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Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.106.2021.tde-04082021-150221
Document
Auteur
Nom complet
José Vítor Pereira Miguel
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2021
Directeur
Jury
Sauer, Ildo Luís (Président)
Alencar, Airlane Pereira
Fadigas, Eliane Aparecida Faria Amaral
Pereira Junior, Amaro Olimpio
Rocha, Rosmeri Porfirio da
Zambon, Renato Carlos
Titre en portugais
Avaliação da geração de energia elétrica no Brasil em condições de escassez de recursos eólicos e hídricos
Mots-clés en portugais
Escassez
Geração de energia
Modos de variabilidade climática
Recursos eólicos
Recursos hídricos
Variabilidade interanual
Resumé en portugais
A intensificação em curso da exploração de recursos eólicos para geração de energia no Brasil é acompanhada por um rearranjo das participações de diferentes fontes energéticas na matriz elétrica, sendo plausível que o atendimento à carga futura seja majoritariamente sustentado por recursos eólicos e hídricos. Na medida em que estes recursos manifestam variabilidade interanual em suas disponibilidades, aumenta-se a complexidade do planejamento do setor elétrico e do dimensionamento da capacidade instalada de geração no longo prazo, haja vista que esta variabilidade pode acarretar ocorrências de eventos extremos de escassez eólica, hídrica, ou até mesmo períodos de escassez conjunta destes recursos. Entende-se que eventos desta sorte debilitariam, em última instância, a geração anual de energia. Nesse sentido, este trabalho pretendeu compreender características dos eventos de escassez eólica e verificar se fenômenos climáticos de larga escala e baixa frequência possam ter influenciado suas ocorrências. Ademais, o objetivo principal da pesquisa foi avaliar o comportamento da geração combinada de energia pelas fontes eólica e hídrica em condições de escassez conjunta destes recursos. Para tanto, um extenso ferramental analítico foi aplicado sobre séries temporais constituídas de dados eólicos que representam o NE do Brasil e de dados hídricos que representam a região SE/CO. Mediante técnicas de clusterização, foi possível identificar sub-regiões cujo vento se comporta similarmente e, por meio de análises empíricas, permitiu-se o reconhecimento histórico de ocorrência de eventos extremos que remontam escassez destes recursos. Os resultados apontam para a ocorrência de eventos de escassez conjunta nos anos de 1964 e 1971. Isoladamente, eventos de escassez eólica em 1973-1974 e 1984-1985 parecem ter sido influenciados pelas fases negativas concomitantes dos modos de variabilidade climática El Niño Oscilação Sul e padrão dipolo do Oceano Atlântico em sua porção tropical. Na última etapa, cenários com base em diferentes composições da matriz elétrica foram conceituados para simular a geração por recursos eólicos no NE combinada com a geração por recursos hídricos no SE/CO e representar o atendimento à carga de 2019 bem como a carga projetada para 2050. Foi revelado que, em condições de escassez, a geração combinada por estes recursos pode ser reduzida em cerca de 80 TWh se comparada ao que fora verificado no ano de 2019. Em um cenário que considera 190 GW de capacidade instalada de geração pela fonte eólica, o atendimento à carga futura pode sofrer redução de cerca de 200 TWh por ano em eventos de escassez conjunta de recursos eólicos e hídricos. Estes números reforçam a tese de que condições como estas devem conduzir tomadas de decisão no que tange o dimensionamento e a composição do parque gerador a nível nacional, a fim de que o setor elétrico brasileiro seja robusto a ponto de tolerar a variabilidade interanual intrínseca aos recursos eólicos e hídricos.
Titre en anglais
Assessment of Brazils electric energy generation under wind and hydro resources scarcity.
Mots-clés en anglais
Climate modes of variability
Energy generation
Hydro resources
Interannual variability
Scarcity
Wind resources
Resumé en anglais
The ongoing intensification of wind resources exploitation towards energy generation in Brazil is followed by a rearrangement on the shares of different energy sources in the electricity mix, seeming likely that future load to be mainly sustained by wind and hydro resources. As far as these resources exhibit interannual variability on their availability, planning the power sector and dimensioning the long-term future installed power capacity can become complex tasks, provided that this variability might entail the occurrence of extreme events such as wind scarcity, hydro droughts or, even worse, both happening concurrently. It is understood that, ultimately, such events would undermine the annual power supply. In that sense, this research intended to comprehend some characteristics of wind scarcity events and to examine if large scale and low frequency climate phenomena could have influenced incidents like these before. Moreover, this researchs main objective was to evaluate the combined energy generation behavior from both wind and hydro resources under extreme scarcity events. For this purpose, an extensive analytical toolkit was implemented over time series of wind data representing the Northeast of Brazil and hydro data representative to the Southeast/Midwest region. Upon clustering techniques, it was possible to identify subregions where the wind behaves similarly and, through empirical analysis, the historical occurrences of both wind and hydro resources scarcity was recognized. Results point to extreme events like these back in 1964 and 1971. In isolation, wind droughts in 1973-1974 and 1984-1985 seemed to have been influenced by the negative phases of El Niño South Oscillation and the dipole pattern on the tropical Atlantic Ocean happening simultaneously. Subsequently, scenarios based on different electricity mix compositions were conceptualized to simulate energy generation from wind resources in the Northeast combined with hydro resources in the Southeast/Midwest subsystem to represent the load following for the year of 2019 as well as for the 2050 projected load. It was revealed that, under diminished availability due to scarcity, the conjoint generation from these resources could have been reduced in about 80 TWh when compared to the verified generation for 2019. As for a future scenario considering 190 GW of installed wind power capacity, the load meeting could suffer the reduction of 200 TWh in a single year due to scarcity. These findings reinforce the thesis that conditions like these must conduct decision making when it comes to dimensioning and figuring the composition of the generation mix to a national level, so that Brazils power sector can be robust up to the point of tolerating the interannual variability intrinsic to wind and hydro resources.
 
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Date de Publication
2021-08-17
 
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