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ESTIMATIVA DA PEGADA HÍDRICA DA USINA HIDRELÉTRICA BARRA GRANDE
Acadêmico: Vitor Goline Gomes | Orientador: Pedro Luiz Borges Chaffe
Graduação em Engenharia Sanitária e Ambiental | Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental | Centro Tecnológico
INTRODUÇÃO
INTRODUÇÃO
ContextoINTRODUÇÃO
• Pegada hídrica (PH)
Volume de água total usada durante a produção e consumo de bens e serviços, bem como o
consumo direto e indireto no processo de produção.
(Hoekstra, 2011)
ContextoINTRODUÇÃO
• Pegada hídrica (PH)
• Energia elétrica consumida
ContextoINTRODUÇÃO
• Pegada hídrica (PH)
• Energia elétrica consumida
• PH dos geradores de energia
ContextoINTRODUÇÃO
• Pegada hídrica (PH)
• Energia elétrica consumida
• PH dos geradores de energia
• PH de Aproveitamentos Hidrelétricos
A pegada hídrica de uma usina hidrelétrica é o consumo de
água da hidrelétrica (entendida como a evaporação bruta anual
do seu reservatório), dividida pela geração anual de energia
(Mekonnen and Hoekstra, 2012).
ContextoINTRODUÇÃO
• Pegada hídrica (PH)
• Energia elétrica consumida
• PH dos geradores de energia
• PH de Aproveitamentos Hidrelétricos
• Energia geradaTempo
Ener
gia
ContextoINTRODUÇÃO
• Pegada hídrica (PH)
• Energia elétrica consumida
• PH dos geradores de energia
• PH de Aproveitamentos Hidrelétricos
• Energia gerada
• Sistemática de operação do sistema
Tempo
Ener
gia
ContextoINTRODUÇÃO
• Pegada hídrica (PH)
• Energia elétrica consumida
• PH dos geradores de energia
• PH de Aproveitamentos Hidrelétricos
• Energia gerada
• Sistemática de operação do sistema
• Energia assegurada
Tempo
Ener
gia
OBJETIVOS
OBJETIVOS
Objetivo GeralOBJETIVOS
Avaliar a pegada hídrica da Usina Hidrelétrica Barra Grande
Objetivos EspecíficosOBJETIVOS
Avaliar a pegada hídrica da Usina Hidrelétrica Barra Grande
• Estimar a evaporação de água no reservatório associado à Usina Hidrelétrica Barra Grande.
• Calcular a pegada hídrica associada ao empreendimento utilizando os parâmetros energia gerada e energia assegurada no cálculo.
• Avaliar um método de cálculo de pegada hídrica eficiente e condizente com o sistema elétrico brasileiro.
Objetivos EspecíficosOBJETIVOS
Avaliar a pegada hídrica da Usina Hidrelétrica Barra Grande
• Estimar a evaporação de água no reservatório associado à Usina Hidrelétrica Barra Grande.
• Calcular a pegada hídrica associada ao empreendimento utilizando os parâmetros energia gerada e energia assegurada no cálculo.
• Avaliar um método de cálculo de pegada hídrica eficiente e condizente com o sistema elétrico brasileiro.
Objetivos EspecíficosOBJETIVOS
Avaliar a pegada hídrica da Usina Hidrelétrica Barra Grande
• Estimar a evaporação de água no reservatório associado à Usina Hidrelétrica Barra Grande.
• Calcular a pegada hídrica associada ao empreendimento utilizando os parâmetros energia gerada e energia assegurada no cálculo.
• Avaliar um método de cálculo de pegada hídrica eficiente e condizente com o sistema elétrico brasileiro.
METODOLOGIA
METODOLOGIA
Área de EstudoMÉTODO
Usina Hidrelétrica Barra Grande
• 690 MW de potência instalada.
• Reservatório com 95km².
• Sub bacia do Rio Pelotas e Bacia do Rio Uruguai.
Estimativa de Evaporação - WREVAPMÉTODO
• Apresentado por Morton(1983a) e disponibilizado em linguagem Fortran por McMahon (2013b).
• Rotina Crle2: Calcula a evaporação em lagos profundos (profundidade variável).
• Estudos mostraram que essa técnica é consideravelmente superior as demais técnicas atualmente em uso.
Entrada no modelo
Dados Unidade Periodicidade Fonte
Altitude m Pontual Dados concedidos
pela equipe de O&M
da UHE Barra Grande
Salinidade ppm Pontual
Profundidade media
do reservatório m Pontual
Precipitação média
anual mm Diária
INMET(2016) e dados
concedidos pela
equipe de O&M da
UHE Barra Grande Temperatura média
do ar ºC Diária
Umidade relativa
média do ar % Diária
INMET(2016)
Insolação média horas Diária
Dados ClimatológicosMÉTODO
Precipitação Insolação
Temperatura
do ar Precipitação
Estação Proporção
Pinhal da
Serra/RS 60,74% 0,00% 61,48% 45,19%
Campo Belo
do Sul/SC 2,22% 0,00% 2,96% 0,00%
Lages/SC 37,04% 100,00% 35,56% 54,81%
Compilação de dados de diversas estações da região, dando
preferência por proximidade geográfica
Dados ClimatológicosMÉTODO
Temperatura média (ºC)
Insolação (horas)
Precipitação (mm)
Umidade relativa
média (%)
Dados OperacionaisMÉTODO
Cota e Profundidade
média (m)
• Dados com coleta horária.
• Mais de 95 mil medições em 11 anos.
Curva Cota x Volume x Área
• Batimetria de 2015
Percentual em relação ao
volume útil (%)
• Média de 64%
• Necessidade de dados medidos
Área do reservatório
(km²)
• Dado importante para definição da evaporação total
• Média de 78,36km²
Dados de EnergiaMÉTODO
Comparação entre Energia gerada e Energia assegurada
Ano
Energia
Gerada
(MWh)
Energia
Assegurada
(MWh)
Diferença
(MWh)
% da Energia
Gerada em relação a
Energia Assegurada
2006 1.362.860 3.195.763 (1.832.903) 42,65%
2007 3.689.204 3.334.056 355.148 110,65% 2008 2.950.699 3.343.190 (392.491) 88,26%
2009 3.086.577 3.334.504 (247.927) 92,56%
2010 4.282.768 3.334.056 948.712 128,46%
2011 4.066.698 3.334.056 732.642 121,97%
2012 1.831.719 3.343.190 (1.511.472) 54,79%
2013 3.021.101 3.334.056 (312.955) 90,61%
2014 4.284.860 3.334.056 950.804 128,52%
2015 3.702.368 3.334.056 368.312 111,05%
2016 3.797.956 3.343.190 454.766 113,60%
Total 36.076.811 36.564.174 (487.363) 98,67%
• Convergem em longo prazo
• Evita grandes variações
Cálculo da Pegada HídricaMÉTODO
• Cálculo da evaporação total
• Cálculo da PH utilizando a Energia assegurada
• Cálculo da PH utilizando a Energia gerada
𝐄𝐓 = 𝐄𝑻 × Á𝐫𝐞𝐚 𝐝𝐨 𝐞𝐬𝐩𝐞𝐥𝐡𝐨 𝐝′á𝐠𝐮𝐚 𝐏𝐇 =𝐄𝐓
𝐄𝐆𝐏𝐇 =
𝐄𝐓
𝐄𝐀
RESULTADOS
RESULTADOS
EvaporaçãoRESULTADOS
Evaporação real (mm)
• Saída do modelo WREVAP.
• Resultados mensais.
Evaporação total do reservatório
(106 m3)
Comparação entre
evaporação e precipitação
(mm)
• Dados mensais.
• Utilização dos dados de área do reservatório
Pegada HídricaRESULTADOS
PH Energia Gerada
(m3.MWh-1)
• Desconsiderado valor extremo no período que não houve geração.
• Grande variação
Comparação mensal de PH
Energia Gerada e Assegurada
(m3.MWh-1)
• Assegurada evita extremos.
PH Energia Assegurada (m3.MWh-1)
• Pequena variação.
Comparação anual de PH
Energia Gerada e Assegurada
(m3.MWh-1)
• Variação se mantém.
CONCLUSÃO
CONCLUSÃO
ConclusõesCONCLUSÃO
Tipo de Energia
Pegada
hídrica
mínima
Pegada
hídrica
média
Pegada
hídrica
máxima
Desvio
Padrão
(m³.MWh-1) (m³.MWh-1) (m³.MWh-1) (m³.MWh-1)
Energia Gerada 11,85 44,04 520,56 67,95
Energia Assegurada 16,76 25,38 39,12 5,17
• A pegada hídrica é consideravelmente mais estável utilizando o parâmetro energia assegurada.
• Viabiliza comparações entre as pressões sobre os recursos hídricos de aproveitamentos hidrelétricos.
• Viabiliza avaliações prévias de impacto sobre os recursos hídricos (fases de inventariado e viabilidade).
• Utilizando a energia assegurada o parâmetro se torna condizente com a sistemática de operação do Sistema Interligado Nacional (SIN).
RecomendaçõesCONCLUSÃO
• Realização de estudos de mesmo nível para outros aproveitamentos hidrelétricos brasileiros, considerando as variações regionais e tecnológicas.
• Expandir o conhecimento na sistemática de operação do sistema de energia elétrica de outros países, e assim poder compartilhar da mesma metodologia.
ReferênciasREFERÊNCIAS
• HOEKSTRA, A. Y. E. A. The water footprint assessment manual: setting the global standard. Earthscan, 2011. ISSN 9781849712798. Disponivel em: <http://doc.utwente.nl/78458/>.
• MCMAHON, T. A. E. A. Morton WREVAP Fortran code. Hydrol. Earth Syst. Sci., 2013b. Disponivel em: <http://people.eng.unimelb.edu.au/mpeel/morton.html>. Acesso em: 20 July 2016.
• MEKONNEN, M. M.; HOEKSTRA, A. Y. The blue water footprint of electricity from hydropower. Hydrology and earth system sciences, v. 16, p. 179-187, 2012. ISSN 1027-5606. Disponivel em: <http://dx.doi.org/10.5194/hess-16-179-2012>.
• MORTON, F. I. Operational estimates of areal evapotranspiration and their significance to the science and practice of hydrology. Journal of Hydrology, v. 66, n. 1-4, p. 1-76, 1983a. ISSN 0022-1694. Disponivel em: <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022169483901774>.
MUITO OBRIGADO
Acadêmico: Vitor Goline Gomes | Orientador: Pedro Luiz Borges Chaffe
Graduação em Engenharia Sanitária e Ambiental | Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental | Centro Tecnológico