Estudo sobre o planejamento integrado entre usinas hidrelétricas reversíveis e eolioelétricas em momentos de sobre oferta ou de curtailment de energia elétrica

Abstract

No cenário da transição energética brasileiro há um aumento na participação de usinas de fontes intermitentes ligadas à rede elétrica através de inversores e um crescente de eventos de restrições operacionais impostas a estas usinas. Assim, torna-se necessário encontrar alternativas para garantir a estabilidade do sistema, bem como maximizar o uso dos recursos energéticos disponíveis. Nesse contexto, as Usinas Hidrelétricas Reversíveis (UHRs) surgem como uma solução promissora. Portanto, este trabalho tem como objetivo apresentar um estudo sobre o planejamento integrado entre uma UHR e uma eolioelétrica em momentos de sobre oferta ou de curtailment de energia elétrica no Brasil. Para isso, foi adotada a metodologia de Dinâmica de Sistemas (DS) devido a sua capacidade de trabalhar com sistemas complexos, não linearidades e integração de múltiplos elementos. A modelagem proposta foi estruturada em um Diagrama de Laços Causais, para uma análise qualitativa, e um Diagrama de Estoque e Fluxo, para analisar quantitativamente, e implementada no software Stella Architect. As variáveis de geração eolioelétrica e de curtailment foram alimentadas com dados reais de um conjunto eólico localizado na região Nordeste do país. Foram simulados três cenários de armazenamento nos reservatórios da UHR. Os resultados demonstraram que uma maior disponibilidade de energia no reservatório superior resultou em um maior aproveitamento da energia hidrelétrica, no entanto, em todos os casos, houve um aumento significativo da energia injetada no grid, demonstrando a eficiência da UHR como solução para o problema.

In the context of Brazil’s energy transition, there is an increase in the participation of intermittent power plants connected to the grid through inverters, along with a growing number of operational restrictions imposed on these plants. Therefore, it is necessary to find alternatives to ensure the stability of the system, as well as to maximize the use of available energy resources. In this context, Pumped Storage Hydroelectric Plants (PSH) emerge as a promising solution. Thus, this work aims to present a study on the integrated planning between a PSH and a wind farm during periods of overproduction or electricity curtailment in Brazil. For this, the System Dynamics (SD) methodology was adopted due to its ability to work with complex systems, nonlinearities, and the integration of multiple elements. The proposed model was structured using a Causal Loop Diagram for qualitative analysis and a Stock and Flow Diagram for quantitative analysis, and implemented using the Stella Architect software. The wind generation and curtailment variables were fed with real data from a wind farm located in the Northeast region of the country. Three different storage scenarios for the PSH reservoir were simulated. The results showed that greater energy availability in the upper reservoir led to increased hydropower utilization. However, in all scenarios, there was a significant increase in the energy injected into the grid, demonstrating the efficiency of the PSH as a solution to the problem