A função básica de um sistema de energia elétrica é fornecer aos seus clientes energia elétrica economicamente e tão confiável quanto possível. A importância da confiabilidade dos sistemas de energia elétrica é claramente notada quando as pessoas são confrontadas com a perda de energia elétrica, não importando se a perda provoca parada das linhas de produção ou mesmo impactos financeiros às empresas, o que pode consequentemente causar enorme impacto econômico além de situações que impactam o conforto da população. Dentro deste contexto esta tese apresenta uma metodologia para avaliação da confiabilidade de plantas de geração de energia elétrica que possibilita avaliar qualitativamente e quantitativamente a confiabilidade e disponibilidade dos principais componentes elétricos e mecânicos necessários à geração confiável de energia. A análise qualitativa foi realizada levando-se em consideração as características físicas das usinas hidroelétricas e as características construtivas das unidades geradoras para que fosse possibilitada a classificação das unidades geradoras em grupos estatisticamente significativos. A análise quantitativa foi fundamentada em métodos estatísticos de estimação e inferência e aspectos relacionados ao desempenho e disponibilidade de usinas hidroelétricas brasileiras tendo como referência os índices preconizados pelas agências regulatórias. As unidades geradoras foram modeladas através de métodos estatísticos e probabilísticos que permitem avaliar por meio de técnicas de confiabilidade a frequência e a duração das falhas além das probabilidades associadas a cada estado de falha. Os dados de falha foram obtidos por meio de bancos de dados consolidados por agentes geradores e órgãos federais responsáveis pela operação do sistema interligado nacional. Os dados representam a história operativa de grande parte das usinas hidrelétricas brasileiras operadas e despachadas de forma centralizada. A metodologia apresentada nesta tese preenche uma lacuna na existência de metodologias focadas em avaliação de confiabilidade de plantas de geração em fase de projeto, que possibilitariam a mitigação de riscos de falhas e perdas produtivas quando da operação comercial da planta de geração. / The basic function of a power system is to provide their customers electricity as economically and reliably as possible. The importance of the reliability of electric power systems is clearly noted when people are confronted with the loss of energy, no matter if the loss stops the production lines or even causes financial impacts on companies, which may consequently cause huge economic impact beyond situations that influence the comfort of the population. Within this context, this thesis presents a methodology for assessing the reliability of plants generating electricity that enables qualitatively and quantitatively evaluate the reliability and availability of key electrical and mechanical components needed to generate reliable power. Qualitative analysis was performed taking into account the physical characteristics of hydroelectric and constructive features of the generating units to which the classification was made to enable pool and cluster generating units in groups statistically significant. Quantitative analysis was based on statistical methods of estimation and inference and aspects related to performance and availability of Brazilian hydroelectric plants with reference to the indices recommended by regulatory agencies. The units were modeled using probabilistic and statistical methods for assessing, by means of reliability techniques, the frequency and duration of failures plus the probabilities associated with each state of failure. The failure data were obtained from consolidated databases by agents and federal agencies responsible for the operation of the national grid. The data represent the operational history of much of Brazil\'s hydroelectric facilities operated and dispatched centrally. The methodology presented in this thesis fills a gap in the existence of methodologies focused on reliability assessment of power plants in the design phase, which would allow the mitigation of risks of failures and production losses when the commercial operation of the generating plant.

A função básica de um sistema de energia elétrica é fornecer aos seus clientes energia elétrica economicamente e tão confiável quanto possível. A importância da confiabilidade dos sistemas de energia elétrica é claramente notada quando as pessoas são confrontadas com a perda de energia elétrica, não importando se a perda provoca parada das linhas de produção ou mesmo impactos financeiros às empresas, o que pode consequentemente causar enorme impacto econômico além de situações que impactam o conforto da população. Dentro deste contexto esta tese apresenta uma metodologia para avaliação da confiabilidade de plantas de geração de energia elétrica que possibilita avaliar qualitativamente e quantitativamente a confiabilidade e disponibilidade dos principais componentes elétricos e mecânicos necessários à geração confiável de energia. A análise qualitativa foi realizada levando-se em consideração as características físicas das usinas hidroelétricas e as características construtivas das unidades geradoras para que fosse possibilitada a classificação das unidades geradoras em grupos estatisticamente significativos. A análise quantitativa foi fundamentada em métodos estatísticos de estimação e inferência e aspectos relacionados ao desempenho e disponibilidade de usinas hidroelétricas brasileiras tendo como referência os índices preconizados pelas agências regulatórias. As unidades geradoras foram modeladas através de métodos estatísticos e probabilísticos que permitem avaliar por meio de técnicas de confiabilidade a frequência e a duração das falhas além das probabilidades associadas a cada estado de falha. Os dados de falha foram obtidos por meio de bancos de dados consolidados por agentes geradores e órgãos federais responsáveis pela operação do sistema interligado nacional. Os dados representam a história operativa de grande parte das usinas hidrelétricas brasileiras operadas e despachadas de forma centralizada. A metodologia apresentada nesta tese preenche uma lacuna na existência de metodologias focadas em avaliação de confiabilidade de plantas de geração em fase de projeto, que possibilitariam a mitigação de riscos de falhas e perdas produtivas quando da operação comercial da planta de geração. / The basic function of a power system is to provide their customers electricity as economically and reliably as possible. The importance of the reliability of electric power systems is clearly noted when people are confronted with the loss of energy, no matter if the loss stops the production lines or even causes financial impacts on companies, which may consequently cause huge economic impact beyond situations that influence the comfort of the population. Within this context, this thesis presents a methodology for assessing the reliability of plants generating electricity that enables qualitatively and quantitatively evaluate the reliability and availability of key electrical and mechanical components needed to generate reliable power. Qualitative analysis was performed taking into account the physical characteristics of hydroelectric and constructive features of the generating units to which the classification was made to enable pool and cluster generating units in groups statistically significant. Quantitative analysis was based on statistical methods of estimation and inference and aspects related to performance and availability of Brazilian hydroelectric plants with reference to the indices recommended by regulatory agencies. The units were modeled using probabilistic and statistical methods for assessing, by means of reliability techniques, the frequency and duration of failures plus the probabilities associated with each state of failure. The failure data were obtained from consolidated databases by agents and federal agencies responsible for the operation of the national grid. The data represent the operational history of much of Brazil\'s hydroelectric facilities operated and dispatched centrally. The methodology presented in this thesis fills a gap in the existence of methodologies focused on reliability assessment of power plants in the design phase, which would allow the mitigation of risks of failures and production losses when the commercial operation of the generating plant.

Made available in DSpace on 2017-07-21T14:42:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RICARDO DA SILVA GAMA.pdf: 1347454 bytes, checksum: 33365f55a7734df6a21aedb3e3bf81aa (MD5) Previous issue date: 2010-02-26 / Is there a democratic management of the water resources at the coastline basin of Paraná? Does the hydroelectric generation activity influence this fact? The answer of these questions constitute the master line in the conduction of this academic work, that has as interest period the one before the Water Resources Federal Law (Federal Law nº 9433/1997) up to the present date. The implementation verification (or not) of the democratic management and participative of the water at the studied place was searched through deepen at the researched place and it´s social relations, search of specific knowledge about the hydroelectric generation activity effects, analyses of the referential juridical limit of the hydroelectric generation activity and a theory conceptual incursion. The specific objective of the work addresses to determinate the existence of water participatory management in the water parting of the Paraná coast, the influence of hydroelectric dams in this context, but also the generation of economic externalities and negative environmental impacts associated with the operation of these developments in the region. The advance in the process of research and preparation of the dissertation came from a perspective rooted in the complexity of the relationships between society and environment, establishing a starting question that was deployed in hypotheses, which gave rise to variables, whose determination supported the answer to the proposed problem. Regarding the database, information was collected with the government, market players, researchers, civil society and coastal communities, combining those produced in an environment of scientific knowledge with information marked by common sense impressions. The link of the theory study and of the collected data will allow the initial question to be answered, which signalizes to the non implementation of the democratic management and participative of the water resources at the coastline basin of Paraná, with influence of the hydroelectric generation activity for the perpetuation of this condition. / Existe gestão democrática dos recursos hídricos na bacia litorânea do Paraná? A atividade de geração hidrelétrica tem influência neste fato? A resposta a estes questionamentos constitui a linha mestra de condução deste trabalho, que possui como período de interesse aquele posterior à edição da Lei Federal de Recursos Hídricos (Lei Federal nº 9433/1997) até a presente data. A verificação da implementação (ou não) da gestão democrática e participativa da água no local estudado foi buscada mediante aprofundamento no local investigado e suas relações sociais, busca de conhecimentos específicos sobre os efeitos da atividade de geração hidrelétrica, análise dos marcos jurídicos balizadores da política de recursos hídricos e uma incursão teórico-conceitual. O objetivo específico do trabalho dirige-se à verificação da existência de gestão participativa da água na bacia hidrográfica do litoral do Paraná e a influência das geradoras hidrelétricas neste contexto, bem como da geração de externalidades econômicas e impactos ambientais negativos ocasionados pela operação destes empreendimentos na região. Para avanço no processo de pesquisa e elaboração da dissertação partiu-se de uma perspectiva ancorada na complexidade das relações entre sociedade e ambiente, estabelecendo-se uma pergunta de partida que foi desdobrada em hipótese, a qual deu origem a variáveis, cuja apuração subsidiou a resposta ao problema proposto. Com relação à base de dados, foram coletados elementos junto ao poder público, agentes do mercado, pesquisadores, sociedade civil e comunidades ribeirinhas, conjugando-se aqueles produzidos num ambiente de conhecimento científico com informações marcadas por impressões do senso comum. O encadeamento do estudo teórico e os dados coletados permitiram o oferecimento de resposta à pergunta inicial, a qual aponta para a não implementação da gestão democrática e participativa dos recursos hídricos na bacia litorânea do Paraná, com influência da atividade de geração hidrelétrica para perpetuação desta condição.

A Análise de Ciclo de Vida (ACV) tem se mostrado uma importante ferramenta de avaliação ambiental, devido à seu enfoque “sobre função", que permite considerar o desempenho ambiental de produtos, procedimento cada vez mais requerido por diversos atores sociais. Para que a ACV possa ser utilizada de modo amplo e confiável, faz-se necessário que se desenvolvam bases de dados regionalizadas, contendo Inventários de Ciclo de Vida (ICV) dos principais insumos usados pela sociedade- energia, matérias- primas,etc. O presente trabalho faz parte de uma projeto conduzido pelo GP2- Grupo de Prevenção da Poluição, da Escola Politécnica/ USP, de disponibilização de bases brasileiras para ACV, sendo dedicado especificamente à geração de eletricidade. Para permitir sua realização no âmbito de uma dissertação de mestrado, adotou-se como simplificação a geração de eletricidade na usina hidrelétrica de Itaipu, responsável em 2000 por 22,4% da eletricidade consumida no país. Para construir o ICV realizou-se uma revisão bibliográfica sobre o uso da ACV em hidrelétricas, estabelecendo recomendações gerais. A seguir, estudou-se Itaipu quanto à sua obra civil e consumo de insumos na construção e operação por 100 anos, obtendo ao final um ICV com os aspectos ambientais mais significativos em termos da energia gerada (MWh). Neste contexto as fronteiras estabelecidas incluem: escavações e obras de terra; instalação e operação do canteiro de obras; transporte dos operários e de cimento, cinzas, aço estrutural e diesel para a obra; ciclo de vida do aço, cobre, cimento, diesel, óleos lubrificante e de transformador usados na barragem e equipamentos permanentes (considerando inclusive manutenção e substituição); e enchimento do reservatório. Com a discussão dos resultados pode-se demonstrar, além da importância do uso de dados homogêneos, que o ICV é extremamente sensível ao horizonte de análise (na verdade à energia gerada), o que confirma que a construção é a principal origem dos aspectos ambientais significativos. Outra conclusão é que cada hidrelétrica constitui um caso particular, não sendo possível atribuir valores típicos. No entanto, há indícios de que Itaipu, por seu alto fator de capacidade e potência instalada, possua um desempenho ambiental acima da média das hidrelétricas, principalmente no que se refere ao tempo de retorno da energia investida. As estimativas indicam que os processos que mais contribuem aos aspectos ambientais de hidrelétricas sejam: enchimento do reservatório; ciclo de vida do cimento e aço, e operação das máquinas de construção. As etapas de transporte parecem não ser de relevância, ao contrário do consumo de aço nos equipamentos permanentes. Em comparação com a geração termelétrica, as emissões atmosféricas e consumo de água do ciclo de vida de Itaipu se mostraram significativamente menores. No entanto há que se considerar que esta comparação se restringiu a estes aspectos. Ao final, conclui-se que resultados mais precisos sobre aspectos e processos de maior prioridade dependem da condução da etapa de Avaliação de Impactos da ACV, e portanto não se deve utilizar os resultados desta análise de inventário como único critério para tomada de decisões em planejamento energético. / The Life Cycle Assessment (LCA) has been proven to be an important environmental assessment tool, mainly due to its “focus on function", which allows the consideration of the environmental performance of products, itself a proceeding that has been more and more requested by different social actors. However, for LCA to be widely and trustfully used, the development of local data bases containing Life Cycle Inventories (LCI) of the most used inputs (energy, raw materials, etc.) is necessary. The present thesis is part of a project conducted by GP2- Group of Pollution Prevention - Escola Politécnica/ USP, which aims to develop and make available a Brazilian LCA data base. Specifically, it focuses electricity generation. In order to allow this project to be concluded in a masters degree context, it was adopted as a simplification the electricity generation in Itaipu Hydropower Plant, responsible for 22,4% of Brazilian consumption in 2000. As a first step towards the elaboration of the LCI, a review on LCA use on hydropower plants was conducted, establishing general recommendations. On the following, Itaipu project was studied concerning its initial civil works and the materials consumption on construction and operation within a 100 year period, obtaining as a result a LCI with the most significant environmental burdens in terms of generated energy (MWh). The system boundaries on this context includes: excavations and other earthen works; building site installation and operation; transportation of: workers, cement, ashes, structural steel and diesel; life cycle of steel, copper, cement, diesel, lubricant oil and transformer oil used on the dam and permanent equipment; (including maintenance and substitution); and reservoir filling. The results demonstrate, besides the importance of data homogeneity, that the LCI is extremely sensitive to the considered lifetime, which confirms that the construction phase is the main source of environmental burdens. Another important conclusion is that each hydropower plant is a particular case, and it is not possible to establish typical values for the environmental burdens. However there is an indication that Itaipu has a better environmental performance than other plants, mainly on respect to the energy pay back period, due to its high capacity factor and installed power. According to the estimates, the process which most contributes to the environmental burdens of hydropower plants life cycle are: reservoir filling; steel and cement life cycle; and operation of construction machines. Transport activities are of no relevance, however the steel consumption on permanent equipment is. Compared to thermal power, hydropower life cycle air emissions and water consumption are shown to be significantly lower. This comparison indeed is restricted only to this burdens. Finally, recommendations are presented, in the spirit of refining boundaries in the following studies, and the objectives attained are commented. It should be highlighted that all hypothesis and calculations are located in the Annex volume, being just referenced on the main text.

A Análise de Ciclo de Vida (ACV) tem se mostrado uma importante ferramenta de avaliação ambiental, devido à seu enfoque “sobre função”, que permite considerar o desempenho ambiental de produtos, procedimento cada vez mais requerido por diversos atores sociais. Para que a ACV possa ser utilizada de modo amplo e confiável, faz-se necessário que se desenvolvam bases de dados regionalizadas, contendo Inventários de Ciclo de Vida (ICV) dos principais insumos usados pela sociedade- energia, matérias- primas,etc. O presente trabalho faz parte de uma projeto conduzido pelo GP2- Grupo de Prevenção da Poluição, da Escola Politécnica/ USP, de disponibilização de bases brasileiras para ACV, sendo dedicado especificamente à geração de eletricidade. Para permitir sua realização no âmbito de uma dissertação de mestrado, adotou-se como simplificação a geração de eletricidade na usina hidrelétrica de Itaipu, responsável em 2000 por 22,4% da eletricidade consumida no país. Para construir o ICV realizou-se uma revisão bibliográfica sobre o uso da ACV em hidrelétricas, estabelecendo recomendações gerais. A seguir, estudou-se Itaipu quanto à sua obra civil e consumo de insumos na construção e operação por 100 anos, obtendo ao final um ICV com os aspectos ambientais mais significativos em termos da energia gerada (MWh). Neste contexto as fronteiras estabelecidas incluem: escavações e obras de terra; instalação e operação do canteiro de obras; transporte dos operários e de cimento, cinzas, aço estrutural e diesel para a obra; ciclo de vida do aço, cobre, cimento, diesel, óleos lubrificante e de transformador usados na barragem e equipamentos permanentes (considerando inclusive manutenção e substituição); e enchimento do reservatório. Com a discussão dos resultados pode-se demonstrar, além da importância do uso de dados homogêneos, que o ICV é extremamente sensível ao horizonte de análise (na verdade à energia gerada), o que confirma que a construção é a principal origem dos aspectos ambientais significativos. Outra conclusão é que cada hidrelétrica constitui um caso particular, não sendo possível atribuir valores típicos. No entanto, há indícios de que Itaipu, por seu alto fator de capacidade e potência instalada, possua um desempenho ambiental acima da média das hidrelétricas, principalmente no que se refere ao tempo de retorno da energia investida. As estimativas indicam que os processos que mais contribuem aos aspectos ambientais de hidrelétricas sejam: enchimento do reservatório; ciclo de vida do cimento e aço, e operação das máquinas de construção. As etapas de transporte parecem não ser de relevância, ao contrário do consumo de aço nos equipamentos permanentes. Em comparação com a geração termelétrica, as emissões atmosféricas e consumo de água do ciclo de vida de Itaipu se mostraram significativamente menores. No entanto há que se considerar que esta comparação se restringiu a estes aspectos. Ao final, conclui-se que resultados mais precisos sobre aspectos e processos de maior prioridade dependem da condução da etapa de Avaliação de Impactos da ACV, e portanto não se deve utilizar os resultados desta análise de inventário como único critério para tomada de decisões em planejamento energético. / The Life Cycle Assessment (LCA) has been proven to be an important environmental assessment tool, mainly due to its “focus on function”, which allows the consideration of the environmental performance of products, itself a proceeding that has been more and more requested by different social actors. However, for LCA to be widely and trustfully used, the development of local data bases containing Life Cycle Inventories (LCI) of the most used inputs (energy, raw materials, etc.) is necessary. The present thesis is part of a project conducted by GP2- Group of Pollution Prevention - Escola Politécnica/ USP, which aims to develop and make available a Brazilian LCA data base. Specifically, it focuses electricity generation. In order to allow this project to be concluded in a masters degree context, it was adopted as a simplification the electricity generation in Itaipu Hydropower Plant, responsible for 22,4% of Brazilian consumption in 2000. As a first step towards the elaboration of the LCI, a review on LCA use on hydropower plants was conducted, establishing general recommendations. On the following, Itaipu project was studied concerning its initial civil works and the materials consumption on construction and operation within a 100 year period, obtaining as a result a LCI with the most significant environmental burdens in terms of generated energy (MWh). The system boundaries on this context includes: excavations and other earthen works; building site installation and operation; transportation of: workers, cement, ashes, structural steel and diesel; life cycle of steel, copper, cement, diesel, lubricant oil and transformer oil used on the dam and permanent equipment; (including maintenance and substitution); and reservoir filling. The results demonstrate, besides the importance of data homogeneity, that the LCI is extremely sensitive to the considered lifetime, which confirms that the construction phase is the main source of environmental burdens. Another important conclusion is that each hydropower plant is a particular case, and it is not possible to establish typical values for the environmental burdens. However there is an indication that Itaipu has a better environmental performance than other plants, mainly on respect to the energy pay back period, due to its high capacity factor and installed power. According to the estimates, the process which most contributes to the environmental burdens of hydropower plants life cycle are: reservoir filling; steel and cement life cycle; and operation of construction machines. Transport activities are of no relevance, however the steel consumption on permanent equipment is. Compared to thermal power, hydropower life cycle air emissions and water consumption are shown to be significantly lower. This comparison indeed is restricted only to this burdens. Finally, recommendations are presented, in the spirit of refining boundaries in the following studies, and the objectives attained are commented. It should be highlighted that all hypothesis and calculations are located in the Annex volume, being just referenced on the main text.