos sociais e ambientais, utilizando apenas as já existentes. O valor médio de produção de eletricidade em centrais hidroelétricas entre 2011 e 2020 foi 11,1 TWh, com um mínimo de 5,6 TWh em 2012 e um máximo de 15,7 TWh em 2016.[8] Decidimos então contar com 11 TWh de energia hidroelétrica no mix energético. Para chegar aos valores finais das outras fontes de energia, simplesmente pegamos nos valores do mix descrito em [Jac2019] e ajustamos todos proporcionalmente para obter os restantes 89 TWh.

Este método resulta nos seguintes valores aproximados:

  • 35 756 GWh provenientes de painéis fotovoltaicos, dos quais 26 251 GWh em telhados (8147 GWh em residências e 18 104 GWh em edifícios governamentais e comerciais) e 9505 GWh em centrais fotovoltaicas;
  • 4331 GWh provenientes de centrais concentração térmica solar (com armazenamento);
  • 46 536 GWh provenientes de geradores eólicos (37 032 GWh onshore e 9505 GWh offshore);
  • 1742 GWh de energia oceânica (ondas 875 GWh, marés 867 GWh);
  • 634 GWh de energia geotérmica;
  • 11 000 GWh de energia hidroelétrica.

Agora comparamos este cenário para 2030 com a produção de eletricidade em Portugal em 2020.

Unidades: GWh

Produção em 2020 [DGEG]

Objetivo 2030

Diferença

Fotovoltaica

Residencial [9]

373

8 147

7 774

Comercial

829

18 104

17 275

Central

435

9 505

9 069

Concentração térmica solar

0

4 331

4 331

Eólica Onshore

12 246

37 032

24 786

Eólica Offshore

0

9 505

9 505

Ondas

0

875

875

Marés

0

867

867

Geotérmica

216

634

418

Das tecnologias que estamos a considerar para o mix energético, apenas as energias das ondas e das marés não estão ainda em fase comercial. No entanto, estas tecnologias existem e deve ser feito um esforço para iniciar a sua utilização da forma mais rápida possível. No relatório [LNEG1] analisa-se as possíveis dificuldades na criação de uma cadeia de valor para estas tecnologias em Portugal.

Fatores de capacidade

Ao contrário da produção de eletricidade a partir da queima de combustíveis fósseis, a produção a partir de fontes renováveis está sujeita a variações naturais. Em dias de muito sol os mesmos painéis solares produzem mais eletricidade do que em dias mais escuros e durante a noite não produzem de todo. Assim, 1 MW de potência instalada não produz sempre 1 MWh de eletricidade numa hora de funcionamento, mas apenas uma percentagem disso, que varia ao longo dos dias e de dia para dia. Ao valor médio anual dessa percentagem, chamamos o fator de capacidade.

Para calcular quanta potência adicional é necessário instalar para garantir a produção de eletricidade adicional pretendida para cada fonte renovável, precisamos então de estimativas dos fatores de capacidade para cada uma dessas fontes. Há essencialmente duas formas de estimar estes fatores de capacidade: utilizando dados sobre a produção efetiva de instalações existentes, com potência conhecida; ou fazendo previsões teóricas com base no conhecimento das tecnologias em causa e estimativas de fatores naturais, como a exposição solar ou a velocidade do vento.

O primeiro método é utilizado em [DGEG] e em [IRENA], enquanto o segundo é utilizado em [Jac2019]. Em geral, podemos considerar que o primeiro método produz estimativas mais fiáveis, por ser baseado em dados reais. Os dados em [DGEG] [10] têm a vantagem de serem específicos para Portugal, mas têm a desvantagem de que consideram de forma agregada infraestruturas instaladas em anos diferentes, sendo que os fatores de capacidade tendem a aumentar com o progresso da tecnologia. Os dados em [IRENA] têm a vantagem de considerarem só as infraestruturas instaladas em anos recentes, mas têm a desvantagem de serem médias globais, sendo que a distribuição geográfica desigual de fatores como a exposição solar e a velocidade do vento afetam bastante os fatores de capacidade. Por fim, os dados de [Jac2019] têm a vantagem de serem específicos para Portugal e de serem calculados com base nas tecnologias mais recentes, mas a desvantagem de serem obtidos através de previsão teórica. Para além disto, apenas em [Jac2019] há estimativas detalhadas para todas as fontes que consideramos aqui.

[Jac2019]

IRENA 2019

DGEG 2020

Este artigo

Fotovoltaica

Residencial

20,81%

18%

18,15%

Residencial

20,81%

Comercial

19,02%

Comercial

19,02%

Central

21,03%

Central

21,03%

Concentração solar térmica

54,37%

41% – 64%

NA

54,37%

Eólica Onshore

40%

36%

28,87%

36%

Eólica Offshore

43%

44%

NA

43%

Ondas

27,02%

NA

NA

27,02%

Turbina de marés

23,7%

NA

NA

23,7%

Central geotérmica

84%

78% – 85%

72,86%

84%

Utilizamos essencialmente os valores de [Jac2019]. No caso da energia fotovoltaica, o valor mais baixo da IRENA é compatível com o facto de que Portugal tem uma exposição solar acima da média e o da DGEG é compatível com o facto de que os fatores de capacidade para energia solar têm subido nos últimos anos. No caso da energia eólica Onshore, decidimos o valor de [IRENA].

Potência a instalar

A potência a instalar para cada uma das fontes renováveis em MW calcula-se dividindo o valor de energia adicional anual a produzir em MWh pelo produto do fator de capacidade e do número de horas num ano:

[Potência a instalar (MW)] = [Energia adicional (MWh)] / ( [Fator de capacidade] X 8760 )

 

Unidades: MW

Instalada em 2020 [DGEG]

A instalar até 2030

Total 2030

Fotovoltaica

1 030

Residencial

4 264

20 588

Comercial

10 371

Central

4 924

CSP

0

909

909

Eólica Onshore

5 456

7 859

13 315

Eólica Offshore

25 [11]

2 498

2 523

Ondas

0

370

370

Marés

0

418

418

Geotérmica

34

57

91

Estabilidade

Calculámos a potência que é necessário instalar para satisfazer o consumo de eletricidade médio ao longo do ano. Mas a procura de energia varia ao longo dos dias e também de dia para dia, além de que as fontes renováveis como a solar e a eólica também produzem quantidades variáveis de energia. Assim, é preciso modelar estas variações na produção e no consumo energético e redimensionar a rede para ser sempre possível armazenar a energia excedente quando a produção é superior ao consumo e responder a picos de consumo com um aumento na produção e utilizando energia armazenada.

Não vamos abordar esse assunto neste artigo, mas as referências [Jac2019] e [Jac2018] mostram que é possível fazê-lo.

Custos

Apresentamos uma estimativa do custo total de instalação de todas as infraestruturas necessárias até 2030. O custo total de instalação é o custo total do projeto, incluindo custos de planeamento, matérias-primas e construção. Para isso utilizamos os custos por kW de [IRENA], que são custos médios globais de projetos em 2019. Para painéis solares em telhados e energia das ondas e marés, utilizamos os valores de [Jac2019], já que não constam de [IRENA]. Em geral a tendência é para estes valores baixarem à medida que as tecnologias se desenvolvem e começam a ser produzidas em cada vez maior escala, pelo que os custos devem ser inferiores à estimativa que fazemos aqui.

Fonte: [IRENA] e [Jac2019]

Custo total de instalação (€/kW)

Fotovoltaica

Residencial

3 139

Comercial

2 065

Central

822

Concentração solar térmica

4 770

Eólica Onshore

1 217

Eólica Offshore

3 139

Ondas

3 718

Turbina de marés

3 718

Central geotérmica

3 235

Combinando estes valores com os valores da potência a instalar, chegamos a um custo de instalação total de 63 786 milhões de euros, ou seja 6379 milhões de euros por ano, ao longo de 10 anos.

Criação de emprego

Há essencialmente duas formas de estimar a criação de emprego que resulta da instalação de novas unidades de produção de energia a partir de fontes renováveis. A primeira é uma análise “bottom-up”, que consiste em recolher, diretamente junto de empresas e outras instituições, dados sobre emprego na operação e manutenção de instalações existentes e na construção ou instalação de projetos em desenvolvimento ou já concluídos. A segunda é uma análise “top-down” utilizando tabelas de input-output, que são modelos económicos que representam a interdependência dos vários setores de uma economia e assim permitem calcular impactos nos vários setores de um estímulo que ocorre num setor.

O método “top-down” tem a vantagem de permitir calcular não apenas os empregos diretos de construção e manutenção da infraestrutura, mas também os empregos indiretos (por exemplo os empregos envolvidos no fabrico de matérias primas para serem utilizadas na construção) e induzidos (por exemplo a pessoa que vai trabalhar no café que abre ao pé da nova central solar). O método “bottom-up” tem a vantagem de ter resultados com uma interpretação muito mais clara: sabemos exatamente que empregos são criados e para que servem.

Nós estamos mais interessados nos empregos diretos e por isso seria preferível utilizar estimativas obtidas através do método “bottom-up”. No entanto, a maioria das fontes utiliza o método “top-down”, tanto pela dificuldade de recolha direta de dados em grande escala, como pela importância atribuída ao cálculo dos empregos indiretos e induzidos. Vamos utilizar os dados de [GP], que apresentam resultados para empregos diretos e indiretos que são produto de análise e comparação de várias outras fontes. Para o tempo de construção usamos [ISF], por não estar disponível em [GP]. Para a energia solar térmica (CSP) utilizamos valores de [LNEG2] para a instalação e a operação e manutenção.

Fonte: [GP]

Fabrico (Empregos.ano/MW)

Instalação (Empregos.ano/MW)

Operação e Manutenção (Empregos/MW)

Tempo de construção (anos) [ISF]

Fotovoltaica

6,7

13

0,7

1

Solar térmica

4

12 [LNEG2]

0,8 [LNEG2]

2

Eólica onshore

3,4

3

0,3

2

Eólica offshore

13,6

6,5

0,15

4

Oceânica

10,3

10,3

0,6

2

Geotérmica

3,9

6,8

0,4

2

Multiplicando estes fatores pelos valores de potência a instalar de cada fonte de energia renovável, concluímos que serão necessários 517 695 empregos-ano na fase de fabrico, construção e instalação. Ou seja, em média [12] cerca de 52 mil pessoas a trabalhar a tempo inteiro durante os 10 anos do período de fabrico, construção e instalação das tecnologias (2021 – 2030).

Para além destes, temos os empregos permanentes de operação e manutenção. Estes empregos vão sendo criados à medida que é concluída a construção e instalação, atingindo os 17 650 empregos permanentes a partir de 2031. Se considerarmos que estes crescem a um ritmo constante, começando com zero em 2021, então temos uma média de cerca de 8 mil pessoas a trabalhar a tempo inteiro entre 2021 e 2030, na operação e manutenção da tecnologias renováveis.

No total, temos então uma média de 60 mil empregos no período 2021 – 2030, mais 17 650 empregos permanentes a partir de 2031.


Notas finais:

[1] O sistema energético engloba a produção, transporte e distribuição de energia (indústrias energéticas), bem como o seu consumo final nos diferentes setores (indústria, transportes, residencial, serviços, agricultura, floresta e pescas).

[2] Megatoneladas de CO2-equivalente.

[3] Megatoneladas equivalentes de petróleo.

[4] Todos os dados nesta secção são provenientes de [IEA].

[5] Pode ser necessário um aumento do consumo para as pessoas aquecerem as suas casas no Inverno, mas não para alimentar os lucros de empresas de construção civil, por exemplo.

[6] As perdas representaram cerca de 10,6% do consumo final de eletricidade em Portugal, em 2018.

[7] Mix energético também disponível neste link: https://thesolutionsproject.org/why-clean-energy/#/map/countries/location/PRT

[8] Excluindo bombagem. [DGEG]

[9] Em [DGEG] econtra-se apenas o valor total para energia fotovoltaica. Aqui apresentamos uma divisão hipotética desse valor entre telhados e centrais, nas mesmas proporções do nosso mix energético para 2030.

[10] Em [DGEG] os fatores de capacidade não aparecem diretamente, mas são facilmente calculáveis a partir dos valores da potência instalada e da produção anual, ou alternativamente a partir das “horas equivalentes de produção”.

[11] O primeiro parque eólico offshore em Portugal entrou em funcionamento em 2020, com uma capacidade instalada de 25 MW: https://expresso.pt/economia/2020-07-27-Primeiro-parque-eolico-offshore-do-pais-ja-esta-em-operacao .

[12] Dependendo da distribuição dos projetos ao longo dos 10 anos, pode haver variações no número de trabalhadores de ano para ano, à medida de alguns projetos são concluídos e outros iniciados, mas o número médio de trabalhadores em cada ano é de 52 mil.

Referências

[DGEG] Direção Geral de Energia e Geologia – Renováveis 2020
https://www.dgeg.gov.pt/media/tlgoj3nu/dgeg-arr-2020-11.pdf

[GP] Dominish et al. – Outlook on employment effects o a global energy transition
https://www.greenpeace.org/static/planet4-africa-stateless/2019/04/6cd35f47-jt-global-employment-report.pdf

[IEA] International Energy Agency – World Energy Balances 2020.

[IRENA] International Renewable Energy Agency – Renewable power genaration costs in 2019.
https://www.irena.org/publications/2020/Jun/Renewable-Power-Costs-in-2019

[ISF] Dominish et al. – Calculating global energy sector jobs, 2015 methodology update
https://opus.lib.uts.edu.au/bitstream/10453/43718/1/Rutovitzetal2015Calculatingglobalenergysectorjobsmethodology.pdf

[Jac2017] Jacobson et. al – 100% Clean and Renewable Wind, Water, andSunlight All-Sector Energy Roadmaps for 139 Countries of the World.
http://web.stanford.edu/group/efmh/jacobson/Articles/I/CountriesWWS.pdf

[Jac2018] Jacobson et al. Matching demand with supply at low cost in 139 countries among 20 world regions with 100% intermittent wind, water, and sunlight (WWS) for all purposes
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960148118301526

[Jac2019] Jacobson et al. Impacts of Green New Deal Energy Plans on GridStability, Costs, Jobs, Health, and Climate in 143 Countries
http://web.stanford.edu/group/efmh/jacobson/Articles/I/143WWSCountries.pdf e http://web.stanford.edu/group/efmh/jacobson/Articles/I/143-countryWWS.xlsx

[LNEG1] Margarida Fontes – Projeto OffshorePlan Planeamento do Aproveitamento de Energias Renováveis Offshore em Portugal – Relatório Final Atividade 5.
https://offshoreplan.lneg.pt/wp-content/uploads/2020/06/D5.1-Analise-SocioEconomica-Desenvolvimento-Disseminacao-Tecnologias-Renovaveis-Offshore.pdf

[LNEG2] Simões e Amorim – Job creation potential for Portugal due to deployment of Concentrated Solar Power plants
http://repositorio.lneg.pt/bitstream/10400.9/3329/1/PotentialJobCreationCSPPortugal_LNEGTechnicalReport2.pdf

[MCK] Roelofsen et al. – Plugging in: What electrification can do for industry
https://www.mckinsey.com/industries/electric-power-and-natural-gas/our-insights/plugging-in-what-electrification-can-do-for-industry

[N0EES] Davis et al. – Net-zero emissions energy systems.
https://science.sciencemag.org/content/360/6396/eaas9793

[NIR] Agência Portuguesa do Ambiente – National Inventory Report 2020.
https://www.apambiente.pt/_zdata/Inventario/20200318/NIR_FINAL.pdf

[PNEC] Plano Nacional integrado Energia e Clima
https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/portugal_draftnecp.pdf

[RNC] Roteiro para a Neutralidade Carbónica 2050
https://unfccc.int/sites/default/files/resource/RNC2050_PT-22-09-2019.pdf

[SE1] Sinan Eden – Descarbonizar a economia portuguesa criando milhares de empregos.
http://www.empregos-clima.pt/descarbonizar-economia-portuguesa-criando-milhares-de-empregos-sinan-eden-climaximo/

[SE2] Sinan Eden – Um setor de transportes em Portugal com zero emissões.
http://www.empregos-clima.pt/um-sector-de-transportes-em-portugal-com-zero-emissoes-sinan-eden/