Miguel M. M. Segundo¹, Eduardo H. de Castro², José Roberto S. Brito³, Julio Gomes 4

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1 1 ANÁLISE COMPARATIVA DAS ESTIMATIVAS DE GARANTIA FÍSICA DE ENERGIA DE PEQUENAS CENTRAIS HIDRELÉTRICAS COM O USO DE SÉRIES HISTÓRICAS DE VAZÕES MÉDIAS MENSAIS E VAZÕES MÉDIAS DIÁRIAS CIEI&EXPO 2016 Miguel M. M. Segundo¹, Eduardo H. de Castro², José Roberto S. Brito³, Julio Gomes 4 ¹ UFPR, Curitiba (PR), Brasil, miguelmmsegundo@gmail.com ² UFPR, Curitiba (PR), Brasil, eduardohcastro@hotmail.com ³ COPEL, Curitiba (PR), Brasil, jr.brito@copel.com 4 UFPR, Curitiba (PR), Brasil, jgomes.dhs@ufpr.br Resumo: A garantia física de Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCHs) é o montante de energia elétrica produzida que pode ser negociado em contratos de comercialização. Segundo a legislação vigente, sua estimativa é realizada com base em séries históricas de vazões médias mensais. Entretanto, distintamente das grandes usinas hidrelétricas, que possuem considerável área de drenagem e reservatórios capazes de regularizar as vazões, a utilização de vazões médias mensais no cálculo da garantia física de PCHs pode não ser adequada, visto que esse tipo de empreendimento não possui reservatório de regularização e sua área de drenagem é relativamente pequena. Logo, o uso de séries de vazões médias diárias para o cálculo da garantia física de PCHs pode representar melhor a disponibilidade hídrica para a geração de energia. Nesse contexto, o presente trabalho visa comparar estimativas de garantias físicas de 20 PCHs hipotéticas, localizadas em diferentes regiões do Brasil, utilizando-se séries de vazões médias mensais e diárias. Foram utilizados dados de vazões do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) e as estimativas foram realizadas seguindo a legislação vigente. Os resultados obtidos mostraram que há significativa diferença nas estimativas de garantia física de energia ao se considerar séries de vazões médias mensais ou diárias. Palavras chave: Garantia física de energia, Pequenas centras hidrelétricas, Geração de energia. Abstract: The physical guarantee of Small Hydro Power Plants (SHPP) represents the amount of electricity traded in the Power Purchase Agreements (PPA). According to the current regulation, the projection calculate according the historical month average flows. Nevertheless, the Large Hydro Power has a significant drainage area, capable of regularize flows. The month average flows to estimate the physical guarantee could not represent the reality, as long as it doesn t have regulation reservoirs and the drainage area is really small. Therefore, it might be more interesting to use the daily average flow to predict with more accuracy the physical guarantee for the future. This article aims to compare the physical guarantee between the daily average flows and monthly average flows, using 20 hypothetic SHPP. For the analysis. It was used the database from the National System Operator by the current legislation. The results show that the difference between the both series are significant, so the current legislation should review this normative. Key words: Physical Guarantee, Small Hydro Power Plants, Energy generation

2 2 1. INTRODUÇÃO O Sistema Elétrico Brasileiro (SEB) possui características bem peculiares, com uma matriz diversificada e o Sistema Interligado Nacional (SIN), que transmite de forma integrada 88,3 % da energia requerida (ONS 2016). De acordo com EPE (2014), enquanto a matriz de energia elétrica mundial tem como principais fontes os combustíveis fósseis, o Brasil dispõe de uma matriz elétrica de origem predominantemente renovável, 79,3% do total, sendo que a principal fonte de energia elétrica é a hidráulica, que representa 64,9% de toda a energia elétrica produzida. O ativismo socioambiental e indigenista de variadas origens nacionais e que possui muita capacidade de comunicação e mobilização, de acordo com Palma (2014), tem dificultado a viabilização de aproveitamentos hidrelétricos no Brasil a partir dos anos 90, implicando em projetos de hidrelétricas sem reservatórios de acumulação, mesmo que haja recomendação técnica. O autor esclarece que, ao invés disso, busca-se a menor área alagada, tornando as hidrelétricas mais baratas e fáceis de licenciar. Com isso, em 04 de dezembro de 1998, a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), promulgou a Resolução Nº 394, que estimulou os estudos, projetos e construções de centrais hidrelétricas de potência igual ou inferior a 30 MW, denominadas de Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH). No Brasil, a definição de PCH está estabelecida na Resolução Nº 673, de 04 de agosto de 2015 da ANEEL. De acordo com essa Resolução, Pequenas Centrais Hidrelétricas são empreendimentos destinados a autoprodução ou produção independente de energia elétrica, cuja potência seja superior a 3 MW e igual ou inferior a 30 MW e com área de reservatório de até 13 km², excluindo a calha do leito regular do rio. Se o reservatório for de regularização, no mínimo, semanal ou cujo dimensionamento, comprovadamente, foi baseado em outros objetivos que não o de geração de energia elétrica, o aproveitamento hidrelétrico com área de reservatório superior a 13 km² pode ser considerado como PCH (ANEEL, 2015). O governo brasileiro tem, desde a publicação da Resolução Nº 394 da ANEEL (1998), incentivado a participação das PCHs na matriz elétrica brasileira. Com os incentivos favorecendo as PCHs, é possível observar o aumento da participação desse tipo de empreendimento na matriz elétrica brasileira ao longo do tempo. De acordo com dados do Banco de Informações de Geração (ANEEL 2016), nos próximos anos as PCHs terão um aumento significativo na capacidade instalada atual, de 44,24%. A garantia física (GF) de uma usina é o montante máximo de energia elétrica que pode ser vendido em contratos tanto no Ambiente de Contratação Regulada (ACR) quanto no Ambiente de Contratação Livre (ACL) - e que representa a contribuição da usina à segurança de suprimento do SIN, expresso em MW médios. Segundo Pinto (2014), a metodologia para cálculo da garantia física de PCHs é definida pela Portaria nº 463, de 3 de dezembro de 2009, que determina a GF como a média da geração de energia elétrica no período de medições disponível, descontadas as indisponibilidades forçadas e programadas. Além disso, o autor afirma que existem oportunidades de melhorias para o cálculo da garantia física de PCHs. O uso de série de vazões médias mensais para a estimativa da garantia física de energia é considerada satisfatória para as UHE s que, em sua maioria, possuem áreas de drenagem consideráveis e grandes reservatórios que proporcionam um efeito de regularização das vazões de montante. No caso das PCH s, o mais apropriado seria a utilização de séries históricas de vazões médias diárias, pois ao contrário das UHE s, não possuem extensas área de drenagem e nem grandes reservatórios que proporcionem a regularização das vazões de montante. Como conseqüência, podem sofrer variações significativas de vazão em intervalos de tempo relativamente pequenos (na ordem de dias).

3 3 Dentro desse contexto, o presente trabalho visa comparar a estimativa de garantias físicas a partir de séries de vazões médias mensais e médias diárias de 20 PCHs hipotéticas em diferentes regiões do Brasil. 2. METODOLOGIA No presente trabalho foram definidas 20 Pequenas Centrais Hidrelétricas hipotéticas, localizadas onde de fato existem usinas hidrelétricas de maior porte e despachadas pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), para facilidade na obtenção dos dados hidrológicos. Foram escolhidas as UHEs com menor área de drenagem, de forma a abranger o maior número de bacias hidrográficas distintas. As PCHs hipotéticas estão presentes nas regiões Norte, Centro Oeste, Sudeste e Sul do país, conforme consta no Quadro 1. PCH UF Camargos MG Caconde SP Batalha GO/MG Santa Clara PR Passo Fundo RS Espora GO Ernestina RS Gov. Parigot PR Guarapiranga SP Jaguari SP Mascarenhas ES Rondon II RO Candonga MG Queimado MG Rosal RJ/ES Picada MG Itiquira I e II MT Porto Estrela MG Quebra Queixo SC Guaporé MT Quadro 1 PCHs hipotéticas do estudo. As Pequenas Centrais Hidrelétricas hipotéticas utilizadas no presente estudo tiveram sua capacidade instalada arbitrada em 10 MW. Além disso, foram arbitrados também os parâmetros necessários para o cálculo da garantia física. A queda bruta de cada PCH foi calculada pela vazão média de longo termo da série histórica e a capacidade instalada arbitrada, enquanto os outros parâmetros foram arbitrados. Com a área de estudo definida, foram obtidas as séries históricas de vazões naturais afluentes para cada uma das 20 PCHs hipotéticas a partir de dados do ONS (2016), onde são disponibilizados os dados de vazões médias diárias e mensais para as usinas hidrelétricas do SIN despachadas centralizadamente. Utilizou-se, para as vazões médias mensais e médias diárias, um período de 30 anos, comum a todas as usinas escolhidas na área de estudo, que vai de 1985 a Além disso, calculou-se a série de vazões médias mensais a partir da série de vazões médias diárias obtidas, para comparação com a séries de médias mensais disponibilizada pelo ONS. A garantia física de Pequenas Centrais Hidrelétricas é calculada de acordo com a Portaria Nº 463, de 03 de dezembro de 2009, do Ministério de Minas e Energia (MME), através da seguinte equação: n GFe(MW médio) = i=1 min (Q i (qr + qu) 9,81 (Hb h) η tg ; Pot) 1 ( perdas) ( TEIF) ( IP) C n 1000 int (1) Sendo GFe a garantia física de energia (MW médios); Q_i a vazão média mensal (m³/s); qr a vazão remanescente (m³/s); qu a vazão de uso consuntivo (m³/s); Hb a queda bruta (m); h a perda de carga (m); η_(tg )o rendimento do conjunto turbina/gerador (%); TEIF a taxa de indisponibilidade forçada (%); IP a taxa de indisponibilidade programada (%); C_int o consumo interno da usina (m³/s); Perdas = perdas elétricas até a conexão. No presente trabalho, os parâmetros utilizados para o cálculo da garantia física foram arbitrados. A vazão remanescente foi calculada como 80% da vazão mínima mensal da série histórica de vazões médias mensais de cada PCH. A perda de carga adotada foi 3,60% da queda bruta do empreendimento. O rendimento do conjunto

4 4 turbina/gerador arbitrado foi de 0,90. As taxas de indisponibilidade forçada e programada foram definidas como 2,00% cada. Não foram considerados vazão de uso consuntivo, consumo interno da usina e perdas elétricas até a conexão. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO As garantias físicas estimadas para as PCHs hipotéticas estão apresentadas na Tabela 1. Garantia Física (MW médio) PCH Vazões médias mensais Vazões médias diárias ONS Calculado Camargos Caconde Batalha Santa Clara Passo Fundo Espora Ernestina Gov. Parigot Guarapiranga Jaguari Mascarenhas Rondon II Candonga Queimado Rosal Picada Itiquira I e II Porto Estrela Quebra Queixo Guaporé Tabela 1 Garantias físicas (MW médio) estimadas para as PCHs hipotéticas. Com os resultados obtidos é possível verificar que, embora seja muito similar na maioria dos casos, em 4 das 20 PCHs hipotéticas (Espora, Rondon II, Rosal e Guaporé), a garantia física estimada a partir da série histórica de vazões médias mensais disponibilizada pelo ONS é consideravelmente diferente da estimativa realizada para a série de vazões médias mensais calculada a partir das vazões médias diárias, com a diferença chegando a até 20% em Espora. A análise comparativa da garantia física estimada a partir das séries de vazões médias mensais e da série de vazões médias diárias nos permite concluir que, para as PCHs hipotéticas estudadas, a energia estimada utilizando a série de vazões médias diárias é menor do que quando se utiliza séries de vazões médias mensais em todos os casos, com exceção de Rondon II, Rosal e Guaporé. Essas 3 apresentaram garantia física estimada pela série histórica de vazões médias mensais inferior à estimativa de garantia física pela série calculada de vazões médias mensais. A redução na estimativa da garantia física das PCHs com a utilização da série de vazões médias diárias é significativa, chegando a cerca de 19% em Espora, e 15% em Passo Fundo e Guarapiranga. A média de redução na garantia física das PCHs gira em torno de 8% o que, num contexto de pequenas centrais hidrelétricas, tem considerado impacto para o empreendedor. 4. CONCLUSÃO A participação das Pequenas Centrais Hidrelétricas vem crescendo nos últimos anos, devido a incentivos do governo federal. A metodologia utilizada para o cálculo da garantia física das PCHs leva em consideração a série histórica de vazões médias mensais. Embora a utilização desse tipo de série de vazões seja interessante para grandes UHEs, no caso de PCHs as séries de vazões médias mensais podem não ser adequadas já que esse tipo de empreendimento possui área de drenagem pequena e não regulariza vazões. O presente estudo é simplificado, e visa comparar a estimativa da garantia física de PCHs utilizando séries de vazões médias mensais e diárias. Além disso, outra comparação foi realizada: a da garantia física estimada utilizando a série histórica de vazões médias mensais, disponibilizada pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), e utilizando a série histórica de vazões médias mensais calculada a partir da série histórica de vazões médias diárias.

5 5 Com os resultados obtidos é possível observar que houve diferença na garantia física estimada pelas vazões médias mensais fornecidas pelo ONS e pela energia estimada através da série de vazões médias mensais calculada com a série histórica de vazões médias diárias em 4 das 20 PCHs estudadas, sendo que a diferença chegou até a 20%. A comparação entre as estimativas de garantia física pelas séries históricas de vazões médias mensais e diárias permite observar uma significativa redução quando utilizase vazões médias diárias. Isso foi observado em 17 dos 20 casos, sendo que as 3 exceções ocorreram nas PCHs hipotéticas cuja garantia física estimada pela série histórica de vazões médias mensais foi menor do que a energia estimada pela série de vazões médias mensais calculada com base nas vazões históricas diárias. Isso representa que possivelmente haja alguma falha nos dados históricos disponíveis, pelo menos nesses 3 aproveitamentos hidrelétricos. A redução na garantia física estimada pela série de vazões médias diárias é significativa, chegando em até 19%, e se mantendo em média em 8% entre as PCHs estudadas. Considerando-se pequenas centrais hidrelétricas, essa redução é algo impactante para o empreendedor e para o Setor Elétrico como um todo, visto que a construção de PCHs vem crescendo cada vez mais no Brasil. Verifica-se, portanto, que a utilização de séries de vazões médias diárias é uma boa alternativa para um cálculo mais realista de garantia física de PCHs, mitigando superestimativas. Outros estudos devem ser realizados para que seja possível reformular a maneira de estimar as garantias físicas de Pequenas Centrais Hidrelétricas, visando sempre a melhoria do Setor Elétrico Brasileiro. 5. REFERÊNCIAS ANEEL. Banco de Informações de Geração [Online] de Agosto de de Julho de acidadebrasil.cfm ANEEL. Resolução Nº 394. Brasília, ANEEL. Resolução Normativa Nº 673. Brasília, BRASIL. Portaria do Ministério de Minas e Energia nº 463, 03 de dezembro de [Seção do Livro] / A. do livro Brasil Diário oficial República Federativa do. - Brasília, DF : [s.n.], 2009 EPE. Balanço Energético Nacional. Rio de Janeiro, PALMA, G. P. O. Avaliação dos impactos do abandono de reservatórios de acumulação no planejamento da expansão do setor elétrico. Florianópolis, PINTO, L. A garantia físicas das usinas brasileiras: A expectativa e a realidade. Rio de Janeiro, 2014.