Mathematical simulation and technical feasibility of floating solar systems installation in hydroelectric power reservoirs in Brazil

Para atender a demanda crescente de energia deve se buscar o aumento da oferta com compromisso de geração de energia limpa e renovável, visando à redução da emissão dos gases de efeito estufa. No Brasil a matriz elétrica é predominante hidráulica, e o nível de volume útil dos reservatórios tem se mostrado com tendência de redução da capacidade de armazenamento ao longo dos anos. Dentro deste contexto, este trabalho apresenta um estudo de viabilidade de operação de Usina Fotovoltaica Flutuante (UFVF), em sistema híbrido com Usina Hidrelétrica (UHE), tomando como referência a Usina Hidrelétrica de Ilha Solteira, com possível compreensão de outros reservatórios e situações similares. Utilizando a base de dados de órgãos governamentais foi realizado o levantamento da produção diária de energia hídrica e vazão correspondente da Usina Hidrelétrica selecionada. O software PVsyst foi utilizado como ferramenta de simulação para geração de um potencial de 480MWp de energia fotovoltaica. A modelagem matemática foi realizada com o software MATLAB, analisando 12 cenários para distribuição racional da produção de energia elétrica, considerando a operação hibrida da Usina Hidrelétrica (UHE) e Usina Fotovoltaica Flutuante (UFVF). Os dados obtidos neste estudo, nos diferentes cenários analisados, mostram uma redução mensal média de 6% na geração de energia por fonte hídrica e 7% do volume de água turbinada, viabilizando a produção de energia elétrica da Usina Fotovoltaica Flutuante como reserva de energia hídrica, e contribuição na redução de CO2 atmosférico, evitando a emissão de 47.831 tCO2/ano. A avaliação financeira considerando os equipamentos usados na plataforma flutuante, mostra um custo de R$ 4,15/Wp para implantação da Usina Solar Fotovoltaica Flutuante e R$ 3,52/Wp de mesma capacidade no solo, ainda assim a Usina Fotovoltaica Flutuante é vantajosa, devido utilizar o lago do reservatório para instalação dos painéis fotovoltaicos, não necessitando adquirir grandes áreas, e ainda com a possibilidade de utilizar o sistema de transmissão de energia existente da Usina Hidrelétrica.To meet the growing demand for energy, efforts must be made to increase supply with a commitment to generating clean and renewable energy, with a view to reduce greenhouse gas emissions. In Brazil, the electrical matrix is predominantly hydraulic, and the level of useful volume of reservoirs has shown a tendency to reduce storage capacity over the years. Within this context, this work presents a feasibility study for the operation of a Floating Photovoltaic Plant (FPVP), in a hybrid system with a Hydroelectric Plant (HPP), taking the Ilha Solteira Hydroelectric Plant as a reference, with an understanding of other reservoirs and similar situations. Using the database of government agencies, a survey was conducted of the daily production of water energy and the corresponding flow of the selected hydroelectric power plant. The PVsyst software was used as a simulation tool to generate a potential of 480MWp of photovoltaic energy. Mathematical modeling was conducted with MATLAB software, analyzing twelve scenarios for rational distribution of electricity production, considering the hybrid operation of the Hydroelectric Power Plant (HPP) and Floating Photovoltaic Plant (FPVP). The data obtained in this study, in the different analyzed scenarios, show an average monthly reduction of 6% in the generation of energy by water source and 7% in the volume of turbined water, enabling the production of electric energy from the Floating Photovoltaic Plant in stock reserves of hydro energy, and contribution to the reduction of atmospheric CO2, avoiding the emission of 47,831 tCO2/year. The financial assessment considering the equipment used on the floating platform shows a cost of R$ 4.15/Wp for the implementation of the Floating Solar Photovoltaic Plant and R$ 3.52/Wp for the same capacity on the ground, even so the Floating Photovoltaic Plant is advantageous, due to using the reservoir lake to install photovoltaic panels, not needing to acquire large areas, and also with the possibility of using the existing energy transmission system of the Hydroelectric Plant