Um trabalho inovador do Cepel está promovendo a integração entre os estudos de planejamento energético e planejamento elétrico. Trata-se de uma atualização no programa de simulação de transitórios eletromecânicos ANATEM, em conjunto com o programa de simulação a usinas individualizadas em sistemas elétricos interligados SUISHI. O objetivo do trabalho do pesquisador Nícolas Abreu Rocha Leite Netto é aprimorar a representação dos fenômenos de estabilidade eletromecânica por meio da representação da altura de queda d’água no seu modelo matemático. 

O ponto de partida para a pesquisa foi a crise hídrica ocorrida na última década, que afetou o setor elétrico e gerou dificuldades no suprimento de energia em algumas regiões. Durante o período, o Operador Nacional do Sistema (ONS) notou que as simulações do ANATEM não estavam reproduzindo precisamente os eventos ocorridos no sistema elétrico, o que foi atribuído, em parte, à falta de representação da altura de queda d’água nos modelos de reguladores de velocidade utilizados.  

A iniciativa de solucionar a questão é resultado da pesquisa de doutorado de Nícolas, que integra o Departamento se Sistemas Eletroenergéticos (DSE) do Cepel, orientado pelos pesquisadores André Luiz Diniz e Carmen Lucia Tancredo Borges, da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). 

A Crise hídrica e o desenvolvimento da solução 

A crise hídrica ocorrida a partir de 2014 foi um período de escassez de água no Brasil, especialmente nas regiões Sudeste e Centro-Oeste. Ela foi causada pelo prolongamento da estiagem e pelo baixo volume de chuvas em algumas áreas do país. 

O setor elétrico foi um dos mais afetados por essa crise, já que cerca de 70% da energia elétrica produzida no Brasil é gerada por usinas hidrelétricas. Com a diminuição dos níveis dos reservatórios, muitas usinas tiveram que reduzir sua produção ou até mesmo parar de operar. Isso levou a um aumento dos preços da energia elétrica e a dificuldades para garantir o suprimento de energia em algumas regiões. 

Durante o período de escassez hídrica, o ONS observou que os eventos ocorridos no sistema elétrico não estavam sendo reproduzidos corretamente no ambiente de simulação de transitórios eletromecânicos, onde é avaliada, por exemplo, a possibilidade de ocorrência de blecautes frente algum evento, como a queda de um raio em uma torre de transmissão. 

Uma das possíveis razões para essa diferença entre a realidade e as simulações é a ausência da representação da altura de queda d’água nos modelos de reguladores de velocidade utilizados nos programas de transitórios eletromecânicos. Tradicionalmente, a altura de queda d’água não é modelada nos problemas de estabilidade transitória e é uma variável que depende tanto do planejamento energético da operação quanto do regime de chuvas consolidado. É esta lacuna que este novo trabalho do Cepel busca solucionar. 

Quando o nível de um reservatório está muito baixo, a usina não tem a mesma capacidade de estabilizar o sistema elétrico, o que pode levar a um corte de carga para evitar um blecaute. Por outro lado, quando o nível do reservatório está mais elevado, o programa ANATEM pode subestimar a capacidade da usina de fornecer mais potência, tornando a análise elétrica mais restritiva e onerosa do que o necessário. A integração da altura de queda d’água em modelos de simulação de estabilidade eletromecânica tem se mostrado importante para uma análise mais precisa do funcionamento das usinas hidrelétricas. Sua inclusão no modelo ANATEM pode ajudar a avaliar de forma mais precisa a capacidade de contribuição das usinas em diferentes níveis de reservatório. 

 Os modelos computacionais ANATEM e SUISHI 

O desenvolvimento de sistemas e programas computacionais para dar suporte às diversas necessidades do sistema elétrico brasileiro é uma atividade central do Cepel desde a sua fundação. Os modelos ANATEM e SUISHI são dois exemplos de produtos do Centro nesse segmento com amplo uso pelas empresas e entidades do setor. 

O ANATEM é um programa de simulação de transitórios eletromecânicos. Ele é utilizado para simular e analisar o comportamento dinâmico de sistemas elétricos de potência em diferentes condições de operação, como na ocorrência de falhas, curtos-circuitos, partidas de motores e outros eventos que possam afetar a estabilidade do sistema. 

Sua lista de usuários inclui diversos agentes setoriais, como o ONS, empresas de geração, transmissão e distribuição de energia, além de universidades e instituições de pesquisa. O programa é considerado uma ferramenta importante para o planejamento e operação do sistema elétrico, pois permite a simulação de diferentes cenários e a análise de seus impactos na estabilidade e qualidade do sistema. 

Já o modelo SUISHI, também desenvolvido pelo Cepel, é uma ferramenta capaz de simular a operação energética de sistemas hidrotérmicos interligados a médio e longo prazos. Ele representa as usinas hidrelétricas e térmicas de forma individualizada e pode ser utilizado em estudos de planejamento da expansão, nos processos de dimensionamento de usinas hidrelétricas, nos processos de cálculo e revisão de garantia física de energia das usinas hidrelétricas. 

Outro importante uso do modelo se dá em estudos de planejamento da operação energética que demandem resultados individualizados, os quais são obtidos a partir de diferentes cenários de vazões afluentes aos reservatórios das usinas hidrelétricas. O modelo SUISHI já passou por diversos processos de validação, tendo obtido aprovação oficial para os diferentes usos citados anteriormente. 

Integram a equipe do programa ANATEM o pesquisador Fabricio Lucas Lírio, gerente de projeto, o pesquisador Nícolas Abreu Rocha Leite Netto e a pesquisadora Lígia Rolim da Silva. O responsável pelo desenvolvimento do programa SUISHI é o pesquisador Fábio Rodrigo Siqueira Batista, com a colaboração de Rafael Rates Olasagasti.