Estimativa da Pegada Hídrica de Aproveitamentos Hidrelétricos no Sul do Brasil Acadêmico: Felipe Fischmann Orientador: Pedro Chaffe
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1 Estimativa da Pegada Hídrica de Aproveitamentos Hidrelétricos no Sul do Brasil Acadêmico: Felipe Fischmann Orientador: Pedro Chaffe Trabalho de Conclusão de Curso Dep. de Engenharia Sanitária e Ambiental CTC
2 A Pegada Hídrica Conceito Volume total de água usada para produzir os bens e serviços consumidos por um individuo ou comunidade (HOEKSTRA, 2011) 16/8/16 2
3 A Pegada Hídrica Classificação Pegada hídrica azul Águas superficiais Águas subterrâneas Pegada hídrica verde Águas pluviais Pegada hídrica cinza Poluição 16/8/16 3
4 A Pegada Hídrica Valores médios por fonte de energia segundo o IPCC Fonte: IPCC (2012) 16/8/16 4
5 A Pegada Hídrica Valores médios por fonte de energia segundo o IPCC Carvão Nuclear Fonte: IPCC (2012) 16/8/16 5
6 A Pegada Hídrica Valores médios por fonte de energia segundo o IPCC Hidroelétrica Fonte: IPCC (2012) 16/8/16 6
7 A Pegada Hídrica da geração de energia hidrelétrica Métodos para determinação 1) PH = AET/EG AET = evaporação após barramento EG = energia gerada AET pré,v = evapotranspiração prévia ao barramento P V = precipitação sobre o reservatório 2) PH= AET AET pré,v /EG 3) PH = AET P V /EG 16/8/16 7
8 Objetivos
9 Objetivo Geral Estimar a pegada hídrica associada à geração de energia hidrelétrica por empreendimentos selecionados na região Sul do Brasil 16/8/16 9
10 Objetivos Específicos a) Verificar a sensibilidade, a variáveis selecionadas, de um modelo para estimativas de evaporação baseado na relação complementar b) Estimar as perdas por evaporação em reservatórios de aproveitamentos hidrelétricos do Sul do Brasil c) Determinar fatores com influência preponderante na pegada hídrica de aproveitamentos hidrelétricos 16/8/16 10
11 Objetivo Específico A 16/8/16 11
12 Objetivos Específicos a) Verificar a sensibilidade, a variáveis selecionadas, de um modelo para estimativas de evaporação baseado na relação complementar b) Estimar as perdas por evaporação em reservatórios de aproveitamentos hidrelétricos do Sul do Brasil c) Determinar fatores com influência preponderante na pegada hídrica de aproveitamentos hidrelétricos 16/8/16 12
13 Objetivo Específico B WREVAP 16/8/16 13
14 Objetivos Específicos a) Verificar a sensibilidade, a variáveis selecionadas, de um modelo para estimativas de evaporação baseado na relação complementar b) Estimar as perdas por evaporação em reservatórios de aproveitamentos hidrelétricos do Sul do Brasil c) Determinar fatores com influência preponderante na pegada hídrica de aproveitamentos hidrelétricos 16/8/16 14
15 Objetivo Específico C 16/8/16 15
16 Materiais e Métodos
17 Materiais e Métodos Área de estudo Reservatórios Séries históricas 41 aproveitamentos Dados de entrada Latitude Elevação Precipitação média anual Profundidade média Salinidade Temperatura média do ar Umidade relativa do ar Insolação 16/8/16 17
18 Materiais e Métodos Sistema considerado Unidade geradora + Reservatório(s) imediatamente a montante Fonte: Geraldi (20--) 16/8/16 18
19 Materiais e Métodos Modelo adotado WREVAP módulo CRLE (Complementary Relationship Lake Evaporation) Disponível ( código FORTRAN arquivo executável Premissa básica: ½E P E W E P 16/8/16 19
20 Materiais e Métodos Alocação de séries históricas de estações meteorológicas PCH e UHE associadas às estações mais próximas 16/8/16 20
21 Resultados e Discussão
22 Resultados e Discussão Sensibilidade do WREVAP a variações na temperatura Variação na AET média -60% -40% -20% 0% 20% 40% 60% 30% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% -5% -10% -15% 10% 4,3% y = 0,4259x R² = 0, % -15% -20% -20% -60% -40% -20% 0% 20% 40% 60% Variação temperatura média 25% 20% 15% 10% 5% 0% -5% 16/8/16 22
23 Resultados e Discussão Sensibilidade do WREVAP a variações na temperatura Variação na AET média -60% -40% -20% 0% 20% 40% 60% 30% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% -5% -10% -15% 10% 4,3% AET média (mm) y = 0,4259x R² = 0, % % 12-50% Mês -10% -10% Série original 10% 50% -15% -20% -20% -60% -40% -20% 0% 20% 40% 60% Variação temperatura média 25% 20% 15% 10% 5% /8/16 23
24 Resultados e Discussão Sensibilidade do WREVAP a variações na profundidade AET média mensal (mm) Mês 0 m 26.8 m (profundidade real) 50 m 100 m /8/16 24
25 Resultados e Discussão Sensibilidade do WREVAP a variações na insolação -60% -40% -20% 0% 20% 40% 60% 40% 40% 30% 30% Variação na AET média 20% 10% 0% -10% 20% 10% 0% -10% -20% 10% 5,3% y = 0,5372x R² = 0, % -30% -30% -60% -40% -20% 0% 20% 40% 60% Variação na insolação média 16/8/16 25
26 Resultados e Discussão Parâmetros com sensibilidade desprezível do WREVAP Altitude Salinidade Precipitação média anual Umidade relativa média do ar 16/8/16 26
27 Resultados e Discussão Distribuição espacial da evaporação de lago estimada pelo WREVAP 16/8/16 27
28 Resultados e Discussão Distribuição dos valores de pegadas hídricas Média simples: 22,35 m 3 GJ -1 Mínima: 0,06 m 3 GJ -1 Máxima: 153,54 m 3 GJ -1 Média ponderada pela geração de energia: 14,89 m 3 GJ -1 16/8/16 28
29 Resultados e Discussão Distribuição dos valores de pegadas hídricas Média simples: 22,35 m 3 GJ -1 Mínima: 0,06 m 3 GJ -1 Máxima: 153,54 m 3 GJ -1 Média ponderada pela geração de energia: 14,89 m 3 GJ -1 Consumo médio equivalente por habitante: 102,3 L.hab -1 dia -1 16/8/16 29
30 1E-02 1E-01 1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 Santa Catarina Paraná Rio Grande do Sul Salto Pilão Campos Novos Quebra Queixo Machadinho Foz do Chapecó Itá Palmeiras Barra Grande Garibaldi Fundão Gov Parigot de Souza Salto Osório Gov Braga Ourinhos Itaipu Gov Rocha Neto Gov Richa Salto Grande Salto Sanfago Santa Clara Chaminé Mauá Taquaruçu Guaricana Canoas II Canoas I Rosana Capivara Chavantes Canastra Monte Claro Jacuí Castro Alves Itaúba 14 de Julho Dona Francisca Passo São João São José Bugres Passo Fundo Passo Real 1E-02 1E-01 1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 Pegada Hídrica (m 3 GJ- 1 ) 16/8/16 30
31 1E-02 1E-01 1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 Santa Catarina Paraná Rio Grande do Sul Salto Pilão Campos Novos Quebra Queixo Machadinho Foz do Chapecó Itá Palmeiras Barra Grande Garibaldi Fundão Gov Parigot de Souza Salto Osório Gov Braga Ourinhos Itaipu Gov Rocha Neto Gov Richa Salto Grande Salto Sanfago Santa Clara Chaminé Mauá Taquaruçu Guaricana Canoas II Canoas I Rosana Capivara Chavantes Canastra Monte Claro Jacuí Castro Alves Itaúba 14 de Julho Dona Francisca Passo São João São José Bugres Passo Fundo Passo Real 1E-02 1E-01 1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 Pegada Hídrica (m 3 GJ- 1 ) 16/8/16 31
32 Resultados e Discussão Influências relativas da evaporação e da geração de energia Pegada hídrica (m 3 GJ -1 ) AET (10 6 m 3 ) Pegada hídrica Evaporação de lago (AET) Pegada hídrica (m 3 GJ -1 ) ,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Geração mensal de energia (10 6 GJ) Pegada hídrica Geração mensal de energia 16/8/16 32
33 Resultados e Discussão Influência da relação área alagada / potência outorgada ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1, y = 95,835x R² = 0, Pegada hídrica média (m 3 GJ -1 ) ,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 Área alagada / Potência outorgada (km 2 MW -1 ) 16/8/16 33
34 Resultados e Discussão 0 60 W Brasil 40 W Distribuição espacial das pegadas hídricas e da relação área alagada/ potência outorgada 30 S 25 S 30 S km 55 W A/PO (km²/mw) 1,42 1,14 0,85 0,57 0,28 0 Hidrografia 1: Pegada hídrica média (m³/gj) , W 16/8/16 34
35 Resultados e Discussão Variáveis sem correlação evidente com a pegada hídrica Profundidade média do reservatório Latitude Altitude (N.A. a montante) Relação queda bruta / altura da barragem Potência outorgada Pegada hídrica média (m 3 GJ -1 ) Profundidade média do reservatório (m) Pegada hídrica média (m 3 GJ -1 ) 1E+01 1E+02 1E+03 1E E+01 1E+02 1E+03 1E+04 Potência outorgada (MW) Pegada hídrica média (m 3 GJ -1 ) 1E-01 1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+03 1E+02 1E+02 1E+01 1E+01 1E+00 1E+00 1E-01 1E-01 1E-02 1E-02 1E-01 1E+00 1E+01 1E+02 Queda bruta / Altura do barramento 16/8/16 35
36 Conclusões e Recomendações
37 Conclusões Objetivo específico a Verificar a sensibilidade, a variáveis selecionadas, de um modelo para estimativas de evaporação baseado na relação complementar Sensibilidade significavva Temperatura média do ar Insolação Profundidade média do reservatório Sensibilidade desprezível Alftude Salinidade Precipitação média anual Umidade relafva média 16/8/16 37
38 Conclusões Objetivo específico b Estimar as perdas por evaporação em reservatórios de aproveitamentos hidrelétricos do Sul do Brasil 16/8/16 38
39 Conclusões Objetivo específico c Verificar possíveis correlações entre características dos aproveitamentos hidrelétricos e suas respectivas pegadas hídricas Correlação com PH aparente Área superficial do reservatório Relação área alagada / potência outorgada Correlação com PH não aparente Profundidade média do reservatório Laftude Alftude Relação queda bruta / altura da barragem Potência outorgada 16/8/16 39
40 Recomendações Considerar cenários alternativos: Variação intermensal nas áreas superficiais Alternativas de cálculo da pegada hídrica Aproveitamentos com menor capacidade instalada (PCH e CGH) Influência de perdas nas linhas de transmissão Estimar a pegada hídrica de outras fontes de energia em uso no Sul do Brasil (p. ex. carvão mineral) Verificar exportações e importações de água virtual entre estados através do Sistema Interligado Nacional (SIN) 16/8/16 40
41 Referências bibliográficas BAKKEN, T. H. et al. Water consumption from hydropower plants review of published estimates and an assessment of the concept. Hydrology and Earth System Sciences, v. 17, p , Disponível em: < >. CONSÓRCIO EMPRESARIAL SALTO PILÃO. Desenho Técnico a. Disponível em: < > FALKENMARK, M.; ROCKSTRÖM, J. The new blue and green water paradigm: Breaking new ground for water resources planning and management. Journal of water resources planning and management, IPCC: Edenhofer, O., Pichs-Madruga, R., Sokona, Y., Seyboth, K., Matschoss, P., Kadner, S., Zwickel, T., Eickemeier, P., Hansen, G., Schlömer, S., and von Stechow, C. E.: IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA, MEKONNEN, M.M.; HOEKSTRA, A.Y.. The water footprint of electricity from hydropower. Delft: Unesco-ihe Institute For Water Education, (Value of Water Research Report Series No. 51). 16/8/16 41
42 Muito obrigado
43 Slides suplementares
44 A Pegada Hídrica da geração de energia hidrelétrica Consideração básica Fonte: adaptado de Herath et al. (2011) 16/8/16 44
45 A Pegada Hídrica Valores médios por fonte de energia segundo o IPCC Hidroelétrica Fonte: IPCC (2012) 16/8/16 45
46 A Pegada Hídrica Classificação azul Águas superficiais Águas subterrâneas verde Águas pluviais cinza Poluição Fonte: adaptado de Falkenmark e Rockström (2006) 16/8/16 46
47 Objetivos Específicos a) b) WREVAP c) 16/8/16 47
48 16/8/16 48
49 O efeito oásis Fonte: adaptado de Bouchet (1963) 16/8/16 49
50 A Relação Complementar para a Evapotranspiração Fonte: adaptado de Morton (1983a) 16/8/16 50
51 A Relação Complementar para a Evaporação Fonte: adaptado de Morton (1983b) 16/8/16 51
52 1E-02 1E-01 1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 Santa Catarina Paraná Rio Grande do Sul Salto Pilão Campos Novos Quebra Queixo Machadinho Foz do Chapecó Itá Palmeiras Barra Grande Garibaldi Fundão Gov Parigot de Souza Salto Osório Gov Braga Ourinhos Itaipu Gov Rocha Neto Gov Richa Salto Grande Salto Sanfago Santa Clara Chaminé Mauá Taquaruçu Guaricana Canoas II Canoas I Rosana Capivara Chavantes Canastra Monte Claro Jacuí Castro Alves Itaúba 14 de Julho Dona Francisca Passo São João São José Bugres Passo Fundo Passo Real 1E-02 1E-01 1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 Pegada Hídrica (m 3 GJ- 1 ) 16/8/16 52
53 Resultados e Discussão Influências da área superficial do reservatório e geração média de energia 1E-02 1E-01 1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+03 1E+03 Pegada hídrica média (m 3 GJ -1 ) 1E+02 1E+01 1E+00 1E-01 1E+02 1E+01 1E+00 1E-01 1E-02 1E-02 1E-02 1E-01 1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 Área superficial do reservatório (km 2 ) Geração média > 500 TJ/ano Geração média 500 TJ/ano 16/8/16 53
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