- Os custos caíram a ponto de a maior parte da população mundial poder receber eletricidade barata apenas com a combinação de solar e baterias
- Em 2030, 80% da população poderá obter 90% de autossuficiência elétrica por 80 €/MWh ou menos; em 2050, 86% por 60 €/MWh ou menos
- Regiões de alta latitude têm custos de backup mais altos devido à baixa insolação no inverno, mas isso pode ser mitigado com complementação por eólica e hidrelétrica
- Como 90% da população vive dentro de ±45° do equador, a eficiência solar é alta e também é possível minimizar os custos de transmissão
- O sistema de solar + baterias é avaliado como uma tecnologia-chave para autossuficiência em eletricidade limpa sem combustíveis fósseis
Possibilidade de abastecer o mundo com eletricidade usando energia solar e baterias
- A queda nos custos da energia solar e das baterias permite que a maior parte da população tenha acesso a eletricidade barata
- Em 2030, ao suprir 90% da eletricidade com a combinação de solar + baterias, 80% da população poderá obter energia por 80 €/MWh ou menos
- Com a adição de fontes complementares como eólica e hidrelétrica, o custo pode cair ainda mais
- Regiões de alta latitude têm custos de backup elevados por causa da baixa insolação no inverno, mas isso pode ser amenizado com apoio de eólica e hidrelétrica
- Em 2050, 86% da população poderá suprir 90% da eletricidade por 60 €/MWh ou menos
- O sistema de solar + baterias pode se tornar, na maior parte das regiões, a principal tecnologia para fornecimento de eletricidade barata e limpa
Principais conclusões
- Energia solar e baterias podem se tornar o principal meio de fornecimento de eletricidade na maior parte do mundo
- Em regiões com espaço suficiente, é possível produzir eletricidade diretamente perto da demanda, minimizando os custos de transmissão
- Regiões do norte em altas latitudes precisam de complementação com eólica e hidrelétrica devido à variabilidade sazonal
- Os últimos 5–10% da eletricidade podem ser atendidos no curto prazo com combustíveis fósseis e, no longo prazo, substituídos por tecnologias de armazenamento de longa duração ou e-biocombustíveis
Detalhes técnicos
- O modelo é baseado no model.energy e não inclui armazenamento de hidrogênio
- Custo de instalação solar: 384 €/kWp em 2030, 293 €/kWp em 2050
- Custo de instalação de baterias de íons de lítio: 157 €/kWh em 2030, 83 €/kWh em 2050
- Custo de inversores: 177 €/kW em 2030, 66 €/kW em 2050
- Eficiência da bateria de 96%, custo de capital de 5%, eficiência do gerador de backup de 50%
- Custo do combustível de backup de 30 €/MWhth, custo do equipamento de backup de 1000 €/kWel
- O custo da contribuição do backup fica no nível de (11.5 + 0.6x) €/MWh, conforme a proporção de backup x%
- Os cálculos foram realizados em 9.196 grades de 1°×1° com população acima de 10.000 pessoas, cobrindo 99,86% da população mundial
- 90% da população vive a até 45 graus do equador, onde a eficiência solar é alta
Alertas e limitações
- Variabilidade da demanda não considerada: o modelo assume demanda elétrica constante ao longo do ano
- A demanda por refrigeração combina bem com solar, mas a demanda por aquecimento pode sofrer falta no inverno
- Alta sensibilidade ao custo das baterias: quedas adicionais reduzem ainda mais o custo total do sistema
- Com a mudança na distribuição populacional, o aumento da população em baixas latitudes tende a ampliar a participação de regiões de baixo custo
- Descompasso entre demanda elétrica e população: indústrias intensivas em eletricidade, como data centers, podem migrar para regiões de menor custo
- Resposta da demanda e interconexão regional podem gerar reduções adicionais de custo
- O custo da rede de transmissão considera apenas 50 €/kW, mas há diferenças regionais
- Ângulo fixo dos painéis de 35 graus; a adoção de sistemas com rastreamento por eixo pode reduzir custos
- Sistemas residenciais de pequeno porte custam de 2 a 3 vezes mais que instalações de grande escala
- Restrição de uso do solo: áreas densamente povoadas podem ter dificuldade de suprimento próximo, exigindo transmissão a partir de regiões vizinhas
- Os dados de irradiância usam a reanálise ECMWF ERA5 e podem conter alguns erros
- A unidade de custo usa euro de 2020; em valores de 2026, isso representa alta de 20–25%
- O custo do combustível de backup usa 30 €/MWhth com base em gás fóssil, sem incluir custos externos (como danos climáticos)
- Ao aplicar um custo social do carbono de 300 €/tCO₂, somam-se mais 60 €/MWhth
- Com o ataque de EUA e Israel ao Irã em 2026, o preço do gás subiu para 50–60 €/MWhth
- O custo de capital (WACC) varia por região e é mais alto em lugares como a África
Código e dados abertos
- Todo o código de cálculo foi disponibilizado sob licença aberta
- Repositório no GitHub
- Os resultados dos cenários podem ser consultados no dataset do Zenodo
Uso de terra e recursos
- Se a população mundial de 8 bilhões consumir 10 MWh por pessoa por ano, serão necessários 80.000 TWh no total
- Para suprir 90% com solar + baterias, serão necessários em 2050 69 TWp de solar e 72 TWh de baterias
- 70 TWp de solar ocupariam 1.400.000 km² (cerca de 1% da área terrestre do planeta), equivalente a 3,7% das áreas de pastagem
- Em regiões densamente povoadas, a falta de terra exigirá transmissão a partir de áreas vizinhas
- A capacidade de fabricação de solar já supera 1 TWp por ano, concentrada em sua maior parte na China
- A capacidade de produção de baterias de íons de lítio é estimada em 7 TWh/ano em 2030 (IEA, 2023)
- O volume de mineração de minerais para energia renovável é muito menor que o dos combustíveis fósseis
- Silício é abundante, o uso de prata caiu 7 vezes entre 2005 e 2020, e há possibilidade de substituição por cobre e alumínio
-
Tecnologias de substituição de materiais de bateria
- Cobalto → LFP (fosfato de ferro-lítio)
- Grafite → substituição parcial por silício
- Baterias de íons de sódio são promissoras para armazenamento estacionário
Resultados adicionais
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Densidade populacional e custo do sistema
- A maior parte da população vive dentro de ±45° do equador, e nessas regiões é possível manter baixo custo mesmo apenas com solar e baterias
- Em regiões acima de 45 graus de latitude, adicionar eólica reduz significativamente os custos
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Cenário de baterias baratas em 2050
- A hipótese básica é de 83 €/kWh, mas com a adoção de baterias de íons de sódio pode-se chegar a 29–52 €/kWh
- Com isso, espera-se queda adicional no custo total do sistema
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Mudança de custo sem eólica
- Em 2030, excluir a energia eólica aumenta o custo do sistema, especialmente nas regiões do norte em altas latitudes
-
Mapas e custos acumulados por cenário
- São fornecidos mapas dos cenários de solar isolada e combinação solar + eólica para 2030 e 2050
- Inclui comparação de custos acumulados entre os cenários de 90% solar-baterias em 2050 e 99% solar-eólica-baterias (baterias baratas)
- Resumo:
- Com a rápida queda nos custos de solar e baterias, depois de 2030 a maior parte da população mundial poderá receber eletricidade barata e limpa com essa combinação. Regiões de alta latitude ainda precisarão de complementação por eólica e hidrelétrica, mas, no geral, confirma-se a possibilidade de transição para uma estrutura com autossuficiência elétrica sem dependência de combustíveis fósseis.
1 comentários
Comentários do Hacker News
Um fato curioso é que, atualmente, cerca de 12 milhões de hectares de terra são usados para produzir etanol de milho
Esse etanol acaba sendo usado na produção de gasolina. Tire suas próprias conclusões
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Se toda essa terra fosse coberta com painéis solares, seria possível gerar muito mais eletricidade do que a demanda energética atual dos EUA
É tolice insistir em fontes de energia que exigem extração contínua de recursos. Com um investimento inicial de recursos, é possível obter energia solar+armazenamento em bateria estável por décadas
Quando o ciclo de reciclagem estiver completo, também será possível minimizar a extração futura de recursos
Antes de discutir, vale muito a pena assistir a este vídeo
Painéis solares não precisam ser instalados sobre terras agrícolas. O milho, além do etanol, também fornece proteína, gordura e fibra para ração animal
O governo prioriza a segurança alimentar, então converter excedentes em etanol é mais eficiente do que armazená-los
Em caso de emergência, ainda seria possível produzir alimentos sem precisar remover os painéis solares. Ou seja, estão confundindo a questão da energia solar com a do etanol
Se tivéssemos projetado motores para etanol puro, daria para mover carros com álcool feito de lixo do quintal
Acho que o artigo está errado. Principalmente porque quase não menciona energia para aquecimento
Eu moro em uma casa com bateria de 30kWh e sistema solar de 24kW. As luzes ficam acesas, mas aquecimento é inviável
Um sistema solar+bateria exige um grande trade-off em qualidade de vida e ajuste dos horários de atividade
Uma casa com bom isolamento térmico quase não precisa de aquecimento nem refrigeração. Gastar 50 mil dólares em isolamento dura a vida inteira; gastar o mesmo em equipamento de aquecimento acaba custando 10 vezes mais em operação
Em clima ameno, uma casa moderna pode funcionar sem aquecimento central. Em dias frios, um aquecedor de 500W por cômodo já basta
Minha casa usa só 60kWh por mês, então 3 horas da sua geração sustentariam um mês inteiro para mim
Mesmo em uma região que chega a -25°C, uma bomba de calor com COP acima de 2 mantém o custo de aquecimento em cerca de 118 euros por mês
No verão, ainda dá para carregar o carro elétrico de graça. Dizer que isso reduz a qualidade de vida é exagero
Mesmo configurando 66°F durante o dia e 60°F à noite, de manhã a casa continua quente
O preço das baterias ainda pode cair 10 vezes mais, e no fim uma estrutura de custo marginal zero vai vencer
Nossa casa de campo opera o ano todo com uma bateria de 15kWh, e nos dias frios usamos um pequeno fogão a lenha como apoio
Não faz sentido avaliar toda a rede com base no caso de autossuficiência de uma única residência
Eu monto campervans off-grid com sistemas de energia solar+baterias de lítio
A tecnologia avançou muito nos últimos anos. O problema não é a tecnologia, e sim o mindset dos clientes, que superestimam o quanto realmente consomem
Acho que o mesmo problema aparece quando essa mentalidade é ampliada para o nível nacional
Eles carregam totalmente por energia solar e ainda servem como posto de recarga para o carro elétrico do vizinho
Com um carregador paralelo de carga/descarga desenvolvido por nós, alcançamos 20 mil ciclos de vida útil em baterias LFP
Wiki da bateria de titanato de lítio
Precisamos de soluções DC para uso doméstico
Na minha opinião, a maior melhoria seria desregulamentar a instalação de energia solar em telhados
Aprovação e instalação deveriam ser possíveis em uma semana, e o custo deveria cair pela metade
Hoje, a regulamentação e a complexidade acabam com a viabilidade econômica
Mas, no longo prazo, usinas solares de grande escala são mais eficientes
É um sistema pequeno, como na Europa, que se conecta na tomada e pode ser instalado sem processo de licenciamento
O problema é que algumas pessoas instalam sistemas grandes demais e acabam sobrecarregando a rede elétrica
Artigo relacionado
Mas até sistemas pequenos enfrentam um processo de licenciamento excessivamente complicado
A economia mundial ainda é baseada em petróleo e gás
Migrar para energia alternativa não é apenas uma questão técnica, mas uma reorganização das relações geopolíticas
Sou a favor de energias renováveis, mas acho que a melhor opção é uma estratégia energética híbrida
90–95% poderia ser renovável; o restante, no curto prazo, viria do gás e, no longo prazo, da energia nuclear
Interconexões de rede nos eixos norte-sul e leste-oeste podem compensar variações sazonais e horárias
Além disso, gestão flexível da demanda e ajuste automatizado de preços podem resolver o problema da “carga de base”
Os 10% finais são caros, mas podem ser cobertos com as usinas a gás já existentes
Se alguma empresa estiver realmente trabalhando para atingir esse objetivo, eu adoraria colaborar
Tenho trabalhado com grandes empresas de energia solar, baterias e EVs para desenvolver software analítico para a transição de energia limpa
Quero contribuir, no próximo passo, para eliminar os combustíveis fósseis
matthewgerring.com
Gostaria de expandir isso com vocês para o mercado americano
No ano passado, a energia total que os painéis solares produzidos pela China gerarão ao longo de sua vida útil equivale ao consumo anual global de petróleo
Se a produção de baterias continuar crescendo, acredito que em 10 anos será possível substituir a maior parte do petróleo, gás e carvão
O motivo de isso parecer difícil de acreditar para os céticos é que o artigo não aborda os argumentos contrários
Os painéis são baratos, mas instalação e manutenção ainda custam caro. Também há riscos, como descargas atmosféricas
Em escala nacional, faltam terra, capital e mão de obra qualificada, e nem todos os países têm insolação suficiente
No fim, talvez apenas algo como 10 a 20 países consigam fazer a transição para uma matriz centrada em renováveis dentro de 10 anos
Fornecer 90% da eletricidade não significa necessariamente “mover o mundo”
É preciso haver armazenamento de longo prazo de baixo custo, complementando o papel das baterias
Só atingir 90% já teria um significado enorme