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Title in Portuguese: Nexo energia-água: estudo de caso para a Matriz Elétrica do Ceará 2050
Author: Freitas, Deivid Matias de
Advisor(s): Carvalho, Paulo Cesar Marques de
Co-advisor(s): Braga, Arthur Plínio de Souza
Keywords: Nexo energia-água
Geração de energia elétrica
Cenários energéticos
Matriz energética
Geração de eletricidade
Issue Date: 2021
Citation: FREITAS, Deivid Matias de. Nexo energia-água: estudo de caso para a matriz elétrica do Ceará 2050. 2021. 96f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Fortaleza, 2021.
Abstract in Portuguese: O nexo energia-água é um desafio que pode afetar a produção de eletricidade do Ceará (CE), especialmente em longos períodos de estiagem. Essa dependência fica mais evidente em virtude de a atual matriz do estado contar com quatro usinas termelétricas (Porto do Pecém I e II, Termofortaleza, Termoceará), que demandam quantidade elevada de água, e do uso concorrente dos recursos hídricos limitados. A partir dessa motivação, a presente dissertação apresenta cenários energéticos e quantifica a retirada de água das tecnologias de geração, com o objetivo de auxiliar o planejamento do estado e otimizar a produção elétrica, apontando vulnerabilidades e soluções. A metodologia adotada reúne coeficientes técnicos das principais tecnologias de geração elétrica, totalizando 31 configurações entre fonte ou combustível e sistemas de resfriamento. Em seguida, são caracterizadas as estruturas geradoras para a construção dos cenários que permitem estimar vazões de consumo para o estado. A vazão estimada da matriz elétrica do CE em 2020, cenário de referência operando a plena carga, é de 0,86 m³/s. O cenário da Agência Internacional de Energia, que prevê instalar a captura e armazenamento de carbono em usinas a carvão e gás natural, aumentaria a retirada de água no CE em 90% (passando para 1,66 m³/s), sem acréscimo de potência. Por fim, o cenário estimado para a matriz elétrica do CE em 2050, previsto pelo modelo de média móvel integrada autorregressiva (ARIMA), tem como resultado uma geração anual para o CE de 86 GWh, com retirada estimada de 3,35 m³/s. Diante dos valores de retirada, é analisada a viabilidade dos cenários com a curva de permanência Q90 para o maior reservatório do estado (Castanhão), seguindo as orientações do Decreto Nº 23.067/94, utilizado no processo de outorga, sendo constatadas dificuldades para gerenciar o uso concorrente da geração elétrica e abastecimento humano. Como proposta de solução, é indicado o uso de sistemas de resfriamento seco (ar) ou híbrido como prioridade na instalação de novas usinas termelétricas no CE. Além disso, indicar-se que as usinas existentes a carvão passem a utilizar água do mar (desmineralizada), tendo em vista a proximidade com o mar e o suprimento de água doce limitado do estado.
Abstract: The energy-water nexus is a challenge that can affect the electricity production of Ceará (CE), especially in long periods of drought. This dependence is more evident due to the fact that the state's current matrix has four thermoelectric plants (Porto do Pecém I and II, Termofortaleza, Termoceará), which demand a high amount of water, and the concurrent use of limited water resources. Based on this motivation, this dissertation presents energy scenarios and quantifies the withdrawal of water from generation technologies, with the objective of assisting state planning and optimizing electrical production, pointing out vulnerabilities and solutions. The adopted methodology gathers technical coefficients of the main electric generation technologies, totaling 31 configurations between source or fuel and cooling systems. Then, the generating structures for the construction of the scenarios that allow the estimation of consumption flows for the state are characterized. The estimated flow of the electric matrix of the CE in 2020, the reference scenario operating at full load, is 0.86 m³/s. The scenario of the International Energy Agency, which foresees installing carbon capture and storage in coal and natural gas plants, would increase water withdrawal in the CE by 90% (increasing to 1.66 m³/s), without increasing power. Finally, the estimated scenario for the electrical matrix of the CE in 2050, predicted by the autoregressive integrated moving average (ARIMA) model, results in an annual generation for the CE of 86 GWh, with an estimated withdrawal of 3.35 m³/s. In view of the withdrawal values, the feasibility of the scenarios with the Q90 permanence curve for the largest reservoir in the state (Castanhão) is analyzed, following the guidelines of Decree Nº 23.067/94, used in the granting process, confirming difficulties in managing the concurrent use of electrical generation and human supply. As a proposal for a solution, the use of dry (air) or hybrid cooling systems is indicated as a priority in the installation of new thermoelectric plants in the CE, in addition to indicating that the existing coal plants must start using sea water (demineralized), having in view of the proximity to the sea and the limited fresh water supply of the state.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/58261
metadata.dc.type: Dissertação
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