Hidrelétricas de acumulação por bombeamento associadas a aerogeradores para o aumento da oferta de energia no horário de ponta: estudo de caso na Bacia do Rio Paraíba do Sul

Abstract

Sistemas híbridos de geração de energia, que combinam a geração eólica com a geração hidráulica, são um modo de melhorar o aproveitamento da energia gerada pelos inconstantes e aleatórios ventos, e supri-la quando houver a demanda de energia por parte dos consumidores. A presente pesquisa analisa a possibilidade de conversão de centrais hidrelétricas convencionais em centrais de acumulação por bombeamento associadas a centrais eólicas, visando o aumento da oferta de energia elétrica no horário de ponta do Sistema Elétrico Brasileiro. Esta pode ser uma ser uma alternativa sustentável de adaptação do sistema hidrotérmico brasileiro às mudanças climáticas e a períodos de escassez hídrica. A pesquisa é desenvolvida através de um estudo de caso na Bacia Hidrográfica do Rio Paraíba do Sul, mais especificamente, nas Usinas Hidrelétricas de Paraibuna e Santa Branca. A análise consiste em fazer simulações de operação de uma Central Hidrelétrica de Acumulação por Bombeamento (CHAB) para bombear água no horário fora de ponta e gerar a energia acumulada no horário de ponta, associado a um parque eólico para alimentar as bombas e assim sincronizar a geração de energia eólica com o pico de demanda energética. São realizadas simulações com três objetivos diferentes (melhoria do uso da água, maximização da geração da energia no horário de ponta e a maximização da variação total de energia gerada e consumida). Em termos de variação de energia gerada, conclui-se que a CHAB propicia um aumento de aproximadamente 12,5% (em relação ao total gerado anualmente pela usina de Paraibuna) ou 41,8 GWh/ano na energia gerada no horário de ponta, atendendo assim o pico de demanda e consequentemente dando maior estabilidade ao sistema elétrico. Como esperado, o balanço energético de Paraibuna é negativo, uma vez que há perdas adicionais das operações de bombeamento, totalizando aproximadamente uma redução de 7,8% (em relação ao total gerado anualmente pela usina de Paraibuna). Além da maior oferta de energia no horário de ponta, conclui-se que a CHAB contribui para a regularização hídrica, uma vez que diminui a variabilidade do nível de montante tanto nos períodos de cheias e principalmente nos períodos de crise hídrica.

Hybrid systems for power generation that combine wind with hydroelectric generation are a way to synchronize the power demand from grid and the power generated by the wind power generation. The research project analyses the adaptation of existing hydro powerplants, changing them into Power Storage Powerplants, combined with wind farms to increase the energy generation in the peak-demand period in Brazilian Electrical System. It can be a sustainable solution to adapt the Brazilian Hydro-Thermal System to climate changes and drought periods. The research project has been developed in a system proposed in the Paraiba do Sul Basin, specifically, in the Paraibuna and Santa Branca Power Plants. The analysis consists in simulating the daily operation of Pumped Storage Powerplant (PSP) to pump the water in the off-peak period and generate the storage energy in the peak period, linked to a wind farm to feed the pumps to synchronize the energy generated by wind farm with peak-demand period. Three goals (improve the water usage, maximization of power generated in the peakdemand period and maximization of overall power generated) has been simulated. Regarding the addition of power generated, PSPs can increase by 12.5% approximately (in relation to the total amount generated annually by the Paraibuna Powerplant) or 41.8 GWh/year during peakdemand period, fulfilling the peak power demand and consequently improve the stability of overall electric system. The energy balance of Paraibuna Power Plant and PSP is negative as expected, since there are additional losses from pumping mode, resulting 7.8% reduction (in relation to the total amount generated annually by the Paraibuna Powerplant). In addition to increase energy availability in the peak period, one concludes that PSP helps to stabilize the generation system, since it reduces the variability of upstream level either on flood periods and mainly on drought periods.