No Brasil, cerca de dois terços da capacidade total instalada de geração de energia elétrica e, em média nos últimos quinze anos, aproximadamente 90% da geração efetiva provêm das hidrelétricas. Este sistema inclui 170 usinas hidrelétricas de médio e grande porte existentes ou previstas até 2023, aproximadamente dois terços delas com capacidade de regularizar vazões e todas operando de maneira interligada. Restrições ambientais, técnicas, sociais e econômicas tem dificultado cada vez mais a implantação de empreendimentos hidráulicos contendo reservatórios de grande porte, tornando a maioria dos novos empreendimentos a fio d´água. Para compreender melhor o processo, este trabalho apresenta um levantamento da evolução anual da capacidade instalada e de armazenamento do sistema desde 1950 até a expansão prevista nos próximos 8 anos, em 2023. Os dados da década de 2000 e a previsão até 2023 de forma ainda mais acentuada indicam uma redução continua e significativa da capacidade relativa de regularização, com impacto direto nas decisões de operação e de expansão do sistema térmico complementar. A fim de avaliar as possíveis consequências da redução da capacidade de regularização, simulações foram realizadas no modelo HIDROTERM (ZAMBON et al. 2012); os resultados apontam para uma necessidade de ser complementar continuamente a energia hídrica, não só em períodos hidrologicamente desfavoráveis. / In Brazil, about two-thirds of electricity installed capacity and over the last fifteen years, on average 90% of energy consumed has come from hydropower generation. The hydro system includes 170 medium and large hydropower plants in integrated operation today or planned to be operational by the end of 2023, about two-thirds of them have large storage capacities to regulate flows. Environmental, technical, social and economic constraints have made it increasingly difficult to project and build new reservoirs with large storage capacities. As a result, newly built hydropower plants are mostly the run-of-river type. To better understand the process, this paper presents a historical survey of the installed capacity of hydropower and storage capacity of the system since 1950 and extends to the planned expansion over the next eight years, through 2023. Data from 2000 and projections through 2023 indicate a significant reduction of relative regulating capacity, which has a direct impact on decisions regarding operation and expansion of the complementary thermal system. In order to assess the possible consequences of the reduction in regulating capacity, simulations were performed on HIDROTERM model (ZAMBON et al. 2012); the simulation results point to a continuous need for complementing the hydropower generation, not only on hydrologically unfavorable years.

No Brasil, cerca de dois terços da capacidade total instalada de geração de energia elétrica e, em média nos últimos quinze anos, aproximadamente 90% da geração efetiva provêm das hidrelétricas. Este sistema inclui 170 usinas hidrelétricas de médio e grande porte existentes ou previstas até 2023, aproximadamente dois terços delas com capacidade de regularizar vazões e todas operando de maneira interligada. Restrições ambientais, técnicas, sociais e econômicas tem dificultado cada vez mais a implantação de empreendimentos hidráulicos contendo reservatórios de grande porte, tornando a maioria dos novos empreendimentos a fio d´água. Para compreender melhor o processo, este trabalho apresenta um levantamento da evolução anual da capacidade instalada e de armazenamento do sistema desde 1950 até a expansão prevista nos próximos 8 anos, em 2023. Os dados da década de 2000 e a previsão até 2023 de forma ainda mais acentuada indicam uma redução continua e significativa da capacidade relativa de regularização, com impacto direto nas decisões de operação e de expansão do sistema térmico complementar. A fim de avaliar as possíveis consequências da redução da capacidade de regularização, simulações foram realizadas no modelo HIDROTERM (ZAMBON et al. 2012); os resultados apontam para uma necessidade de ser complementar continuamente a energia hídrica, não só em períodos hidrologicamente desfavoráveis. / In Brazil, about two-thirds of electricity installed capacity and over the last fifteen years, on average 90% of energy consumed has come from hydropower generation. The hydro system includes 170 medium and large hydropower plants in integrated operation today or planned to be operational by the end of 2023, about two-thirds of them have large storage capacities to regulate flows. Environmental, technical, social and economic constraints have made it increasingly difficult to project and build new reservoirs with large storage capacities. As a result, newly built hydropower plants are mostly the run-of-river type. To better understand the process, this paper presents a historical survey of the installed capacity of hydropower and storage capacity of the system since 1950 and extends to the planned expansion over the next eight years, through 2023. Data from 2000 and projections through 2023 indicate a significant reduction of relative regulating capacity, which has a direct impact on decisions regarding operation and expansion of the complementary thermal system. In order to assess the possible consequences of the reduction in regulating capacity, simulations were performed on HIDROTERM model (ZAMBON et al. 2012); the simulation results point to a continuous need for complementing the hydropower generation, not only on hydrologically unfavorable years.

A dissertação trata da aplicação de técnicas de programação não linear para otimização da operação de sistemas hidroenergéticos. Foi analisado o desempenho de diferentes funções objetivo para a otimização energética, assim como de regras para deplecionamento de sistemas hidroenergéticos com configurações em paralelo e em série. Neste caso, foi utilizado um sistema hipotético de reservatórios para permitir maior adequação do sistema aos conceitos que foram testados. O sistema Paranapanema foi escolhido como caso de estudo. Para esta bacia discutem-se aspectos ligados às séries hidrológicas, que constituem o principal dado de entrada do processo de otimização. A aplicação ao sistema Paranapanema foi efetuada com otimização de períodos de até 20 anos. Foram definidas novas regras baseadas na observação dos resultados da otimização de longo período e também apresentados padrões de variação da geração e dos volumes dos reservatórios. Foram feitas comparações com a operação real observada. Apresentou-se uma aplicação à operação de tempo real, que define políticas de operação para curto prazo. Essa aplicação tem horizonte de 12 meses, partindo-se do mês atual e considerando cenários futuros baseados em prognósticos climáticos. Os resultados mostram que a partir das regras definidas é possível ter um entendimento do processo de otimização. Os padrões de variação da geração e dos volumes auxiliam na elaboração de políticas de operação. Dessa forma se tem uma visão abrangente da otimização de um sistema hidroenergético considerando os resultados da otimização dentro de um ciclo sazonal conjuntamente com as implicações da otimização de longo período. / An application analysis of nonlinear programming is developed for hydropower systems optimization. The Paranapanema system is chosen like case study and treats aspects tied to hydrological series, that constitute the main input of optimization process. Different objective functions performance are analyzed for the hydropower optimization. It analyzes rules for emptying of hydropower reservoirs with configurations in parallel and in series. In this case a hypothetical system is used to allow larger system adaptation to the concepts that are tested. An application to the Paranapanema system is made, working with periods optimization of up to 20 years. New rules are defined based on the observation of the results of long period optimization. Also variation standards of power generation and reservoirs volumes are introduced. Comparisons with the observed operation are made. An application to real time operation is made, that defines operation policies for short term. This application has horizon of 12 months, departing of the current month and considering future scenarios based on climate prediction. The results show that is possible to have an optimization process understanding from the defined rules. The generation and volumes variation standards assist in the operation policies elaboration. Thus it has a general vision of hydropower system optimization, considering the results of optimization inside seasonal cycle jointly with the optimization long period implications.

A dissertação trata da aplicação de técnicas de programação não linear para otimização da operação de sistemas hidroenergéticos. Foi analisado o desempenho de diferentes funções objetivo para a otimização energética, assim como de regras para deplecionamento de sistemas hidroenergéticos com configurações em paralelo e em série. Neste caso, foi utilizado um sistema hipotético de reservatórios para permitir maior adequação do sistema aos conceitos que foram testados. O sistema Paranapanema foi escolhido como caso de estudo. Para esta bacia discutem-se aspectos ligados às séries hidrológicas, que constituem o principal dado de entrada do processo de otimização. A aplicação ao sistema Paranapanema foi efetuada com otimização de períodos de até 20 anos. Foram definidas novas regras baseadas na observação dos resultados da otimização de longo período e também apresentados padrões de variação da geração e dos volumes dos reservatórios. Foram feitas comparações com a operação real observada. Apresentou-se uma aplicação à operação de tempo real, que define políticas de operação para curto prazo. Essa aplicação tem horizonte de 12 meses, partindo-se do mês atual e considerando cenários futuros baseados em prognósticos climáticos. Os resultados mostram que a partir das regras definidas é possível ter um entendimento do processo de otimização. Os padrões de variação da geração e dos volumes auxiliam na elaboração de políticas de operação. Dessa forma se tem uma visão abrangente da otimização de um sistema hidroenergético considerando os resultados da otimização dentro de um ciclo sazonal conjuntamente com as implicações da otimização de longo período. / An application analysis of nonlinear programming is developed for hydropower systems optimization. The Paranapanema system is chosen like case study and treats aspects tied to hydrological series, that constitute the main input of optimization process. Different objective functions performance are analyzed for the hydropower optimization. It analyzes rules for emptying of hydropower reservoirs with configurations in parallel and in series. In this case a hypothetical system is used to allow larger system adaptation to the concepts that are tested. An application to the Paranapanema system is made, working with periods optimization of up to 20 years. New rules are defined based on the observation of the results of long period optimization. Also variation standards of power generation and reservoirs volumes are introduced. Comparisons with the observed operation are made. An application to real time operation is made, that defines operation policies for short term. This application has horizon of 12 months, departing of the current month and considering future scenarios based on climate prediction. The results show that is possible to have an optimization process understanding from the defined rules. The generation and volumes variation standards assist in the operation policies elaboration. Thus it has a general vision of hydropower system optimization, considering the results of optimization inside seasonal cycle jointly with the optimization long period implications.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um Sistema de Suporte a Decisão (SSD) para o planejamento operacional de sistemas hidrotérmicos de grande porte formados por um conjunto de usinas hidrelétricas e termelétricas, operados para geração e atendimento a demandas de energia elétrica. São consideradas também outras fontes de geração de energia, a expansão do sistema, transposições, usos múltiplos da água e restrições ambientais. O SSD integra um banco de dados com informações sobre o sistema hidrotérmico, uma interface gráfica para facilitar a edição dos dados e visualização dos resultados e os modelos de simulação e otimização. Os modelos do SSD chamado HIDROTERM baseiam-se na programação não linear (PNL). Nas diversas aplicações feitas do SSD com dados do Sistema Interligado Nacional (SIN), formado por 4 subsistemas e 128 usinas hidrelétricas ativas, foram obtidos resultados bastante satisfatórios demonstrando diversos avanços em relação ao modelo SISOPT de Barros et al. (2003), com destaque para a velocidade de processamento, o porte de sistemas aos quais o modelo pode ser aplicado e a representação bem mais completa do sistema hidrotérmico. Além do planejamento da operação do sistema hidrotérmico, o SSD pode ser aplicado também para diagnósticos do sistema existente, análises de impacto de mudanças em regras operacionais e de usos múltiplos da água, planejamento e avaliação de alternativas de expansão. / This paper presents the development of a Decision Support System (DSS) for the operational planning of large-scale hydrothermal systems formed by a series of hydroelectric and thermoelectric power plants, operated for the production and service demands for energy. Other sources of energy production, the expansion of the system, water transfers, multiple uses of water and environmental constraints are also considered. The DSS integrates a database with information of the hydrothermal system, a graphical interface to facilitate the editing of the data and display the results and the simulation and optimization models. The models of the called DSS HIDROTERM are based on the non-linear programming (NLP). In several applications made with the DSS with data for the Brazilian Hydrothermal System, formed by 4 subsystems and 128 active hydroelectric plants, very satisfactory results were obtained demonstrating various advances in relation to the model SISOPT from Barros et al. (2003), with emphasis on the processing speed, the size of systems to which the model can be applied and in a much more complete representation of the hydrothermal system. In addition to the planning of the operation of the hydrothermal system, the DSS can be applied also to the existing system diagnoses, analyses the impact of changes in operating rules and of multiple uses of water, planning and evaluation of expansion alternatives.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um Sistema de Suporte a Decisão (SSD) para o planejamento operacional de sistemas hidrotérmicos de grande porte formados por um conjunto de usinas hidrelétricas e termelétricas, operados para geração e atendimento a demandas de energia elétrica. São consideradas também outras fontes de geração de energia, a expansão do sistema, transposições, usos múltiplos da água e restrições ambientais. O SSD integra um banco de dados com informações sobre o sistema hidrotérmico, uma interface gráfica para facilitar a edição dos dados e visualização dos resultados e os modelos de simulação e otimização. Os modelos do SSD chamado HIDROTERM baseiam-se na programação não linear (PNL). Nas diversas aplicações feitas do SSD com dados do Sistema Interligado Nacional (SIN), formado por 4 subsistemas e 128 usinas hidrelétricas ativas, foram obtidos resultados bastante satisfatórios demonstrando diversos avanços em relação ao modelo SISOPT de Barros et al. (2003), com destaque para a velocidade de processamento, o porte de sistemas aos quais o modelo pode ser aplicado e a representação bem mais completa do sistema hidrotérmico. Além do planejamento da operação do sistema hidrotérmico, o SSD pode ser aplicado também para diagnósticos do sistema existente, análises de impacto de mudanças em regras operacionais e de usos múltiplos da água, planejamento e avaliação de alternativas de expansão. / This paper presents the development of a Decision Support System (DSS) for the operational planning of large-scale hydrothermal systems formed by a series of hydroelectric and thermoelectric power plants, operated for the production and service demands for energy. Other sources of energy production, the expansion of the system, water transfers, multiple uses of water and environmental constraints are also considered. The DSS integrates a database with information of the hydrothermal system, a graphical interface to facilitate the editing of the data and display the results and the simulation and optimization models. The models of the called DSS HIDROTERM are based on the non-linear programming (NLP). In several applications made with the DSS with data for the Brazilian Hydrothermal System, formed by 4 subsystems and 128 active hydroelectric plants, very satisfactory results were obtained demonstrating various advances in relation to the model SISOPT from Barros et al. (2003), with emphasis on the processing speed, the size of systems to which the model can be applied and in a much more complete representation of the hydrothermal system. In addition to the planning of the operation of the hydrothermal system, the DSS can be applied also to the existing system diagnoses, analyses the impact of changes in operating rules and of multiple uses of water, planning and evaluation of expansion alternatives.