Sistema fotovoltaico flutuante integrado ao manejo de macrófitas aquáticas para produção de biogás em reservatórios de usinas hidrelétricas

Macrophytes play an important role in the ecosystems in which they occur, such as reservoirs and natural lakes and river. They are responsible for maintaining the natural balance, such as oxygenation, filtration, and removal of nutrients from the water, protection against erosive action of water on the banks, and acting as a food source and refuge for fish, birds and other organisms. Those plants are so relevant to the aquatic environments that their preservation is fundamental for the maintenance of biodiversity in these environments. However, in hydroelectric dams, the excessive presence of macrophytes in the reservoirs interferes to the multiple use of water and especially in the process of generating electricity. The proposal presented in this work consists of an innovative solution to the traditional techniques of removal and disposal of macrophytes present in hydroelectric reservoirs. One of the relevant innovations, in addition to the removal and transport method, is the use the biomass to generate biogas, which in turn will be converted into electricity, then promoting a more efficient destination for the aquatic plants, since they are currently treated as waste by most companies that operate hydroelectric plants. The proposal also includes a floating photovoltaic system, which will supply electricity to the macrophytes management system, and provide additional electricity to the energy generated from biogas, thus creating a hybrid system of renewable electricity generation. The hybrid system will have a surplus, meaning that it will be designed to generate more electricity than the system demand, which raises the need for storage or allocation of excess generation. After analyzing the available options, it was concluded that the connection of this hybrid system to the autotransformer of the hydroelectric plant's substation would be the best solution for the problem. This solution, however, requires a series of cautions and specificities for its implementation, which will be demonstrated throughout this work. The results of this work are conclusive. They are based on the results achieved from the project of implementation of macrophyte management system and the hybrid generation proposed.As macrófitas desempenham funções importantes no funcionamento dos ecossistemas em que ocorrem, tanto em reservatórios como em lagos e rios naturais, sendo responsáveis por manter o equilíbrio natural através de diversas funções, como oxigenação, filtragem e remoção de nutrientes da água, proteção contra ação erosiva da água nas margens, além de servir como fonte de alimento e refúgio para peixes, aves e outros organismos. Estas plantas estão tão intimamente relacionadas ao funcionamento dos ambientes aquáticos que a preocupação com sua preservação é fundamental para a manutenção da biodiversidade desses ambientes. Entretanto, em represas hidrelétricas, a presença excessiva de macrófitas no reservatório interfere no aproveitamento múltiplo da água e principalmente no processo de geração de energia elétrica. A proposta técnica estabelecida nesta dissertação consiste em uma solução inovadora para as técnicas tradicionais de remoção e destinação das macrófitas presentes nos reservatórios de usinas hidrelétricas. Uma das inovações relevantes, além do método de retirada e transporte, consiste na utilização da biomassa destas plantas para geração de biogás, que por sua vez será convertido em energia elétrica, promovendo com isso uma destinação mais eficiente para estas plantas aquáticas, uma vez que atualmente são tratadas como lixo pela maioria das empresas que operam usinas hidrelétricas. A presente proposta também engloba um sistema fotovoltaico flutuante, que será responsável pela alimentação do sistema de manejo das macrófitas durante a maior parte do tempo e que trabalhará em paralelo com a geração a biogás, criando assim um sistema híbrido de geração de energia renovável. Como será demonstrado, este sistema híbrido será superavitário, ou seja, será projetado para gerar mais energia elétrica do que a demanda do sistema de manejo, gerando com isso a necessidade de armazenamento ou destinação para a geração excedente. Após a análise das opções disponíveis, chegou-se à conclusão que a conexão deste sistema híbrido ao autotransformador da subestação da usina hidrelétrica seria melhor opção para o problema. Esta solução, entretanto, traz uma série de cuidados e especificidades para a sua implementação, que serão demonstrados ao longo deste trabalho. Os resultados apresentados nesta dissertação são conclusivos, com base nos parâmetros de projetos apresentados, sobre os ganhos alcançados com a implantação do sistema de manejo de macrófitas e da geração híbrida propostos neste trabalho