Czym napędzany jest kraj karnawału? Brazylii mogą pozazdrościć państwa UE

Czy brazylijski system elektroenergetyczny jest zatem mlekiem i miodem płynący? Jak się okazuje, pogoń za czystością miksu również generuje problemy. Przyjrzyjmy się zatem odległemu krajowi samby.

Historia hydrogeneracji w Brazylii

To bogaty w rzeki, stopniowo rozwijający się kraj, w którym od początku procesów industrializacji spoglądano na imponujące zasoby wodne jako ogromny potencjał do wykorzystania w ramach znanej od wieków technologii. Najpierw ekspedycje kolonialne, później wyprawy naukowe, kierowane przez Komisję Geograficzną i Geologiczną stanu São Paulo, przemierzały obszary lasów tropikalnych na przełomie XIX i XX wieku, badając ich zasoby naturalne, w tym koryta rzek i wodospady.

Już wtedy słusznie diagnozowano, że trzy najdłuższe rzeki w stanie Sao Paulo (nie mylić z miastem), Rio Grande, Tietê i Paranapanema, mogą być wykorzystywane do masowej produkcji energii elektrycznej. Było to rozwiązanie korzystne i jednocześnie podyktowane warunkami ekonomicznymi – wysoką ceną węgla importowanego z innych kontynentów i niewielkimi rezerwami tego zasobu w Brazylii. Ze względu na te czynniki, przed rozpowszechnieniem się hydroenergetyki, energia elektryczna była wytwarzana przez spalanie tańszego drewna uzyskanego w wycinkach pobliskich lasów.

Czas hydrogeneracji nadchodził wraz z rosnącą Brazylią. Około 100 zapór zostało zbudowanych w latach 50. ubiegłego wieku, 103 w latach 60., 151 w latach 70. i 80. Początków największych projektów hydroenergetycznych (spośród ponad 200 powyżej 30MW – dla porównania w Polsce podobnych przedsięwzięć znajdziemy tylko 7), możemy szukać w okresie rządów dyktatury wojskowej i przyjętego wówczas modelu rozwoju, w którym stawiano na relatywnie stabilną i tanią energię z naturalnych i rodzimych źródeł.

Choć Brazylia korzysta z energii wodnej od końca XIX wieku, to lata 1960-1970 wyznaczyły etap zwiększonych inwestycji w budowę dużych elektrowni. Postępujący wzrost gospodarczy kraju prowadził do dalszej urbanizacji oraz przygotowywania terenów lasów tropikalnych pod projekty infrastrukturalne. Intensywna budowa dróg i stopniowe łączenie Amazonii z resztą kraju gwarantowało rozwój, przy okazji zabezpieczając niestabilne historycznie granice państwowe. To właśnie tamy wodne były wyborem numer jeden dla dyktatury wojskowej rządzącej krajem w latach 1964–1985, by zasilić przemianę gospodarczą kraju i zapewnić energię dla rozwoju przemysłowego.

W 1973 r. Brazylia osiągnęła najwyższą na świecie stopę wzrostu dochodu narodowego w ciągu roku – 14%. Coraz intensywniejszy wzrost gospodarczy wiązał się ze zwiększającym się zapotrzebowaniem na energię, do którego przyczyniło się także przejście z gospodarki bazującej na obszarach wiejskich do gospodarki opartej na miejsko-przemysłowych regionach. Moc zainstalowana gwałtownie rosła, a od połowy lat 70. ponad 60% krajowego zapotrzebowania na energię w Brazylii było zaspokajane przez elektrownie wodne.

Publiczne inwestycje w hydroenergetykę drastycznie zmniejszyły zależność Brazylii od importu energii oraz surowców z zagranicy. Ten imponujący proces rozwoju energetyki wodnej został w pełni zrealizowany na południu i południowym wschodzie kilkadziesiąt lat temu, a teraz powoli rozwija się w Amazonii. Brazylia posiada obecnie trzecią co do wielkości elektrownię wodną na świecie, po Tamie Trzech Przełomów i Zaporze Baihetan zlokalizowanych w Chinach. Zapora Itaipu, otwarta w 1984 r. po zawarciu dwustronnej umowy z Paragwajem, składa się z 20 jednostek wytwórczych, osiągając moc zainstalowaną na poziomie 14 GW.

Miks energetyczny Brazylii

Hydrogeneracja to silnie dominująca i stabilna podstawa brazylijskiego systemu elektroenergetycznego – mówimy bowiem o 428 TWh energii elektrycznej rocznie, co stanowi 63% krajowej generacji.

Jednak podłączanie dużych jednostek wodnych wymaga czasu i znacznych nakładów kapitałowych, i z tego powodu to niedawny wzrost energii wiatrowej i słonecznej ma kluczowe znaczenie dla zaspokojenia rosnącego zapotrzebowania na energię elektryczną w kraju. Farmy wiatrowe, instalacje fotowoltaiczne i obróbka biomasy znacząco zmieniły brazylijski miks elektroenergetyczny w ostatnich latach, stanowiąc dziś około 25% systemu. Przy prawie 58 TWh energii wygenerowanej z biomasy, warty wspomnienia jest tropikalny klimat Brazylii, który sprawia, że w pirolizie obrabiane są głównie łuski ryżowe i kawowe oraz słoma z trzciny cukrowej.

Paliwa kopalne stanowiły 11% produkcji energii elektrycznej w Brazylii w 2022 r., przy czym największy udział przypadał gazowi ziemnemu. Emisje są jednak wyższe w latach suszy, gdy paliwa kopalne są wykorzystywane w celu zastąpienia energii wodnej. Brazylia miała przewagę dzięki silnej bazie w energetyce wodnej, ale nie spoczęła na laurach i aktualnie najdynamiczniej rozwijającym się segmentem jest energetyka wiatrowa, która osiągnęła 12% mocy w 2022 r., a potencjał na samym lądzie szacowany jest na 700 GW mocy, nie licząc instalacji offshore’owych.

Woda nie jest nieskazitelna

Nieporównywalnie „brudniejsze” jest wytwarzanie prądu w Polsce, od dziesięcioleci oparte na węglu, jednakże energetyka wodna wcale nie jest rozwiązaniem idealnym. Przekonała się o tym właśnie Brazylia w 2021 roku, gdy rekordowa susza niemal kompletnie sparaliżowała kraj. W momencie, gdy system wytwarzania oparty jest o retencję i wielkopowierzchniowe zbiorniki wodne, kryzys energetyczny pojawił się w okresie niskich poziomów opadów.

Rezerwy wody w elektrowniach wodnych spadły wtedy do najniższego poziomu od 91 lat. Cytując ówczesnego ministra ds. energii i kopalń Bento Albuquerque: – W wyniku suszy Brazylia straciła produkcję energii wodnej równą energii zużywanej przez miasto Rio de Janeiro w ciągu pięciu miesięcy. Energia wodna jest największym źródłem energii w Brazylii.

Kryzys doprowadził Brazylijską Agencję Energii Elektrycznej (ANEEL) do naliczania wyższych taryf za energię elektryczną, a rząd federalny do zwiększenia wykorzystania elektrociepłowni, których praca wiąże się zarówno z większymi zanieczyszczeniami, jak i kosztami. Rząd stworzył również program zachęcający ludzi do oszczędzania energii elektrycznej w domu.

Użycie środków wyjątkowych w postaci apelu do społeczeństwa o rozważne zużywanie energii, lepsze wykorzystanie naturalnego światła zamiast oświetlenia elektrycznego i ograniczenie korzystania z elektrycznych pryszniców czy klimatyzatorów. Wystosowano też instrukcje do agencji rządu federalnego, które zostały zobowiązane do zmniejszenia zużycia energii elektrycznej o 20%. Wszystkie te działania miały jeden cel: uchronić kraj przed całkowitym blackoutem.

Dla kontrastu do sytuacji z 2021 r. warto wspomnieć tę zupełnie odwrotną, która nastąpiła zaledwie rok później. W 2022 ONS, brazylijski krajowy operator sieci energetycznej, poinformował organy regulacyjne, że zbiorniki wodne wykorzystywane do produkcji energii osiągną najwyższy poziom od 2011 roku. Zbiorniki w systemach południowo-wschodnim i środkowo-zachodnim, które wytwarzają lwią część brazylijskiej energii hydroelektrycznej, osiągnęły 85% pojemności.

Porównanie brazylijskiego i polskiego systemu elektroenergetycznego zwraca uwagę na przeciwieństwa, ale też i podobieństwa. Brazylia, z dominującym udziałem energii odnawialnej, szczególnie z hydroenergetyki, wydaje się krajem, który zrealizował zielone marzenie. Musi się jednak borykać z niestabilnością w generacji energii elektrycznej podczas suszy. Z kolei Polska przez lata opierała się na dyspozycyjnej mocy bloków węglowych, mierząc się z wyzwaniem dekarbonizacji i zapewnieniem stabilnej pracy systemu elektroenergetycznego wraz z rozwojem niesterowalnych źródeł odnawialnych.

Zarówno Polska, jak i Brazylia, stają przed wyzwaniami transformacji energetycznej. Polska, opierająca się na węglu, dąży do zwiększania udziału odnawialnych źródeł w krajowym miksie, podobnie jak Brazylia, rozwijając sektor wiatrowy i fotowoltaiczny. Oba kraje doświadczyły konsekwencji swoich wyborów energetycznych. Polska, trzymając się tradycji węglowej, zmaga się z wyższymi emisjami, podczas gdy Brazylia, mimo korzystania z odnawialnych źródeł, musi radzić sobie z niestabilnością generacji.

Transformacja energetyczna to nie tylko technologiczne wyzwania, lecz także umiejętność dostosowania się do zmieniających się warunków klimatycznych. Jak w nadchodzących latach poradzą z tym sobie oba państwa? Odpowiedź nie jest jednoznaczna: oba kraje starają się dążyć do równowagi między zapotrzebowaniem a odpowiednim wykorzystaniem rodzimych zasobów, co stanowi wyzwanie, ale też szansę na stworzenie bardziej zrównoważonych i odpornych systemów energetycznych.

Filip Augustyniak, SKN Energetyki SGH