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