Geração de energia em barragens existentes de baixa queda com usinas sifão

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Pizutti, Janaína Terhorst
• Orientador(a): Beluco, Alexandre
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Usinas hidrelétricas; Sifoes; Energia elétrica : Geração; Pequena barragem; Energia renovável; Energia solar fotovoltaica; Sistema híbrido de energia
• Palavras-chave em Inglês: Siphon plants; Low head dams; Renewable energy; HOMER Software; Floating photovoltaic modules; Hydroelectric plants
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/274918

A disponibilidade hídrica favoreceu historicamente a implantação de usinas hidrelétricas que condicionaram um sistema elétrico predominantemente renovável no Brasil. Apesar de economicamente competitivas e de propiciarem flexibilidade operativa em resposta às flutuações de demanda energética, atualmente as grandes centrais tem esbarrado em uma estreita faixa remanescente de locais com potencial para instalação de novas usinas. O elevado investimento em obras civis, a distância entre os aproveitamentos hidrelétricos e os grandes centros de consumo, além dos impactos ambientais e sociais, têm sido taxativos. Por outro lado, a exploração de potenciais hídricos menores é uma tendência emergente que pode ser concretizada em barragens com baixa queda de água estimulando a descentralização energética e encurtando as extensas redes de distribuição. O desafio desse tipo de usina está condicionado a sua menor atratividade econômica que muitas vezes, acaba implicando em custos de capital desproporcionalmente mais altos por unidade de energia instalada. Nesse sentido usufruir de estruturas existentes concebidas sem a finalidade de gerar energia, como aquelas de abastecimento de água e de irrigação, foi uma das estratégias abarcadas como potencial de expansão neste estudo. Essa medida torna a operação de barragens existentes polivalente e sustentável, dispensando a construção e reduzindo custos civis relacionados a novas estruturas. Para isso, uma usina sifão foi proposta dada sua adaptabilidade ao maciço da barragem existente, não sendo necessário rompê-lo. Considerando a dificuldade de viabilização de pequenas usinas, mesmo em barragens que já existem, à intermitência do recurso renovável hídrico e a ausência de reservatórios, este estudo objetivou determinar soluções otimizadas para geração de energia renovável em barragens existentes de baixa queda (< 8 m) e facilitar sua viabilização através de sistemas híbridos hidrelétricos-fotovoltaicos. Dois estudos de caso reais, para aproveitamento do potencial energético de barragens existentes de baixa queda, foram avaliados com auxílio do software HOMER Energy. Foram determinados em nível de préviabilidade, configurações otimizadas que incluíram sistemas complementares com turbinas hidráulicas e módulos fotovoltaicos flutuantes a fim de atenuar a intermitência de vazões. Os resultados foram promissores ao demostrarem competitividade econômica relacionada ao custo nivelado de energia com soluções ótimas que variaram de 0.069 a 0.164 US$/ kWh, frações renováveis de 69 a 83 %, para demandas de cargas primária de 2600 a 3400 kWh/dia e geração hídrica de até 271 kW para sistemas que incluíram Hidro-Diesel-Bateria-PV. Os sistemas 100 % renováveis, que incluíram Hidro-BateriaPV, atenderam demandas de 2000 a 3400kW a um COE de 0.006 a 0.291 US$ com geração hídrica de até 139 kW.