The energy-water nexus represents a complex system of correlated resources, with particular relevance to thermoelectric power plants. Since thermoelectric power plants typically depend on water for cooling, these facilities are prone to water-related challenges. At the same time, large water withdrawals for power plants can adversely impact other water users in a watershed. This work aims to evaluate water impacts on Texas power plant operations and the associated effects these power plants have on water availability. An evaluation of the water impacts on power generation in Texas was completed through four analyses: 1) water availability effects of changing cooling technologies, 2) economic value of drought resiliency through use of alternative cooling technologies, 3) dynamic impacts of reservoir storage on power generation operations, and 4) potential for reclaimed water as a cooling source. Based on the results of these analyses, the following general conclusions were drawn [bulleted list]: [bullet] Use of alternative cooling technologies decreases water withdrawals at the expense of additional energy and water consumption. However, the reduced withdrawals for power plants leaves more water in the stream for other water users, including instream flows. [bullet] Alternative cooling technologies incur additional capital costs, but gain value from reduced water withdrawals. The lower withdrawal requirements make such facilities more resilient to drought, which can have economic value from additional generation during possible drought-related curtailment or suspension. [bullet] Changing surface water reservoir storage at power plants has dynamic impacts on power generation operations, as well as other users in a river basin. Generally, decreasing power plant reservoir storage benefits other users in the basin. Instances arise where both beneficial and detrimental impacts are also observed. [bullet] Reclaimed water can be a technologically and economically feasible cooling source for many existing power plants. The future suitability of using reclaimed water for power plant cooling depends on water pipeline construction costs, reclaimed water flow, and water stress [end of bulleted list]. These general conclusions, along with further details, provide insight into the relationship between water resources and thermoelectric power plants. As resources become increasingly strained, understanding and responding to tradeoffs within the energy-water nexus, through such analyses, might become imperative for sustainable resource management. / text

No setor de energia elétrica, a área que se dedica ao estudo da inserção de novos parques geradores de energia no sistema é denominada planejamento da expansão da geração. Nesta área, as decisões de localização e instalação de novas usinas devem ser amplamente analisadas, a fim de se obter os diversos cenários proporcionados pelas alternativas geradas. Por uma série de fatores, o sistema de geração elétrico brasileiro, com predominância hidroelétrica, tende a ser gradualmente alterada pela inserção de usinas termoelétricas (UTEs). O problema de localização de UTEs envolve um grande número de variáveis através do qual deve ser possível analisar a importância e contribuição de cada uma. O objetivo geral deste trabalho é o desenvolvimento de um modelo de localização de usinas termoelétricas, aqui denominado SIGTE (Sistema de Informação Geográfica para Geração Termoelétrica), o qual integra as funcionalidades das ferramentas SIGs (Sistemas de Informação Geográfica) e dos métodos de decisão multicritério. A partir de uma visão global da área estudada, as componentes espaciais do problema (localização dos municípios, tipos de transporte, linhas de transmissão de diferentes tensões, áreas de preservação ambiental, etc.) podem ter uma representação mais próxima da realidade e critérios ambientais podem ser incluídos na análise. Além disso, o SIGTE permite a inserção de novas variáveis de decisão sem prejuízo da abordagem. O modelo desenvolvido foi aplicado para a realidade do Estado de São Paulo, mas deixando claro a viabilidade de uso do modelo para outro sistema ou região, com a devida atualização dos bancos de dados correspondentes. Este modelo é designado para auxiliar empreendedores que venham a ter interesse em construir uma usina ou órgãos governamentais que possuem a função de avaliar e deferir ou não a licença de instalação e operação de usinas. / In the electric power industry, there is an area devoted to study alternatives for the expansion of the energy generation system. The decisions regarding the location and installation of new plants ought to be thoroughly analyzed in that planning activity, in order to foresee the likely scenarios resulting from the combination of distinct alternatives. For a number of reasons, the predominantly hydroelectric generation system historically set in Brazil tends to be gradually altered by the introduction of thermoelectric power plants (TPPs). The site selection problem involves, in the case of TPPs, a large number of variables, which contribute to the analysis process in various ways and with different levels of importance. The general goal of this work is the development of a location model of thermoelectric plants, here named SIGTE (an acronym for Geographic Information System for Thermoelectric Generation), which integrates the functionalities of the GIS tools (Geographic Information Systems) and multicriteria decision methods. Starting from an overall view of the studied area, this combination of techniques ensures a more realistic representation of the spatial components of the problem (e.g., the location of the municipalities, the transportation alternatives, the different voltages of transmission lines, areas of environmental preservation, etc.) It thus allows a straightforward inclusion of environmental criteria in the analysis. In addition, the SIGTE framework is also flexible enough to incorporate new decisions variables. The model was applied in a case study carried out in the state of Sao Paulo, although it can be easily adapted for use in other systems or geographical areas given that the corresponding databases are available. SIGTE was envisaged to be a supporting tool to public and private stakeholders interested in building new power plants or to governmental agencies in charge of the regulation mechanisms required for the installation nd operation of plants.

No setor de energia elétrica, a área que se dedica ao estudo da inserção de novos parques geradores de energia no sistema é denominada planejamento da expansão da geração. Nesta área, as decisões de localização e instalação de novas usinas devem ser amplamente analisadas, a fim de se obter os diversos cenários proporcionados pelas alternativas geradas. Por uma série de fatores, o sistema de geração elétrico brasileiro, com predominância hidroelétrica, tende a ser gradualmente alterada pela inserção de usinas termoelétricas (UTEs). O problema de localização de UTEs envolve um grande número de variáveis através do qual deve ser possível analisar a importância e contribuição de cada uma. O objetivo geral deste trabalho é o desenvolvimento de um modelo de localização de usinas termoelétricas, aqui denominado SIGTE (Sistema de Informação Geográfica para Geração Termoelétrica), o qual integra as funcionalidades das ferramentas SIGs (Sistemas de Informação Geográfica) e dos métodos de decisão multicritério. A partir de uma visão global da área estudada, as componentes espaciais do problema (localização dos municípios, tipos de transporte, linhas de transmissão de diferentes tensões, áreas de preservação ambiental, etc.) podem ter uma representação mais próxima da realidade e critérios ambientais podem ser incluídos na análise. Além disso, o SIGTE permite a inserção de novas variáveis de decisão sem prejuízo da abordagem. O modelo desenvolvido foi aplicado para a realidade do Estado de São Paulo, mas deixando claro a viabilidade de uso do modelo para outro sistema ou região, com a devida atualização dos bancos de dados correspondentes. Este modelo é designado para auxiliar empreendedores que venham a ter interesse em construir uma usina ou órgãos governamentais que possuem a função de avaliar e deferir ou não a licença de instalação e operação de usinas. / In the electric power industry, there is an area devoted to study alternatives for the expansion of the energy generation system. The decisions regarding the location and installation of new plants ought to be thoroughly analyzed in that planning activity, in order to foresee the likely scenarios resulting from the combination of distinct alternatives. For a number of reasons, the predominantly hydroelectric generation system historically set in Brazil tends to be gradually altered by the introduction of thermoelectric power plants (TPPs). The site selection problem involves, in the case of TPPs, a large number of variables, which contribute to the analysis process in various ways and with different levels of importance. The general goal of this work is the development of a location model of thermoelectric plants, here named SIGTE (an acronym for Geographic Information System for Thermoelectric Generation), which integrates the functionalities of the GIS tools (Geographic Information Systems) and multicriteria decision methods. Starting from an overall view of the studied area, this combination of techniques ensures a more realistic representation of the spatial components of the problem (e.g., the location of the municipalities, the transportation alternatives, the different voltages of transmission lines, areas of environmental preservation, etc.) It thus allows a straightforward inclusion of environmental criteria in the analysis. In addition, the SIGTE framework is also flexible enough to incorporate new decisions variables. The model was applied in a case study carried out in the state of Sao Paulo, although it can be easily adapted for use in other systems or geographical areas given that the corresponding databases are available. SIGTE was envisaged to be a supporting tool to public and private stakeholders interested in building new power plants or to governmental agencies in charge of the regulation mechanisms required for the installation nd operation of plants.

nÃo hà / O CO2 lanÃado na atmosfera pela atividade antropogÃnica à considerado o maior agente causador da mudanÃa climÃtica. No mundo todo, as usinas termoelÃtricas sÃo as maiores fontes estacionÃrias de emissÃes de CO2. Segundo algumas previsÃes, atà 2100, os efeitos climÃticos podem se tornar irreversÃveis com consequÃncias desastrosas para todos os ecossistemas do planeta. Assim, à essencial a pesquisa de formas de fixaÃÃo do CO2 atravÃs da captura e armazenamento ou por processos naturais de reciclagem de carbono. A integraÃÃo entre processos emissores de CO2 e processos que utilizam o CO2 como matÃria-prima pode ser implementada dentro do princÃpio da Ecologia Industrial. Segundo esse conceito, o resÃduo de uma indÃstria à usado como matÃria-prima de outra, de modo que o impacto ambiental do sistema ampliado seja reduzido ao mÃnimo. O objetivo do presente trabalho foi o de realizar uma avaliaÃÃo tÃcnico-econÃmica do potencial de rotas tecnolÃgicas para reciclagem das emissÃes de CO2 em termoelÃtricas a gÃs natural pelo uso de microalgas. Para essa finalidade foram selecionadas duas rotas de reciclagem de CO2, analisadas cada uma, em dois cenÃrios alternativos (R1C1, R1C2, R2C1 e R2C2). A primeira rota està inserida no contexto da geraÃÃo de energia ou produtos quÃmicos pela tecnologia NGCC, enquanto que a segunda rota visa a produÃÃo do biohidrogÃnio. A avaliaÃÃo foi levada a efeito atravÃs da simulaÃÃo computacional utilizando o simulador de plantas quÃmicas AspenHysys. Na rota 1, o cenÃrio 1 estudou a utilizaÃÃo direta do gÃs natural para a produÃÃo do gÃs de sÃntese pelo processo de reforma a vapor. O cenÃrio 2 analisou a contribuiÃÃo da biomassa algal, atravÃs do processo de gaseificaÃÃo, para a geraÃÃo de gÃs de sÃntese, a ser utilizado para aumentar a eficiÃncia de geraÃÃo de energia. Os resultados obtidos com a rota R1C1 revelaram uma avaliaÃÃo tÃcnica positiva, com rendimentos em torno de 80%, mas o aspecto ambiental desfavorÃvel, associada a uma pequena geraÃÃo adicional de energia (3,8%). A rota R2C1 apresentou rendimentos de processo insatisfatÃrios (em torno de 64%) e uma avaliaÃÃo ambiental desfavorÃvel. A rota R2C2 apresentou rendimentos satisfatÃrios (em torno de 76%), nenhuma emissÃo de CO2 alÃm da geraÃÃo de um subproduto de grande interesse comercial, o carbono. A avaliaÃÃo econÃmica preliminar realizada para essa rota foi feita levando-se em conta trÃs diferentes cenÃrios: reciclagem ou nÃo dos efluentes do reator UASB para o cultivo de microalgas (dois primeiros cenÃrios) e acrÃscimo de crÃditos de carbono à receita proveniente da venda dos produtos (terceiro cenÃrio). Os dois primeiros cenÃrios mostraram-se economicamente desfavorÃveis, porÃm o terceiro cenÃrio demonstrou a possibilidade de viabilidade econÃmica do processo, com um tempo de retorno do capital investido em torno de cinco anos. Pode-se concluir do trabalho realizado que a produÃÃo de biohidrogÃnio a partir de fontes renovÃveis, segundo a rota R2C2 proposta, pode ser viabilizada pela utilizaÃÃo das microalgas como mecanismo de biofixaÃÃo das emissÃes de CO2 de termoelÃtricas. Finalmente pode-se constatar que o Nordeste brasileiro dispÃe de condiÃÃes climÃticas adequadas para a implantaÃÃo desse tipo de tecnologia. / CO2 emissions released into the atmosphere by anthropogenic activity are considered the largest causative agent of climate change. Worldwide, power plants are the largest stationary sources of CO2 emissions. According to some forecasts, by 2100, the climatic effects can become irreversible with disastrous consequences for all ecosystems on the planet. Thus, it is essential to research ways of fixing CO2 by capture and storage through natural carbon recycling processes. The integration of CO2 emitting processes and processes using CO2 as a feedstock can be implemented within the principle of Industrial Ecology. According to this concept, the residue of an industry is used as raw material to another unit, so that the environmental impact of the expanded system is minimized. The aim of this study was to conduct a technical and economic evaluation of the potential for technological pathways for recycling CO2 in natural gas fired power plants by microalgae fixation. For this purpose, two routes of CO2 were analyzed each one in two different scenarios (R1C1 , R1C2 , R2C1 and R2C2). The first route is related to the context of power generation by NGCC technology or chemical production, while the second route aims at the production of bio-hydrogen. The evaluation was carried out by computer simulation using the chemical plants simulator AspenHysys. Route R1C1, studied the direct use of natural gas for the production of synthesis gas by steam reforming process. Route R1C2 analyzed the contribution of algal biomass through gasification process for generating synthesis gas to be used to increase the efficiency of power generation. The results obtained with the route R1C1 showed a positive technical evaluation, with yields around 80 %, but the unfavorable environmental aspect associated and a small additional power generation (3.8 %). The route presented R2C1 showed unsatisfactory yields (around 64 %) and an unfavorable environmental assessment . The route R2C2 showed satisfactory yields ( around 76 %), no CO2 emissions as well as generating a byproduct of great commercial interest, carbon. The prelimiar economic evaluation performed for this route was made taking into account three different scenarios: no recycling of UASB reactor effluents for the microalgae cultivation and the addition of carbon credits to revenue from the sale of products. The first two scenarios were shown to be economically unfavorable, but the third scenario showed the possibility of economic viability of the process, with a time of return to capital invested in around five years. It can be concluded that the process of biohydrogen production from renewable sources, according to the proposed route R2C2, by the use of microalgae as a mechanism biofixaÃÃo CO2 emissions from gas-fired power plants may be technically and economically possible. Finally it can be seen that the Brazilian Northeast has suitable climatic conditions for the deployment of such technology.

Este trabalho tem como objetivo realizar um estudo de alocação de unidades termoelétricas em sistemas elétricos de potência (SEP). O fluxo de potencia ótimo (FPO) foi utilizado para se obter o ponto ótimo de operação para o sistema e os multiplicadores de Lagrange associados às restrições. Os multiplicadores de Lagrange indicam a sensibilidade entre a função objetivo e a restrição a ele associada. Esta sensibilidade indica, quais as barras do sistema, são candidatas à alocação de novas usinas termoelétricas. Testes nos sistemas de 5 barras, IEEE 14 barras, IEEE 30 barras, equivalente CESP 440 kV de 53 barras e IEEE 118 barras comprovam a eficiência da abordagem, a qual poderá ser utilizada em estudos de planejamento da expansão do sistema. / The aim of this paper is to present a study of thermoelectrical generation allocation in electric power systems. The optimal power flow (OPF) was used to evaluate the optimal operation point for the power system and also Lagrange multipliers associated with the constraints. The Lagrange multipliers are the sensitivity between the objective function and its constraints. This sensitivity is used to verify in a power system where is the best place to incentive the allocation of new thermoelectrical power plants. Tests on the systems: 5 buses, IEEE 14 buses, IEEE 30 buses, equivalent CESP 440kV 53 buses and IEEE 118 buses showed the efficiency of the presented approach. This method of analyzing the system can be used in study of expansion planning system.

Este trabalho tem como objetivo realizar um estudo de alocação de unidades termoelétricas em sistemas elétricos de potência (SEP). O fluxo de potencia ótimo (FPO) foi utilizado para se obter o ponto ótimo de operação para o sistema e os multiplicadores de Lagrange associados às restrições. Os multiplicadores de Lagrange indicam a sensibilidade entre a função objetivo e a restrição a ele associada. Esta sensibilidade indica, quais as barras do sistema, são candidatas à alocação de novas usinas termoelétricas. Testes nos sistemas de 5 barras, IEEE 14 barras, IEEE 30 barras, equivalente CESP 440 kV de 53 barras e IEEE 118 barras comprovam a eficiência da abordagem, a qual poderá ser utilizada em estudos de planejamento da expansão do sistema. / The aim of this paper is to present a study of thermoelectrical generation allocation in electric power systems. The optimal power flow (OPF) was used to evaluate the optimal operation point for the power system and also Lagrange multipliers associated with the constraints. The Lagrange multipliers are the sensitivity between the objective function and its constraints. This sensitivity is used to verify in a power system where is the best place to incentive the allocation of new thermoelectrical power plants. Tests on the systems: 5 buses, IEEE 14 buses, IEEE 30 buses, equivalent CESP 440kV 53 buses and IEEE 118 buses showed the efficiency of the presented approach. This method of analyzing the system can be used in study of expansion planning system.