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Acesso aberto (Open Access)
Modelo de gerenciamento de usos múltiplos da água: um estudo de caso para a bacia hidrográfica do rio Tapajós
(Universidade Federal do Pará, 2016-02) FIGUEIREDO, Nelio Moura de; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
Este trabalho trata de um modelo para gerenciamento de usos múltiplos da água, visando minimizar conflitos de uso, relacionados com a operação de sistemas de reservatórios em aproveitamentos hidrelétricos de bacias hidrográficas. O modelo SOUMA – “Sistema de Otimização de Usos Múltiplos da Água”, que consiste em um modelo estocástico de otimização baseado em programação não linear, foi desenvolvido e estruturado em GAMS (General Algebraic Modeling System) com o emprego do solver MINOS. O SOUMA compõe-se de dois módulos auxiliares. O primeiro é um módulo de previsão de níveis de água, que consiste em um modelo estocástico do tipo ARIMA (Auto Regressive Integrated Moving Average). O segundo é um módulo de previsão de vazões, que é um modelo estocástico chuva-vazão, do tipo RNA. O modelo ARIMA na calibração e na validação apresentou R² médio acima de 0,93 e RMSE abaixo de 0,08, capturando de forma satisfatória o comportamento das séries níveis d’água. O modelo chuva-vazão que foi empregado na composição da vazão afluente ao reservatório, com a utilização de arquitetura RNA, apresentou R² médio de 0,954 e RMSE médio de 0,098. O modelo SOUMA foi aplicado à bacia do rio Tapajós para o futuro Aproveitamento Hidro Energético – AHE São Luiz do Tapajós, Itaituba, PA. Foram criados seis cenários que serviram de parâmetros na otimização e minoração dos conflitos. Vazões afluentes ao reservatório foram obtidas e simuladas, para os cenários hidrológicos seco, médio e úmido e para os cenários climáticos El Niño, Neutro e La Niña. Para geração de energia e profundidade de navegação, considerando as afluências dos cenários hidrológicos seco, médio e úmido, o SOUMA evidenciou, em relação aos níveis de referência dos cenários de navegação baixo, médio e alto, a ocorrência de profundidades abaixo da mínima, para gerações médias abaixo de 2.411 MW, 2.939 MW e 3.586 MW, respectivamente. Para geração de energia e capacidade de carga transportada, considerando as afluências dos cenários hidrológicos seco, médio e úmido, o SOUMA demonstrou, em relação aos níveis de referência dos cenários de navegação baixo, médio e alto, que gerações médias acima de 2.869 MW, 3.508 MW e 4.740 MW, respectivamente, não geram ganhos de capacidade de carga transportada e que gerações médias abaixo de 1.344 MW, 1.622 MW 2.056 MW, respectivamente, inviabilizam o transporte de carga. Para geração de energia e cota de inundação, considerando as afluências dos cenários hidrológicos seco, médio e úmido, o SOUMA mostrou, em relação aos níveis de referência dos cenários de controle de inundação baixo, médio e alto, a ocorrência de inundações a jusante, para gerações médias acima de 4.978 MW, 6.057 MW e 7.390 MW, respectivamente. Retiradas consuntivas são significativas apenas no período de junho a outubro. Considerando a média das demandas consuntivas mensais (145 m³/s), para afluências do cenário hidrológico seco, médio e úmido, o SOUMA evidenciou uma perda mensal na geração de energia elétrica de 50 MW, 47 MW e 44 MW, respectivamente. Os resultados aferidos evidenciam que os modelos desenvolvidos são ferramentas de fundamental importância à otimização operacional de sistemas de reservatórios com usos múltiplos, permitindo a otimização de gerações e de defluências em AHE, em períodos de cheia e de estiagem e de grandes demandas energéticas, com a manutenção de condições de navegabilidade em trechos a jusante de barramentos, através de simulações operacionais sustentáveis que minoram conflitos de uso.
Acesso aberto (Open Access)
Modelo matemático para otimização multiobjetivo do despacho econômico ambiental de usinas térmicas usando o NSGA-II
(Universidade Federal do Pará, 2017-07-14) MORAES, Nadime Mustafa; BEZERRA, Ubiratan Holanda; http://lattes.cnpq.br/6542769654042813
Uma das tarefas prioritárias para as usinas termelétricas é fornecer a demanda de energia solicitada garantindo o menor custo possível. Esta tarefa possui ainda mais importância na Região Norte do Brasil, principalmente no Polo Industrial de Manaus (PIM) e na própria cidade, onde uma grande parte desta energia é fornecida por Usinas Termelétricas (UTE). A seleção dos geradores e o seu regime de trabalho se conhece como Despacho Econômico (DE). O objetivo essencial do DE é operar as UTE satisfazendo a demanda ao menor custo de combustível possível. Entretanto, a preocupação mundial com a poluição causada pelos combustíveis fósseis nestes últimos tempos a minimizar o custo de combustível não pode ser considerado o único objetivo a atingir nas UTEs e limitar a emissão de poluentes tornou-se outro objetivo primordial. Assim, surge o Despacho Econômico Ambiental (DEA), que procura não diminuir os custos, mas também as emissões. Para resolver a otimização desta tarefa existem diversos métodos tanto determinísticos como heurísticos. Um dos métodos mais utilizados segundo a literatura é o Algoritmo Genético de Classificação Não-dominado, NSGA-II, considerando duas funções objetivos, uma função de custo de combustível e outra função de quantidade de emissões. Nesta tese, a solução proposta tem as seguintes contribuições: desenvolve uma nova e inédita função para avaliar a contaminação ambiental produzida pelas UTEs que além de minimizar a quantidade de poluentes, leva em consideração a influência dos poluentes mais nocivos para o meio ambiente. Essa função denominada Índice de Emissões é aplicada aos motores de duas UTEs da cidade de Manaus com resultados satisfatórios. O Índice de Emissões e a função tradicional custo de combustível é otimizada usando o NSGA-II, determinando soluções ótimas para a potência de saída em diversos cenários característicos e não característicos das usinas, podendo ser aplicado a qualquer termelétrica. Para analisar a viabilidade da solução proposta por esta tese, utilizaram-se um conjunto de dez unidades geradoras térmicas de uma UTE da cidade de Manaus e o Sistema de 118-barras do IEEE como estudos de caso, demonstrando a robustez da proposta no que se referem à solução apresentada. Tais resultados foram significativos, considerando Índice de Emissões e utilizando o procedimento de otimização do algoritmo de classificação não dominada II (NSGA-II). Esta nova metodologia do DEA viabiliza aos especialistas da área a redução de custos e planejamento de geração.
Acesso aberto (Open Access)
Viabilidade da geração de energia a partir de resíduos sólidos urbanos em pequenos municípios do estado do Pará
(UFPA - Universidade Federal do Pará, 2022-07-01) PADILHA, Jessé Luís; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662
A disposição de resíduos sólidos urbanos mais comum no Brasil é o aterro sanitário. Além disso, ainda existem unidades de descarte inadequadas em aterros controlados (lixões), mas existem alternativas tecnológicas para esse descarte e projetos já estão instalados no Brasil. É fundamental identificar a opção tecnológica adequada por meio de análises econômicas, transformando um problema ambiental em uma solução viável. Este trabalho tem como objetivo analisar a viabilidade financeira da combinação de destinos consolidados para a gestão de Resíduos Sólidos Urbanos identificados neste trabalho como rotas tecnológicas, que utilizam resíduos para energia, considerando inicialmente cidades de com população até 250.000 habitantes, posteriormente foi realizada uma análise de viabilidade utilizando as duas melhores rotas desta primeira analise em função do agrupamento de municípios paraenses tomando como base as distâncias, integridade das estradas e usabilidade ao longo do ano segundo o plano regional de resíduos sólidos do estado do Pará. Foi elaborado um algoritmo estruturado com foco na estimativa da receita a partir da taxa de contribuição da população (TCP), utilizando os indicadores econômicos: Valor Presente Líquido (VPL), Taxa Interna de Retorno (TIR), Tempo de Retorno Descontado (TRD) e Custo Nivelado da Eletricidade (LCOE), foi realizada ainda uma análise de sensibilidade de todos os componentes de custo com base no VPL. Os melhores resultados são as rotas com aterro e gás de aterro, e com reciclagem e digestão anaeróbica, considerando a venda de digerido e posteriormente encaminhados ao aterro sanitário. Estas apresentaram os melhores valores financeiros, com payback descontado de 15 e 20 anos, TCP máximo de R$ 0,22 e R$ 1,82, por habitante/mês, respectivamente, com TIR de 11,61%, para ambos. A análise de sensibilidade indicou maior influência nos custos de investimento do gás de aterro sanitário e serviços de coleta e limpeza urbana para a rota de reciclagem, digestão anaeróbica, digestato e aterro sanitário. Com relação ao agrupamento de municípios, o percentual médio estimados dos gastos com a renda de meio salário mínimo da população foi em média um pouco acima dos 3 %.