Complementaridade energética de fontes renováveis : hidroelétrica, solar e eólica na bacia do Rio São Francisco

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: COUTINHO, Fábio Alves de Braz
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pernambuco; UFPE; Brasil; Programa de Pos Graduacao em Tecnologias Energeticas e Nuclear
• Palavras-chave em Português: Sistemas híbridos renováveis; Complementaridade energética; Mixagem em sistemas híbridos; Uso múltiplo da água; LCOE
• Link de acesso: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/63797

As significativas mudanças dos regimes hidrológicos, provocadas pelas mudanças climáticas globais, demonstraram, nos últimos anos, a vulnerabilidade da produção elétrica brasileira. As grandes centrais hidrelétricas estão funcionando muito aquém do seu fator de capacidade original por falta de água. Com isso, a otimização das usinas hidroelétricas e a utilização da capacidade ociosa da linha de transmissão de energia, caso ela exista, podem ser feitas com a adição de energias locais novas, como a energia solar e eólica, particularmente em Sobradinho. Dentro deste contexto, este trabalho mostrou as possibili- dades de complementaridade das energias solar, eólica e hidroelétrica nas grandes usinas localizadas na bacia do rio São Francisco. Para isso, foram utilizados dados climáticos de estações meteorológicas e de satélites, devidamente validados para a avaliação da comple- mentaridade dos recursos energéticos e de potência, utilizando as métricas estatísticas de Pearson, Spearman e Kendall. Diferentes configurações do campo solar (fixo com variação de azimute e inclinação em relação à horizontal e com rastreamento) foram simuladas e observou-se que as variações das configurações do campo solar podem modificar todas as métricas utilizadas; o fator de capacidade, por exemplo, pode variar em mais de 50%, com as mudanças na geometria da usina solar. A metodologia desenvolvida apresentou a formulação unificada das variáveis operacionais importantes de um sistema híbrido (fator de capacidade, estabilidade, despachabilidade, contingenciamento, reserva, custo nivelado de energia ’LCOE’ e otimização do uso da água), de forma unificada em função do mix e dos fatores de capacidade singelos. O estudo demonstrou que há complementaridade entre os recursos hidráulicos, solar e eólico, avaliado por meio dos índices de complementaridade estatísticos. Também foi identificado um efeito importante da escala temporal na comple- mentaridade, podendo a correlação modificar-se de similaridade para complementaridade ao modificar a escala temporal. Dentro de um mix, as configurações híbridas onde as modalidades energéticas são as mesmas, possuem as métricas analisadas melhoradas; a es- tabilidade, por exemplo, pode ser aperfeiçoada em até 13%. Em seguida, foram construídos diversos gráficos, todos em função da razão entre capacidade eólica e solar, que permitiram identificar o mix ótimo para uma dada estabilidade. Além da possibilidade de definir proporções de mix onde as métricas são otimizadas, para a estabilidade na escala horária, a configuração do mix cujas as proporções relativas entre as capacidades hidroelétrica, solar e eólica são respectivamente 1:0,5:1,5, alcança o limiar de melhor estabilidade. Em síntese, foram desenvolvidas ferramentas para estudos exploratórios necessários para um projeto conceitual. O conhecimento e a compreensão propiciados pela metodologia permi- tiram identificar os potenciais locais de instalação ( localização ótima) e também definir alguns mixes de interesse. Adicionalmente, o estudo demonstrou que é possível otimizar o uso da água com um acréscimo de 13-24% na capacidade instalada em Sobradinho com energia solar ou eólica pode produzir a mesma energia enquanto opera dentro do mínimo estabelecido pela ANA, considerando o ano típico dos últimos 10 anos. Completando o estudo, o LCOE foi calculado para instalação terrestre ou flutuante do sistema híbrido em Sobradinho. O que se verificou foi que, se a instalação for terrestre, a hibridização deve privilegiar a eólica (LCOE 25% menor), porém, caso seja flutuante, a solar (LCOE 50% menor).