Dissertação
Análise da influência dos períodos críticos na operação otimizada do sistema de usinas hidrelétricas da bacia do rio São Francisco utilizando programação não linear
Registro en:
BARBOSA, Alan de Gois. Análise da influência dos períodos críticos na operação otimizada do sistema de usinas hidrelétricas da bacia do rio São Francisco utilizando programação não linear. 2020. 162 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2020.
Autor
Barbosa, Alan de Gois
Institución
Resumen
The evolution of water resource management, especially reservoir operation, is
constantly changing over the decades. Currently, one of the greatest challenges is to operate
hydrothermal networks subject to the randomness of hydrological events, atmospheric
fluctuations and climatic change and, as a consequence, to the possible reduction of reservoir
inflows. Conflicts among users are already registered and there are direct impacts on the
generation and commercialization of electricity. In addition, the definition of the critical
period directly interferes with the energy sharing of Brazilian hydroelectric plants.
Northeastem Brazil has historically faced periods of water deficit, making the São Francisco
River Basin (SFRB) important for the region’s development, mainly with the implementation
of the São Francisco River and Northern Northeast River Basin Integration Project. In view of
the above, the present study aims to conduct a study regarding the statistical behavior of time
series related to the management of the SFRB hydrosystem, as well as to measure the
performance of the hydroelectric reservoir system plants in supplying the multiple users:
electrical, consumptive and environmental uses, given the different critical periods. Historical
records of natural inflows, natural inflow energy and stored energy were employed. As the
basic assumptions of randomness, independence, homogeneity and stationarity are considered
in hydrological assessments, the following assessments were conducted: regarding the
presence of trends, the Mann-Kendall, Spearman and Pettitt tests were applied; as for
randomness, the single-sample runs test was applied; as for independence, the Wald and
Wolfowitz test was applied and, for homogeneity, the Mann-Whitney test was applied. Two
methodologies for defining the critical period were compared: according to the natural
inflows and according to the stored energy. Subsequently, the commitment of a deterministic
operation optimization model in assessing different uses was assessed, using nonlinear
programming, for the different critical periods. It was observed that the series of natural
inflows, natural inflow energy and stored energy are predominantly non-stationary, with a
change in trend in the 1990s, directly interfering in the critical period of the basin, assessed
between 2013 – 2019. When comparing the performance of operating models in nonlinear
programming (NLP) with the standard operating policy model, there was a significant
decrease in the vulnerability of the system. Fundação de Apoio a Pesquisa e à Inovação Tecnológica do Estado de Sergipe - FAPITEC/SE A evolução da gestão dos recursos hídricos, principalmente a operação de
reservatórios, está em constante mudança. Um dos principais desafios atuais é operar redes
hidrotérmicas sujeitas à aleatoriedade dos eventos hidrológicos, às flutuações atmosféricas e
às mudanças climáticas e, como consequência, à possível redução de afluências aos
reservatórios. Conflitos entre os setores usuários já são registrados e há impactos diretos na
geração e comercialização de energia elétrica. Além disso, a definição do período crítico
interfere diretamente no rateio de energia das usinas hidrelétricas brasileiras. O Nordeste
brasileiro historicamente enfrenta deficit hídrico, fazendo com que a Bacia Hidrográfica do
rio São Francisco seja um alicerce para seu desenvolvimento, principalmente com a
implantação do projeto de integração da bacia com o Nordeste Setentrional. Diante do
exposto, o presente trabalho tem como objetivo realizar um estudo a respeito do
comportamento das séries relacionadas ao funcionamento do sistema hidrelétrico implantado
na bacia hidrográfica do rio São Francisco, bem como mensurar o desempenho do sistema de
reservatórios das usinas hidrelétricas no atendimento aos diversos setores usuários (elétrico,
usos consuntivos e ambiental) diante dos diferentes períodos críticos. Foram empregadas as
séries de vazões naturais afluentes, energia natural afluente e energia armazenada. Como nas
avaliações hidrológicas se considera as premissas básicas de aleatoriedade, independência,
homogeneidade e estacionariedade, foram feitas as seguintes avaliações: quanto à presença
de tendência, aplicaram-se os testes de Mann-Kendall, Spearman e Pettitt; quanto à
aleatoriedade, aplicou-se o single-sample runs test; quanto à independência, foi aplicado o
teste de Wald e Wolfowitz e, quanto à homogeneidade, aplicou-se o teste de Mann-Whitney.
Duas metodologias de definição de período crítico foram comparadas: segundo a vazão
natural afluente e segundo a energia armazenada. Posteriormente, aferiu-se o compromisso
do modelo de otimização determinística de operação no atendimento de diversos usos,
utilizando programação não linear, para os diferentes períodos críticos. Foi observado que as
séries de vazões naturais afluentes, energia natural afluente e energia armazenada são,
predominantemente, não estacionárias, com mudança de tendência na década de 1990,
interferindo diretamente no período crítico da bacia, avaliado entre 2013 – 2019. Ao se
comparar o desempenho dos modelos de operação em programação não linear (PNL) com o
modelo de política de operação padrão, utilizando-se a série determinística de vazão natural
afluente, obteve-se diminuição expressiva da vulnerabilidade do sistema. São Cristóvão