MODELO DE RESERVATÓRIO EQUIVALENTE COM DESTAQUE UNITÁRIO

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1 MODELO DE RESERVATÓRIO EQUIVALENTE COM DESTAQUE UNITÁRIO Afonso Henriques Moreira Sanos; 1 Marco Aurélio Raphul Azevedo Garcia 2 ; Felício Murbach Travareli 3 &Leopoldo Ubero Ribeiro Junior 4 RESUMO - - Ese rabalho em por objeivo analisar a confiabilidade energéica quando os reservaórios são submeidos a mudanças de criérios operaivos. A operação deses reservaórios esá submeida a diversos ineresses, muias vezes conflianes, como é o caso da geração de energia versus os usos locais. Desse modo deve-se mensurar o impaco de variações no volume úil dos principais reservaórios de forma a se adequar as alernaivas que irão complemenar a produção de energia, como é o caso da geração ermelérica nos períodos críicos, onde a ofera de energia por hidreléricas não é capaz de suprir as demandas do mercado, sem que haja um grande impaco à população lindeira. ABSTRACT - - This work has for objecive o analyze he energy reliabiliy when he reservoirs are submied o changes of operaive crieria. The operaion of hese reservoirs are submied he o diverse ineress, ha in many imes are conflicing, as i is he case of he energy generaion versus he local uses. In his way i is necessary o measure he impac of variaions in he useful volume of he main reservoirs ha will adjused he alernaives ha will go o complemen he energy producion, as i is he case of he Thermoelecric Plans ha in he criical periods, where i offers energy for hydro power plans is no possible o supply he marke demands, wihou having a grea impac for he populaion ha live near he reservoir. Palavras-chave: Reservaório, Energia, Bacia do Paraná. 1 Professor da Universidade Federal de Iajubá - UNIFEI, R. pref José Maria S. Campos Iajubá MG. afonso@unifei.edu.br 2 Pesquisador do Cenro de Excelência em Recursos Naurais e Energia - CERNE da Universidade Federal de Iajubá UNIFEI, Minas Gerais - Brasil. Endereço: Rua Ricardo Pino, 19/42, Sanos São Paulo, CEP , Tel: (13) marco.rag@gmail.com 3 Pesquisador do Cenro de Excelência em Recursos Naurais e Energia - CERNE da Universidade Federal de Iajubá UNIFEI, Tel: (35) Iajubá MG. ravareli@yahoo.com.br 4 Pesquisador do Cenro de Excelência em Recursos Naurais e Energia - CERNE da Universidade Federal de Iajubá UNIFEI.Av. São Vicene de Paula 735, CEP , Tel: (35) Iajubá MG. leopoldo@unifei.edu.br

2 1 INTRODUÇÃO Em odo o mundo a operação de reservaórios de usinas hidreléricas não conempla apenas a geração de energia elérica, mas levam em cona os diversos usos, como o saneameno, a irrigação, o conrole de cheias, a recreação e aé mesmo a beleza cênica. A incorporação deses usos leva à uma operação que disa do óimo energéico, porém, em conraparida, aende os anseios da sociedade. Esa influência da sociedade na operação dos reservaórios não é privilégio de países desenvolvidos. Hisoricamene o seor elérico sempre prevaleceu sobre os usos da água, noadamene por ser ele o principal deenor de capial enre os vários usuários. Nese caminho desenvolvimenisa (e porque não dizê-lo) posiivisa, o seor agrediu foremene o meio ambiene, endo sido, na realidade brasileira, um dos grandes moivadores para o foralecimeno da éica ambienal, no senido de conrapor. A força de al éica é amanha que chega, hoje, mesmo, a sufocar o desenvolvimeno equilibrado. Mas a quesão ambienal não se resringe aos impacos de novas inervenções de novas cenrais. O racionameno, como já foi dio, pois à mosra as chagas ambienais da operação, enendendo-se ambienais no seu senido lao onde o homem é um dos principais aingidos, e não apenas a bioa. Esa nova éica é reforçada a parir de princípios consolidados na Consiuição Federal de 1988, mas, a fala de regulamenação complemenar, e de uma culura apropriada, permiem o movimeno auocráico do seor elérico coninue no seu movimeno inercial, sufocando os demais ineresses. De ouro lado, observa-se que o Minisério Público e o próprio Judiciário incorporam, dia-adia, esa nova éica, e com a força consiucional que lhes é naa, começam a mudar ais práicas. Tudo leva a crer que não mais será possível ao seor elérico operar livremene os reservaórios. Hisoricamene os reservaórios foram desenvolvidos para regularizar vazões, donde se origina conceios como o da energia firme. Com a enrada de gerações érmicas o reservaório passa a ser viso como um grande gesor de esoque, na busca de reduzir o cuso oal de produção de energia, eviando o uso da geração érmica mais cara ou, aé, de déficis energéicos. Tano no primeiro caso como no segundo o volume úil dos reservaórios era largamene uilizado, e a perda de produividade das cenrais, conseqüência de seus rebaixamenos, não eram prioriariamene considerados. Mais uma vez o racionameno ensinou, e a perda de produividade reduziu enormemene a capacidade operaiva elérica do sisema. Já se disse, ambém, que o livre esvaziameno expõe o seor a grandes riscos, donde moivou a criação das curvas de aversão a risco. Combinando esses dois conceios, e levando-se em consideração a já imporane capacidade de geração érmica do país, e que essa geração érmica não se adequa muio bem aos modelos de cusos marginais crescenes, principalmene pela exisência dos conceios de ake-or-pay dos

3 conraos de gás, chega-se ao novo momeno do seor elérico brasileiro onde o melhor parece ser maximizar a geração hidrelérica, buscando deixar os reservaórios o mais cheio possível, ganhando-se produividade e reduzindo-se riscos. O objeivo dese rabalho, que foi desenvolvido pela equipe do Cenro de Excelência em Recursos Naurais e Energia CERNE (2006), da Universidade Federal de Iajubá UNIFEI e apresenado á Perobrás é apresenar uma meodologia que permia a conraposição dos efeios da redução do volume úil de reservaórios de regularização, de modo a se observar o efeio local e global em um único modelo. Para iso o modelo será aplicado à Bacia do paraná, principal conjuno de obras de geração de energia do país. Desse modo, oda modelagem é desenvolvida focando uma bacia hidrográfica, ao invés de sub-mercados eléricos, endo em visa o uso da água segundo diferenes ineresses. 2 MODELO AGREGADO Inicialmene será apresenado o modelo genérico, figura 1, onde serão uilizados, essencialmene dois ipos de oimização com objeivos disinos. No primeiro caso, será objeivada a maximização da carga a fim de se deerminar a maior carga críica que pode ser aendida pelo sisema de forma inierrupa. Em seguida, será reduzido o volume úil de um dos reservaórios e será deerminada a operação de uma ermelérica complemenar para que a carga críica coninue a ser aendida. O modelo rabalha com os reservaórios da bacia de forma agregada. A uilização de ais modelos se jusifica pelo fao de que ese é um rabalho que visa o planejameno e não a operação dealhada. O sisema de oimização proposo erá reduzido o volume úil de um dos reservaórios e será deerminada a operação de uma ermelérica complemenar para que a carga críica coninue a ser aendida.tal geração deve ser de origem ermelérica dada sua flexibilidade para complemenar a redução de capacidade do reservaório equivalene. Figura 1 - Modelo de equivalência do sisema hidrelérico com 100% do Volume Úil e o modelo hidroérmico com o reservaório equivalene com X% de seu Volume Úil Para o cálculo da Energia Firme em-se a seguine função objeivo para o modelo programação linear: I Simpósio de Recursos Hídricos do Sul-Sudese 3

4 F. O. z = MAX L S. T. EA = EA G 0 U 1 G + ENC G G U GH 0 EA EnergiaArmazenávelToal min + EC = L (1) max Onde: EA - Energia Armazenável no reservaório no insane EA -1 - Energia Armazenável no reservaório no insane -1 L - Carga críica a ser aendida pelo sisema Para o cálculo da ermelérica complemenar, em-se de aender às mesmas resrições, porém a carga críica já é conhecida e a função objeivo deixa de ser de maximização da carga críica e passa a ser de minimização da geração ermelérica. Assim, em-se: Para o cálculo da Energia Firme em-se a seguine função objeivo para o modelo programação linear: F. O. z = MIN S. T. EA = EA G 0 U 1 G G U T = i GT GH G + ENC + GT = L 0 EA EnergiaArmazenávelToal min max + EC Onde: EA - Energia Armazenável no reservaório no insane EA -1 - Energia Armazenável no reservaório no insane -1 L - Carga críica a ser aendida pelo sisema 3 MODELO DE RESERVATÓRIO EQUIVALENTE COM DESTAQUE UNITÁRIO (2) Aravés dese modelo, buscou-se a separação do efeio da redução do volume úil em um único reservaório, visando avaliar o impaco da redução do volume úil (VU) na confiabilidade energéica (energia firme) e avaliar o impaco da redução de VU na geração hidrelérica (energia gerada), ao longo de odas as usinas da bacia do Paraná. O objeivo final é permiir que se faça uma análise sisêmica (análise global), observando o comporameno local (reservaório desacado). I Simpósio de Recursos Hídricos do Sul-Sudese 4

5 Inicialmene, adoou-se um caso base consiuído de nove usinas hidreléricas, sendo cinco usinas com reservaório de regularização e quaro usinas fio d água, conforme a Figura 2. Uma das usinas será objeo de esudo de efeio de variação de VU e aqui denominada usina 0. Será obido enão rês sisemas equivalenes. O sisema equivalene EQ0 será composo apenas pela cenral em esudo. O sisema EQ1 consisirá na agregação das cenrais a monane da cenral 0 (monane do pono de froneira A) e o sisema EQ2 será composo pelas cenrais a jusane da mesma (jusane do pono de froneira B). O diferencial desa modelagem com relação à uma única agregação é que esa irá permiir a desagregação do efeio da variação do volume úil de um reservaório em esudo para odos os reservaórios da cascaa, de modo a se ober uma espacialização do efeio local. Figura 2 - Modelo para avaliação do efeio da variação de VU em um único reservaório 3.1 Cálculo do Reservaório Equivalene 1 (E1) Para o cálculo de cada reservaório equivalene será uilizada a modelagem apresenada na Figura 1, de modo que o sisema energéico equivalene consisirá em uma usina de energia armazenável EA e energia afluene conrolável EC, e uma usina a fio-dágua de energia afluene não-conrolável ENC. Como objeiva-se conhecer o efeio em oda a cascaa, em-se que as UHE s a jusane do pono de froneira A, na cascaa direa, são represenados apenas por suas produividades (p), sem as respecivas vazões incremenais, resulando em um modelo equivalene conforme apresenado na Figura 3. I Simpósio de Recursos Hídricos do Sul-Sudese 5

6 Figura 3 - Sisema Equivalene EQ1 3.2 Cálculo do Reservaório Equivalene 0 (E0) Analogamene, em-se a represenação da cascaa direa da cenral 0. Como aneriormene, as UHE s direamene represenadas na cascaa, à jusane do pono B, são represenadas apenas por suas produividades, conforme a Figura 4. Figura 4 - Sisema Equivalene EQ0 Vale desacar que o sisema EQ0 é oalmene desacoplado do sisema EQ1, sendo que a vazão que aflui ao sisema EQ0 é a soma de sua vazão incremenal (QI0) com a parcela de vazão que aflui do sisema de monane sem nunca er passado por um reservaório. No caso base é: Q = Q + Q (3) NC 0 I2 I4 Onde Q NC0 significa vazão não conrolável ao reservaório. Daí resula o sisema equivalene EQ Cálculo do Reservaório Equivalene 2 (E2) O equivalene do sisema de jusane é calculado isolando-o oalmene do sisema de monane, no pono B. Para ano, considera-se, não exisir vazão passando por ese pono. Daí I Simpósio de Recursos Hídricos do Sul-Sudese 6

7 calcula-se de maneira radicional o sisema equivalene. Como resulado, em-se o sisema apresenado aravés da Figura 5. Figura 5 - Sisema Equivalene EQ2 O fluxograma uilizado para implemenação do simulador no MaLab pode ser observado aravés da Figura 6. Figura 6 - Fluxograma para Implemenação do Modelo de Reservaório Equivalene com Desaque Uniário I Simpósio de Recursos Hídricos do Sul-Sudese 7

8 4 APLICAÇÃO DOS MODELOS À BACIA DO PARANÁ O modelo apresenado aneriormene será aplicado à bacia do Paraná. Segundo informações obidas no sie do ONS (2006), a Bacia cona com 52 usinas, sendo 26 com reservaório de regularização e 26 fio-dágua. A poência insalada das usinas localizadas na Bacia corresponde a MW, abasecendo às regiões de maior população, consumo e produção indusrial do país. O diagrama esquemáico pode ser observado aravés da Figura 7 Figura 7 Diagrama de Usinas da Bacia do Paraná 5 RESERVATÓRIO EQUIVALENTE DA BACIA COM DESTAQUE UNITÁRIO A modelagem radicional de reservaório equivalene não permie que se desaque a operação da usina hidrelérica que se deseja efeuar a análise. Para iso, foi desenvolvida o modelo de I Simpósio de Recursos Hídricos do Sul-Sudese 8

9 reservaório equivalene com desaque uniário. Aplicando-se esa meodologia à bacia em esudo e considerando-se a variação de volume úil em Furnas, oberemos os sisema de reservaórios equivalenes EQ1 (figura 8), EQ0 (figura 9) e EQ2. Aqui não represenaremos EQ2 devido ao mesmo compreender odas as usinas à jusane de Furnas. Figura 8 - Sisema Equivalene EQ1 Figura 9 - Sisema Equivalene EQ0 As Figura 8 e Figura 9 apresenam a operação de cada um dos reservaórios equivalenes. A geração de energia é apresenada nas figuras 10 e 11 para o reservaório de Furnas com 100% e 50% de seu volume úil, respecivamene. A energia armazenada é apresenada nas figuras 12 e 13. I Simpósio de Recursos Hídricos do Sul-Sudese 9

10 Figura 10 - Geração do Sisema Equivalene da Bacia do Paraná (UHE Furnas com 100% do Volume Úil) Figura 11 Energia Armazenada do Sisema Equivalene da Bacia do Paraná (UHE Furnas com 100% do Volume Úil) I Simpósio de Recursos Hídricos do Sul-Sudese 10

11 Figura 12 - Geração do Sisema Equivalene da Bacia do Paraná (UHE Furnas com 50% do Volume Úil) I Simpósio de Recursos Hídricos do Sul-Sudese 11

12 Figura 13 - Energia Armazenada do Sisema Equivalene da Bacia do Paraná (UHE Furnas com 100% do Volume Úil) Para ese caso a perda de energia firme é de MW, equivalene a poência insalada necessária à ermelérica que deverá operar de modo complemenar para que a carga críica do sisema coninue a ser aendida. A abela 1 apresena uma análise de sensibilidade da variação do volume úil dos cinco principais reservaórios de regularização da bacia: Furnas, Emborcação, Ilha Soleira, Iumbiara e Nova Pone. A figura 14 apresena a variação da energia firme da bacia em função da variação do volume úil nesas usinas. I Simpósio de Recursos Hídricos do Sul-Sudese 12

13 Tabela 1 - Análise de sensibilidade da variação do volume úil de 5 reservaórios RESERVATÓRIO EM DESTAQUE %VU EF ΔEF POTÊNCIA DA TERMELETRICA FCAP HISTÓRICO FCAP PER. CRÍTICO FURNAS 0 25, FURNAS 10 25, FURNAS 20 25, FURNAS 30 25, FURNAS 40 25, FURNAS 50 25, FURNAS 60 25, FURNAS 70 25, FURNAS 80 25, FURNAS 90 26, EMBORCAÇÃO 0 25, EMBORCAÇÃO 10 25, EMBORCAÇÃO 20 25, EMBORCAÇÃO 30 25, EMBORCAÇÃO 40 25, EMBORCAÇÃO 50 25, EMBORCAÇÃO 60 25, EMBORCAÇÃO 70 25, EMBORCAÇÃO 80 25, EMBORCAÇÃO 90 26, ILHA SOLTEIRA 0 25, ILHA SOLTEIRA 10 25, ILHA SOLTEIRA 20 25, ILHA SOLTEIRA 30 25, ILHA SOLTEIRA 40 25, ILHA SOLTEIRA 50 25, ILHA SOLTEIRA 60 26, ILHA SOLTEIRA 70 26, ILHA SOLTEIRA 80 26, ILHA SOLTEIRA 90 26, ITUMBIARA 0 25, ITUMBIARA 10 25, ITUMBIARA 20 25, ITUMBIARA 30 25, ITUMBIARA 40 25, ITUMBIARA 50 25, ITUMBIARA 60 25, ITUMBIARA 70 25, ITUMBIARA 80 26, ITUMBIARA 90 26, NOVA PONTE 0 25, NOVA PONTE 10 25, NOVA PONTE 20 25, NOVA PONTE 30 25, NOVA PONTE 40 25, NOVA PONTE 50 25, NOVA PONTE 60 25, NOVA PONTE 70 25, NOVA PONTE 80 26, NOVA PONTE 90 26, I Simpósio de Recursos Hídricos do Sul-Sudese 13

14 Figura 14 - Variação da energia firme da bacia do Paraná em função da variação do volume úil de 5 usinas 6 CONCLUSÃO A meodologia aqui apresenada buscou confronar o impaco local e global da variação do volume úil em um dos reservaórios de regularização da bacia do Paraná. Como principal resulado observa-se que a perda de energia firme não é críica, podendo ser suprida pelo adequado uso do parque ermelérico aual ou pela insalação de gerações disribuídas próximas às cargas, já que o faor de capacidade de ais ermeléricas seria baixo, operando significaivamene apenas no período críico. Faz-se necessário comenar o que vem aconecendo em algumas regiões hidro geradoras: a população lindeira ao lago de Furnas vem pressionando o Conselho Nacional de Recursos Hídricos - CNRH para que a coa mínima operaiva passe de 750 para 762, reduzindo o volume úil a praicamene meade, sendo que há indícios claros que al pleio será acolhido; a cenral hidrelérica de Caconde eve seus criérios operaivos modificados, reduzindo a liberdade de esvaziameno, para aender os ineresses urísicos do seu enorno; a operação das cenrais do Araguaia esão resrias por uma vazão máxima a jusane, no período de seca, de maneira a se preservar as praias, que são imporanes ponos urísicos no cenro-oese; a cenral hidrelérica de Paulo Afonso deverá proximamene verer água em períodos definidos para se revializar a cachoeira de mesmo nome, com fins urísicos. Todas essas mudanças levam a crer que o seor elérico precisa se proeger de forma diferene do que vem fazendo, com relação às variações hidrológicas e de carga. Exisem rês formas de um sisema hidrelérico se proeger dos riscos hidrológico e de carga: o primeiro é o armazenameno de água; o segundo é a complemenariedade érmica; o erceiro é o I Simpósio de Recursos Hídricos do Sul-Sudese 14

15 aumeno da elasicidade da demanda, com fore sinal de preço na geração. Hisoricamene, a reservação foi a maneira de se proeger das incerezas. Com a inserção significaiva de capacidade geradora érmica, os criérios operaivos do seor elero-energéico deverão sofrer profundas mudanças. Observando ouros países, onde a geração érmica é significaiva, observa-se que a geração hidrelérica é a fio d água, endo a água a função precípua de reduzir o consumo de combusível. Trazendo ese conceio para a nova realidade que se inicia no país, observa-se que uma significaiva capacidade érmica raria enorme vanagem. Do pono de visa de confiabilidade de suprimeno, a capacidade érmica subsiuiria a necessidade de enormes reservaórios. Por ouro lado a afluência hídrica levaria a uma baixa operação desas cenrais ermeléricas, não implicando em grandes consumos de gás. O modelo ideal para iso seria o de um suprimeno flexível de gás naural, ou a exisência de um mercado secundário de gás naural, ou ainda a possibilidade de esocá-lo. Ese úlimo pono começa a er significado em ermos mundiais, sendo que a combinação de áreas de esoque (cavernas, por exemplo) e capacidade geradora poderia dar uma enorme flexibilidade ao seor. O mercado secundário dependeria do maior amadurecimeno do uso do gás no país, noadamene com sisemas bi-energéicos. A flexibilidade dos conraos dependeria, denre ouros faores, da forma de remuneração dos invesimenos na infra-esruura gasífera, ornando a commodiy gás naural com caracerísica mais flexível. 7 AGRADECIMETOS A equipe do Cenro de Excelência em Recursos Naurais e Energia CERNE da Universidade Federal de Iajubá UNIFEI, agradece o subsídio da Perobrás para o desenvolvimeno dese rabalho. 8 BIBLIOGRAFIA CERNE - Cenro de Excelência em Recursos Naurais e Energia, (2006) Projeo de Elaboração de Esudos de Revisão de Criérios Operaivos dos Reservaórios do Sisema Inerligado Nacional Buscando Oporunidades para a Geração Termelérica - 3º relaório do conrao de consuloria FUPAI PETROBRAS. ONS Operador Nacional do Sisema Elérico - Sisema Inerligado Nacional <hp:// Acessado em I Simpósio de Recursos Hídricos do Sul-Sudese 15