A operação dos reservatórios e o planejamento da operação hidrotérmica do
Sistema Interligado Nacional
Renato Carlos Zambon
1 IEE 2015.04.02 [email protected]
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental
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 [email protected] 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
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Introdução, geração de energia no SIN
4
152 hidrelétricas de médio e grande porte, mais PCHs
$$$$$
IEE 2015.04.02 [email protected]
Composição da carga por fonte geradora (médias mensais)
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
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6
QI upstream
Qt Qv Quc
Qv
Ev
Qt
Smax(FC)
Smin
P(Qt,H-HT)
HT(Qt+Qv)
Qtmax(H-HT)
S
(t-1,t)
(A(H(S))) H A
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Decisão sob incerteza
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mais hidro
armazena
ok! seco
verte úmido
raciona seco
ok! úmido
?
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Histórico da capacidade instalada
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0
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Cap
acid
ade
In
stal
ada
(MW
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N
NE
S
SE/CO
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EAR
max
(M
Wm
ês)
N
NE
S
SE/CO
Histórico da capacidade de EAR
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00
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EAR
max
/ C
apac
idad
e I
nst
alad
a (m
ese
s)
EAR / Capacidade instalada
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Capacidade de armazenamento SIN
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90%
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Ener
gia
Arm
azen
ada
Máx
ima
Reservatórios de Regularização
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Volumes de espera
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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%
Principais bacias do SIN
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Incerteza climática + mudanças no uso do solo (transformação chuva-vazão)
Não estacionariedade das vazões
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Q (m
³/s)
Itaipu, vazão natural média mensal e média móvel 12 meses
0
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35000
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50000
1931 1941 1951 1961 1971 1981 1991 2001 2011
Q (m
³/s)
Tucuruí, vazão natural média mensal e média móvel 12 meses
Não estacionariedade das vazões
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0
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1931 1941 1951 1961 1971 1981 1991 2001 2011
Q (m
³/s)
Sobradinho, vazão natural média mensal e média móvel 12 meses
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
50000
1931 1941 1951 1961 1971 1981 1991 2001 2011
Q (m
³/s)
Jirau, vazão natural média mensal e média móvel 12 meses
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%
IEE 2015.04.02 [email protected] 18
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!
EAR “ótima”, HIDRO 1940..2009
19
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(SE, S, NE e N)
IEE 2015.04.02 [email protected]
HT 2015.04: cenário 0,91 GH e 90% MLT
IEE 2015.04.02 [email protected] 20
Sem déficit, mas despacha maioria das térmicas no horizonte de 4 anos
HT 2015.04: cenário 0,91 GH e 70% MLT
IEE 2015.04.02 [email protected] 21
Déficit médio de 9,6% no horizonte de 4 anos...
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 [email protected] 22
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental
Obrigado!
IEE 2015.04.02 23 [email protected]
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