Usinas Reversíveis no Brasil e no Mundo

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I SIMPÓSIO NACIONAL DE MECÂNICA DOS FLUIDOS E HIDRÁULICA

Agosto/2022 – Ouro Preto/MG

USINAS HIDRELÉTRICAS REVERSÍVEIS COMO ALTERNATIVA DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA

Antonio Harley Anselmo^[1]; Carlos Barreira Martinez^[2]

RESUMO: A recente expansão das fontes renováveis para geração de energia elétrica decorre do encarecimento dos combustíveis fósseis, da preocupação com impactos ambientais e mudanças climáticas, assim como de avanços tecnológicos e da queda de seus custos de implantação. Entretanto, a natureza intermitente e sazonal dos recursos naturais, como vento e irradiação solar, pode afetar a operação do sistema elétrico. Uma alternativa para dar equilíbrio à carga do sistema, é o armazenamento de energia. Uma tecnologia de larga escala para armazenamento é a de bombeamento hidráulico por meio de usinas hidrelétricas reversíveis (UHR), que oferecem mais eficiência, tempo de resposta mais rápido e vida útil mais longa que outras alternativas. O presente artigo apresenta uma revisão da literatura sobre o armazenamento de energia elétrica através de usinas hidrelétricas reversíveis (UHR), e o lugar desta tecnologia no cenário global e brasileiro. (ALBUQUERQUE, 2021)

ABSTRACT: The recent expansion of renewable sources for electricity generation stems from the increase in fossil fuels, the concern with environmental impacts and climate change, as well as technological advances and the drop in their implementation costs. However, the intermittent and seasonal nature of natural resources, such as wind and solar radiation, can affect the operation of the electrical system. An alternative to balance the system load is energy storage. A large-scale technology for storage is hydraulic pumping through Pumped Storage Hydroelectric plants (PSH), which offer more efficiency, faster response time and longer lifespan than other alternatives. This article presents a literature review on the storage of electrical energy through Pumped Storage Hydroelectric plants (PSH), and the place of this technology in the global and Brazilian scenario.

Palavras-Chave: Armazenamento, Baterias, Usinas reversíveis, Serviços Prestados, Fontes Renováveis de Energia

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1. INTRODUÇÃO

        O objetivo deste artigo foi reunir, desenvolver e divulgar conhecimento sobre usinas hidrelétricas reversíveis (UHRs), e ainda  permitir  uma compreensão sobre aspectos vitais para futura implantação dessas instalações considerando o crescimento de fontes de energia renovável intermitentes. Apresentar como as usinas hidrelétricas reversíveis (UHR) e Usinas por Bombeamneto Armazenado (UBA) poderão contribuir não só como armazenamento de energia, mas como uma importante fonte para segurança do Sistema Integrado Nacional. Também é feita uma revisão de como essa tecnologia vem sendo utilizada em países onde já se encontra consolidada. (PULINO e ANSELMO, 2021). Os avanços da energia renovável têm gerado elevada variabilidade e intermitência na geração, bem como instabilidade da rede elétrica. Para tornar a energia renovável mais eficiente operacionalmente, é comum o uso de sistemas de armazenamento de energia com resposta controlável pelo operador do sistema. Nesse cenário, o armazenamento de energia passa a ser um tema em ampla discussão no setor elétrico mundial, principalmente no cenário de transição energética. Os sistemas de armazenamento poderão contribuir para segurança energética dos sistemas trazendo flexibilidade operativa e prestação de serviços ancilares.

        Em um cenário de transição energética, a substituição dos combustíveis fósseis, tem sido, objeto de pesquisas e desenvolvimento de tecnologias de soluções para geração de energia limpa. Dentre as fontes consideradas limpas destacam-se a geração fotovoltaica, eólica e hidroelétrica. Este artigo busca atualizar através de uma pesquisa exploratória da bibliografia recente, artigos publicados sobre o tema. O artigo apresenta: a) o crescimento das fontes renováveis intermitentes no Sistema Elétrico Brasileiro; b) a evolução das tecnologias de armazenamento; c) mostra a experiência internacional; d) por fim apresenta como as UHR poderão ser aplicadas no Sistema Integrado Brasileiro, apresentando os resultados de um trabalho desenvolvido pelas empresas HE Consultoria e Gruner/Stucky, empresa suíça de engenharia trazendo o conceito de Usinas por Bombeamento Armazenado (UBA) e sua aplicabilidae no SIN.

1. A ENERGIA RENOVÁVEL INTERMITENTE NO SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO

                O Sistema Elétrico Brasileiro - SEB é conhecido mundialmente pela sua capacidade de geração de energia elétrica em larga escala através da utilização de fonte hidráulica. A utilização dessa fonte está atrelada a alguns fatores, que diferenciam nosso sistema elétrico dos demais, quais sejam: abundância de recursos hídricos, geografia dos rios, a dimensão continental do país, a malha do sistema de transmissão e a diversidade do clima no território nacional. A inserção das fontes renováveis - ERV em larga escala no SEB, vem gerando desafios cada vez maiores para a operação do sistema a medida que as fontes de energia renováveis não despacháveis, como as eólicas e fotovoltaicas avançam em participação no mercado. Também há que se considerar o fato do surgimento de um novo mercado de energia onde o consumidor gradativamente tende a ter papel menos passivo tornando-se também produtor de energia ou gerenciando sua demanda com base em estímulos econômicos e de forma descentralizada. No caso específico do Brasil, acrescenta-se ainda a redução percentual da capacidade de armazenamento de energia nos reservatórios de usinas hidrelétricas em relação à carga, trazendo novos desafios ao planejamento e à operação do sistema elétrico, e demandando novos serviços a serem prestados pela rede elétrica. Nesse novo ambiente, é imperativo que o planejamento do sistema elétrico seja capaz não só de considerar a dinâmica temporal e locacional associada à expansão da geração renovável, como vem sendo feito nos estudos proativos de transmissão, como também de lançar mão de estratégias de expansão que resultem em um sistema ótimo e flexível o suficiente para acomodar os diferentes cenários de carga e de disponibilidade de geração nos diferentes subsistemas. (BRASIL, MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA, EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA, 2022) O Grafico 1 apresenta Evolução da Capacidade Instalada Existente e Contratada do SIN