Flood control and energy production on the Brazilian hydrothermal system

Authors

Renato Carlos Zambon, Mario Thadeu Leme De Barros, Maíra Gimenes, Pedro Ludovico Bozzini, William W-g. Yeh

Abstract

The Brazilian hydrothermal system consists of 151 medium and large hydropower plants with reservoirs, including planned expansion over the next four years. About half of these reservoirs have a storage capacity to regulate flows in corresponding basins, while the others are run of river. Thirty reservoirs provide 95% of storage capacity. There are also hundreds of smaller hydropower plants, as well as thermal and wind power plants. The hydrothermal system is completely linked in order to maximize total hydropower production while accommodating hydrological diversity among different basins. The main objective of the hydropower operation is to satisfy demand while minimizing the cost of production; in other words, maximize water use and minimize the use of fossil fuels. The system is operated not only for hydropower production but also for flood control, navigation, recreation, and water supply for various purposes. Many of the reservoirs also have storage reserved seasonally for flood control. Dams and spillways have been designed for structural safety during extreme events, such as a 10,000 year flood. The spillways, even in run of river reservoirs, also are used for flood control of flows with much smaller return periods, resulting in important economic and social benefits. The flood control reservations must be defined carefully in order to balance the multiple, sometimes conflicting uses of water in the reservoirs. Flood control reservations reduce storage capacity to regulate flows and affect the productivity of hydropower plants in a complex system that must be managed through integrated operation. The management also must consider changes in climate and land use, flood forecasting and warning systems, as well as new data available from hydrological monitoring, etc. This paper presents a methodology to evaluate the impacts of flood control and minimum flow constraints on the electric energy production.

Keywords

Flood Control, Minimum Flow, Reservoir Operation, Hydropower

Controle de Cheias, Vazões Míni- mas; Operação de Reservatórios, Hidrelétricas

Autores

Renato Carlos Zambon, Mario Thadeu Leme De Barros, Maíra Gimenes, Pedro Ludovico Bozzini, William W-g. Yeh

Resumo

O sistema hidrotérmico brasileiro é formado por 151 usinas hidrelétricas de médio e grande porte com reservatórios, incluindo a expansão prevista para os próximos quatro anos. Cerca de metade desses reservatórios possuem volume útil para regularizar vazões em suas respectivas bacias, enquanto os demais operam a fio d-água. Trinta reservatórios no sistema são responsáveis por 95% da capacidade de armazenamento. Existem ainda centenas de pequenas centrais hidrelétricas, bem como usinas térmicas e eólicas. O sistema hidrotérmico é quase totalmente interligado, permitindo maximizar a produção hidrelétrica considerando a diversidade hidrológica entre as diferentes bacias. O principal objetivo da operação é atender a demanda minimizando os custos da geração, ou seja, aproveitar da melhor maneira possível o uso da água e minimizar o uso de combustíveis fósseis. O sistema é operado não apenas para a produção hidrelétrica, mas também para controle de cheias, navegação, recreação e abastecimento de água para diversas finalidades. Diversos reservatórios possuem parte do volume útil reservado sazonalmente para o controle de cheias. Represas e vertedores são dimensionados considerando a sua segurança estrutural durante eventos extremos, como em uma cheia decamilenar. Os vertedores, mesmo em reservatórios a fio d-água, também são importantes para o amortecimento de cheias com períodos de retorno menores, o que resulta importantes benefícios econômicos e sociais. O volume de espera para controle de cheias deve ser definido cuidadosamente para balancear os usos múltiplos e as vezes conflitantes da água na operação dos reservatórios. Volumes de espera para controle de cheias reduzem a capacidade de armazenamento para regularização de vazões e afetam a produtividade das hidrelétricas em um sistema complexo que deve ser gerenciado de através de uma operação integrada. O gerenciamento também deve considerar alterações climáticas, mudanças no uso do solo, sistemas de previsão e alerta de cheias, bem como novas informações disponíveis do monitoramento hidrológico, entre outros aspectos. Este trabalho apresenta uma metodologia para avaliar o efeito dos volume de espera para controle de cheias e das restrições de vazões mínimas a jusante na geração de energia elétrica.

Palavras-chave

Controle de Cheias, Vazões Mínimas; Operação de Reservatórios, Hidrelétricas