A operação dos reservatórios e o planejamento da operação hidrotérmica do Sistema Interligado Nacional Renato Carlos Zambon Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental IEE 2015.04.02 1
Grupo de Pesquisa Renato Carlos Zambon (PHA/EP/USP) Mario Thadeu Leme de Barros (PHA/EP/USP) Paulo Sérgio Franco Barbosa (DRH/FEC/UNICAMP) Alberto Luiz Francato (DRH/FEC/UNICAMP) João Eduardo Gonçalves Lopes (DRH/FEC/UNICAMP) William W-G. Yeh (CEE/UCLA) IEE 2015.04.02 2
Tópicos Introdução, geração de energia no SIN Otimização da operação a usinas individualizadas Evolução da capacidade instalada e de regularização Volumes de espera e controle de cheias Não estacionariedade das vazões Vazões mínimas e a seca 2013..2015 Armazenamento nos subsistemas Cenários 2015..2018 Considerações finais IEE 2015.04.02 3
Introdução, geração de energia no SIN 152 hidrelétricas de médio e grande porte, mais PCHs $$$$$ Composição da carga por fonte geradora (médias mensais) IEE 2015.04.02 4
Desenvolvimentos anteriores 2003, SISOPT: usinas hidrelétricas individualizadas, interface e otimização Excel/Fortran. Artigo ASCE/JWRPM (pioneiro, 153 citações indexadas no Google Scholar e 84 no Scopus) 2008, HIDROTERM: inclui térmicas, intercâmbios, expansão do sistema, topologia variável, determinístico, uso Delphi/GAMS: Optimization of Large-Scale Hydrothermal System Operation J. Water Resour. Plann. Manage., 138(2), ASCE. Em desenvolvimento, HIDROTERM: versão estocástica multiestágios IEE 2015.04.02 5
HT(Qt+Qv) Qv Qt Qt max (H-HT) P(Qt,H-HT) Ev (A(H(S))) S H A (t-1,t) Smax(FC) Smin QI Qt Qv upstream Quc IEE 2015.04.02 6
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Decisão sob incerteza mais hidro úmido seco ok! raciona? armazena úmido seco verte ok! IEE 2015.04.02 8
Interface HIDROTERM IEE 2015.04.02 9
1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 Capacidade Instalada (MW) Histórico da capacidade instalada 120000 100000 80000 60000 40000 N NE S SE/CO 20000 0 IEE 2015.04.02 10
1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 EARmax (MWmês) Histórico da capacidade de EAR 300000 250000 200000 150000 100000 N NE S SE/CO 50000 0 IEE 2015.04.02 11
1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 EARmax / Capacidade Instalada (meses) EAR / Capacidade instalada 4.50 4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 IEE 2015.04.02 12
Energia Armazenada Máxima Capacidade de armazenamento SIN 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Reservatórios de Regularização IEE 2015.04.02 13
Volumes de espera Cod Usina Sistema VE4 VE5 VE6 VE7 VE8 VE9 VE10 VE11 VE12 VE1 VE2 VE3 1 CAMARGOS 1 34,2% 55,1% 55,1% 49,1% 37,2% 6 FURNAS 1 5,2% 7,6% 5,4% 4,1% 2,3% 7 M. DE MORAES 1 20,0% 20,0% 20,0% 17,1% 7,6% 14 CACONDE 1 7,9% 9,9% 7,9% 4,0% 2,0% 17 MARIMBONDO 1 27,5% 33,3% 25,4% 19,5% 11,5% 5,0% 18 A. VERMELHA 1 42,5% 42,5% 42,5% 16,4% 7,3% 24 EMBORCACAO 1 3,4% 4,5% 3,9% 2,8% 1,8% 25 NOVA PONTE 1 2,8% 3,6% 3,1% 2,3% 1,6% 31 ITUMBIARA 1 17,2% 17,6% 10,5% 6,9% 3,6% 33 SAO SIMAO 1 48,7% 48,7% 48,7% 18,0% 8,0% 37 BARRA BONITA 1 1,2% 23,4% 47,9% 42,9% 33,1% 23,4% 14,4% 40 PROMISSAO 1 71,1% 71,1% 71,1% 19,9% 5,9% 44 I. SOLT. EQV 1 54,2% 54,2% 54,2% 54,2% 17,5% 47 A.A. LAYDNER 1 14,2% 7,7% 8,1% 1,9% 9,7% 0,8% 10,8% 14,2% 14,2% 14,2% 14,2% 49 CHAVANTES 1 11,8% 7,7% 8,1% 1,9% 9,7% 0,8% 10,8% 20,9% 11,8% 11,8% 11,8% 61 CAPIVARA 1 7,3% 16,6% 5,1% 77 SLT.SANTIAGO 2 1,0% 122 SANTA BRANCA 1 5,3% 5,3% 7,9% 2,6% 123 FUNIL 1 16,5% 46,2% 36,3% 36,3% 14,9% 148 IRAPE 1 9,5% 10,8% 9,0% 6,5% 3,8% 156 TRES MARIAS 1 15,7% 21,6% 15,2% 7,5% 162 QUEIMADO 1 33,4% 28,2% 23,1% 18,0% 10,3% 2,6% 169 SOBRADINHO 3 21,5% 22,2% 22,2% 22,2% 22,2% 21,9% 172 ITAPARICA 3 39,4% 42,4% 42,4% 43,0% 42,3% 11,0% 190 B. ESPERANCA 3 33,0% 35,6% 37,7% 37,7% 37,7% 33,5% IEE 2015.04.02 14
Principais bacias do SIN Incerteza climática + mudanças no uso do solo (transformação chuva-vazão) IEE 2015.04.02 15
Q (m³/s) Q (m³/s) Não estacionariedade das vazões 25000 Itaipu, vazão natural média mensal e média móvel 12 meses 20000 15000 10000 5000 0 1931 1941 1951 1961 1971 1981 1991 2001 2011 50000 45000 Tucuruí, vazão natural média mensal e média móvel 12 meses 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 1931 1941 1951 1961 1971 1981 1991 2001 2011 IEE 2015.04.02 16
Q (m³/s) Q (m³/s) Não estacionariedade das vazões 12000 10000 Sobradinho, vazão natural média mensal e média móvel 12 meses 8000 6000 4000 2000 0 1931 1941 1951 1961 1971 1981 1991 2001 2011 50000 45000 Jirau, vazão natural média mensal e média móvel 12 meses 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 1931 1941 1951 1961 1971 1981 1991 2001 2011 IEE 2015.04.02 17
Vazões mínimas e a seca 2013.. 2015 Cod Usina Sistema Qmin,hist (m³/s) até 2012 Qmin,hist (m³/s) atual 1 CAMARGOS 1 34 22 65% 2 ITUTINGA 1 34 22 65% 4 FUNIL-GRANDE 1 68 45 66% 6 FURNAS 1 204 95 47% 7 M. DE MORAES 1 225 109 48% 8 ESTREITO 1 226 112 50% 9 JAGUARA 1 227 113 50% 10 IGARAPAVA 1 229 117 51% 11 VOLTA GRANDE 1 235 125 53% 12 P. COLOMBIA 1 245 144 59% 17 MARIMBONDO 1 418 233 56% 18 A. VERMELHA 1 484 348 72% 20 BATALHA 1 16 8 50% 21 SERRA FACAO 1 27 13 48% 24 EMBORCACAO 1 73 47 64% 25 NOVA PONTE 1 53 43 81% 26 MIRANDA 1 64 44 69% 27 CAPIM BRANC1 1 65 44 68% 28 CAPIM BRANC2 1 68 44 65% 31 ITUMBIARA 1 261 220 84% % Cod Usina Sistema Qmin,hist (m³/s) até 2012 Qmin,hist (m³/s) atual 32 CACH.DOURADA 1 273 242 89% 44 I. SOLT. EQV 1 1538 1403 91% 120 JAGUARI 1 7 5 71% 123 FUNIL 1 51 45 88% 129 SIMPLICIO 1 10 0 0% 130 ILHA POMBOS 1 104 99 95% 139 CANDONGA 1 43 38 88% 141 BAGUARI 1 163 116 71% 143 AIMORES 1 205 164 80% 144 MASCARENHAS 1 221 187 85% 148 IRAPE 1 8 6 75% 155 RETIRO BAIXO 1 25 10 40% 156 TRES MARIAS 1 80 35 44% 169 SOBRADINHO 3 506 396 78% 172 ITAPARICA 3 501 404 81% 176 COMP PAF-MOX 3 501 404 81% 178 XINGO 3 501 409 82% 192 GUILMAN-AMOR 1 22 16 73% 193 SA CARVALHO 1 24 18 75% Em 39 de 152 usinas foi batido o recorde de vazões mínimas mensais do histórico! IEE 2015.04.02 18 %
EAR ótima, HIDRO 1940..2009 100% 100% 90% 90% 80% 80% 70% 70% 60% 60% 50% 50% 40% 40% 30% 30% 20% 20% 10% 10% 0% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 100% 100% 90% 90% 80% 80% 70% 70% 60% 60% 50% 50% 40% 40% 30% 30% 20% 20% 10% 10% 0% 0% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (SE, S, NE e N) IEE 2015.04.02 19
HT 2015.04: cenário 0,91 GH e 90% MLT Sem déficit, mas despacha maioria das térmicas no horizonte de 4 anos IEE 2015.04.02 20
HT 2015.04: cenário 0,91 GH e 70% MLT Déficit médio de 9,6% no horizonte de 4 anos... IEE 2015.04.02 21
Considerações Finais Seca desde 2012 e atraso na expansão: dezenas de bilhões de reais, o quadro só não é pior pelo freio na economia. Expansão a fio d água e capacidade relativa decrescente de regularização: novos desafios para a operação, necessidade de maior capacidade complementar instalada e tendência a sazonalidade. Complementaridade hidro-eólica: como lidar tanto no planejamento como em tempo real quando aumentar a participação na matriz? A manutenção prolongada de níveis baixos implica perda significativa de produtividade nas usinas: o despacho térmico elevado só garantiu o atendimento a demanda, mas não a recuperação do sistema (o modelo oficial estima a produtividade a 65% do volume útil nos reservatórios). Como lidar com restrições operativas e usos múltiplos da água no planejamento da operação? Muitas eram baseadas no histórico (infactíveis e com conflitos no cenário atual). IEE 2015.04.02 22
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental Obrigado! IEE 2015.04.02 23