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Tipo de Documento: Dissertação
Título: Análise da influência dos períodos críticos na operação otimizada do sistema de usinas hidrelétricas da bacia do rio São Francisco utilizando programação não linear
Autor(es): Barbosa, Alan de Gois
Data do documento: 28-Jan-2020
Orientador: Mendes, Ludmilson Abritta
Coorientador: Celeste, Alcigeimes Batista
Resumo: 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.
Abstract: 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.
Palavras-chave: Engenharia civil
Programação não linear (PNL)
Usinas hidrelétricas
Bacias hidrográficas
Bacia do Rio São Francisco
PNL
Operação de reservatórios
Otimização determinística
Nonlinear programming (NLP)
NLP
Reservoir system operation
Deterministic optimization
área CNPQ: ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Agência de fomento: Fundação de Apoio a Pesquisa e à Inovação Tecnológica do Estado de Sergipe - FAPITEC/SE
Idioma: por
Sigla da Instituição: Universidade Federal de Sergipe
Programa de Pós-graduação: Pós-Graduação em Engenharia Civil
Citação: 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.
URI: http://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/16345
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