Do ponto de vista do empreendedor, acredita-se que este seja o ponto mais importante entre todas as análises aqui apresentadas e, este é o motivo pelo qual muitos aproveitamentos acabam não saindo do papel. Com exceção aos investimentos subsidiados pelo governo, nenhum aproveitamento inventariado e tecnicamente viável será de fato instalado se não houver um retorno financeiro atrativo ao empreendedor.
A avaliação de retorno financeiro pode ser feita através de alguns métodos consolidados pelo mercado. Estes métodos são clássicos e serão aplicados conforme a preferência de cada investidor e também mediante características peculiares de cada caso. Citam-se aqui alguns métodos usualmente utilizados:
x Valor Presente Líquido (VPL) x Taxa Interna de Retorno (TIR)
x PayBack ou tempo de retorno do investimento
A metodologia empregada neste trabalho permite que o modelo de cálculo forneça ao usuário como dado de saída da ferramenta dois critérios de avaliação, sendo eles, o Valor Presente Líquido (VPL) e o tempo de retorno do investimento (PayBack). A metodologia e os cálculos estão baseados na literatura clássica, de acordo com Ehrlich (1979).
6 MODELO PROPOSTO – FERRAMENTA COMPUTACIONAL
A ferramenta computacional proposta neste trabalho é elaborada em planilha digital, com o auxílio de programação orientada a objetos. A programação se faz necessária devido a automatização desejada do processo de busca pela melhor solução do problema. A ferramenta executa a verificação de um número “n” de soluções dentro de uma faixa de valores especificados pelo usuário. Para cada solução verificada, um processo iterativo, com diversos loops em busca de convergência de valores também se faz necessário.
A ferramenta executa uma série de cálculos que obedecem uma sequência lógica, na qual o objetivo é determinar as características para cada alternativa encontrada. A lógica de cálculo é resumidamente descrita a seguir:
x O primeiro passo, antes de executar o cálculo, é inserir os dados de entrada do programa baseados nas informações colhidas;
x Tendo todos os dados devidamente inseridos, o usuário define os intervalos de queda e vazão de referência que se pretende avaliar e buscar alternativas;
x Neste ponto é possível executar o programa. Deste ponto em diante a rotina de cálculo toma todas as decisões e gera as alternativas de forma independente e automatizada, sem a interferência do usuário;
x O programa é caracterizado por calcular todas as alternativas tecnicamente viáveis dentro do intervalo definido pelo usuário e, portanto, inicia-se o cálculo com o menor valor de queda de referência;
x Para esta queda determinada, calcula-se a combinação dela com todas as vazões de referência também determinadas pelo usuário;
x Terminados todos os cálculos para a primeira queda combinada com todas as vazões do intervalo, o programa inicia o cálculo para o próximo valor de queda, até que todas as combinações entre quedas de referência e vazões de referências estipuladas pelo usuário sejam calculadas ou, no mínimo, verificadas;
x Porém, para cada uma das combinações, existe uma série de cálculos realizados para cada mês da série histórica de vazões;
x Para cada mês da série é necessário calcular a energia que se pode obter do mesmo; x O cálculo da energia de cada mês é iniciado com a informação do nível de montante
x Baseado na vazão histórica do mês em questão, através da curva chave de jusante, estima-se inicialmente o nível de jusante. Importante observar que esta uma adoção inicial que precisa ser verificada no final do cálculo do mês e, se preciso, reavaliada, já que neste momento ainda não se sabe de fato qual vazão será turbinada e/ou vertida. É um processo iterativo;
x Na sequência determina-se a queda bruta, a perda de carga e consequentemente a queda líquida;
x Para a queda líquida calculada, determina-se qual é a máxima vazão turbinável;
x Deste ponto em diante o programa utiliza-se de uma série de funções lógicas que o permite decidir qual é a forma correta de operação, ou seja, a metodologia implementada através das rotinas de cálculo decidirá sobre o comportamento de alguns parâmetros energéticos. A rotina é responsável por fazer uma avaliação da vazão disponível que está entrando no sistema, ou seja, a vazão do mês, em conjunto com demais parâmetros, tais como, a máxima vazão turbinável, os níveis de montante do reservatório tanto no presente mês quanto no mês exatamente anterior e seus limites, os volumes do reservatório tanto no presente mês quanto no mês exatamente anterior e também os seus limites,
x Avaliando todos estes parâmetros em conjunto e seguindo a metodologia de cálculo, tem-se como resultado o comportamento da usina para aquele mês, em termos de: nível e volume do reservatório resultantes no final do mês, vazão efetivamente turbinada e a respectiva potência e possível vazão vertida;
x Neste ponto é necessário uma importante verificação, conforme dito anteriormente, do efetivo nível de jusante alcançado com a operação que foi determinada. Tendo agora as vazões turbinada e vertida com valores calculados é possível recalcular o nível de jusante. Caso o nível recalculado esteja muito diferente do nível adotado inicialmente, a rotina de cálculo retorna ao ponto desta definição e efetua novamente todos os cálculos deste intervalo da rotina, até que haja convergência de valores e programa de sequência na lógica;
x Depois desta convergência para a queda líquida e vazão turbinada definidas, determina-se o rendimento da turbina para aquele ponto de operação, baseado na curva de colina que melhor representa o projeto hidráulico da turbina desta usina;
x É possível então, sabendo-se o rendimento da turbina, calcular a potência da turbina e na sequência a potência na saída do gerador;
x Multiplica-se então a potência na saída do gerador pelo número de horas mensais de operação da usina, que é de 730 horas (o que resulta em 8.760 horas anuais), chega-se então à quantidade de energia produzida no mês, em MWh;
x O cálculo da energia mensal será então repetido para todos os outros meses da série histórica de vazões;
x A média de energia calculada ao longa de toda série histórica resulta na energia média da usina e, a média da energia ao longo do período crítico do sistema resulta na energia firme da usina, ambas em MW médios.
x O próximo passo é o cálculo de custos das estruturas civis e equipamentos eletromecânicos que compõem a usina;
x Determina-se o cronograma de execução das obras;
x Com o cronograma de obras definido é possível calcular os gastos com juros durante a construção e saber em que instante as unidades geradoras começam a entrar em operação e, desta forma, calcular as entradas de receitas com a venda de energia; x Tendo os custos e receitas, é possível realizar os cálculos para avaliação financeira do
empreendimento, onde é calculado o VPL (Valor Presente Líquido) e o tempo de retorno do capital investido, o PayBack;
x A ferramenta então gera uma tabela de resultados com as informações mais importantes de cada alternativa;
x Com esta tabela é possível classificar os resultados por ordem de VPL ou Payback e, desta forma, identificar a melhor solução do ponto de vista de retorno financeiro do empreendimento.
Além da descrição anteriormente realizada, a Figura 46 e a Figura 47 apresentam um fluxograma resumido da rotina de cálculo executada pela ferramenta computacional. O objetivo do fluxograma é ilustrar a sequência de cálculo de forma a auxiliar na interpretação da mesma.
Figura 46 – Fluxograma da ferramenta computacional – Parte 1. Série de Vazões HW Lm ax HW Lm in Polinôm io PVC Curva Chave TW L Período Crít ico Usuário define: Href M ax / Href M in / HSt eps Qref M ax / Qref M in / QSt eps
Num . Loops Cálculo de Cust os Início Início=>Href M in Fim =>Href M ax Passo=>HSt ep Início=>Qref M in Fim =>Qref M ax Passo=>QSt ep Início=>M ês=1 Fim =>M ês=n Passo=1 Href Qref M ês= 1 RESULTADOS PARCIAIS - Inform ação det alhada de t odas as alt ernat ivas t ecnicam ent e viáveis.
Verif icação da Solução Ót im a de acordo com crit ério est abelecido.
Solução Ót im a
FIM Cronogram a de Obras
Cálculo de Juros Durant e a Const rução
Cálculo do VPL e Payback
RESULTADOS FINAIS - Tabela resum o com apresent ação de t odas alt ernat ivas, inclusive com avaliação financeira.
Figura 47 – Fluxograma da ferramenta computacional – Parte 2. 1 HW L(n-1) Qin(n) Adot a TW L=f(Qin) Calcula Hgross
Det erm ina Perda de Carga Calcula Hnet
Det erm ina Vazão Turbinavel M axim a Qt M ax Qt M ax <= Qin SIM HWL(n-1)=HWLm ax Qt ur = Qt M ax QVert = Qin-Qtur SIM Qt ur = Qt M ax Qres=(VolM ax-Vol(n-1))/ t Não Qres<=(Qin-Qt ur) Qres=(VolM ax-Vol(n-1))/ t Vol(n)=VolM ax HW L(n) = HW Lm ax QVert = Qin-Qtur-Qres TW L(n) = f (Qt ur+QVert ) SIM
Qres = (Qin-Qt ur) Vol(n)=Vol(n-1)+Qres* t HW L(n) = f(Vol(n)) QVert = 0 TW L(n) = f(Qt ur) Não HWL(n-1)>HWLmin VolRes=f[(HW L(n-1);HW Lm in)] Qres = VolRes/ t SIM Qres>=(Qt m ax-Qin)
Qres1= Qres-(Qt M ax-Qin) Vol(n) = Vol(n-1)+Qres1* t HW L(n) = f(Vol(n)) Qt ur = Qt M ax QVert = 0 TW L(n) = f(Qt ur) Não SIM TWL(n)<<>>TWLadotado SIM Qt ur = (Qin+Qres) Vol(n)=VolM in HW L(n) = HW Lm in QVert = 0 TW L(n) = f(Qt ur) Não Qtur = Qin Vol(n)=VolM in HW L(n) = HW Lm in QVert = 0 TW L(n) = f(Qt ur) Não
Det erm ina Rend. Turb. et aTur = f(Hnet ;Qt ur)
Não
Pot ência Turbina (n) Pt =rho* g* Hnet * Qt ur* et aTur
Pot ência Usina (n) P(n) = Pt * et aGer
Energia Gerada (n) E(n) = P(n) * t
Legenda do Fluxograma:
HWL: Nível de Montante.
HWLmax: Nível de montante máximo. HWLmin: Nível de montante mínimo. PVC: Polinômio Volume versus Cota. Curva Chave TWL: Curva Chave de Jusante. HrefMax: Queda de referência máxima. HrefMin: Queda de referência mínima.
HSteps: Número de passos, ou quedas intermediárias, entre as quedas de referência mínima e máxima à serem calculadas.
QrefMax: Vazão de referência máxima. QrefMin: Vazão de referência mínima.
QSteps: Número de passos, ou vazões intermediárias, entre as vazões de referência mínima e máxima à serem calculadas.
Índice “(n)”: representa a variável calculada para o mês em questão na rotina de cálculo. Índice “(n-1)”: representa a variável calculada para o mês imediatamente anterior ao mês em questão na rotina de cálculo.
TWL: Nível de jusante.
Qin: Vazão referente ao histórico de vazões. É a vazão disponível no mês que está entrando no sistema.
Hgross: Queda bruta. Hnet: Queda líquida.
QtMax: Máxima vazão que a turbina é capaz de turbinar; é função da queda líquida. Qtur: Vazão efetivamente turbinada.
QVert: Vazão vertida pela usina.
VolRes: Volume d’água disponível no reservatório. Qres: Vazão disponível no reservatório.
Qres1: Vazão disponível no reservatório após complementação da vazão máxima turbinada quando Qin não é suficiente.
Vol: Volume d’água resultante no reservatório.
VolMin: É o mínimo volume d’água que o reservatório pode atingir em função do mínimo nível operacional de montante.
VolMax: É o máximo volume d’água que o reservatório pode atingir em função do máximo nível operacional de montante.
t: Tempo.
etaTur: Rendimento da turbina. etaGer: Rendimento do gerador. Pt: Potência da turbina.
rho: Massa específica da água. g: aceleração da gravidade. P: Potência da usina. E: Energia gerada.
7 ESTUDOS DE CASO
O objetivo deste capítulo é apresentar os dados de algumas usinas hidrelétricas que foram utilizadas neste trabalho para simulação e análise da metodologia de cálculo proposta para o estudo de viabilidade técnica e econômica deste tipo de empreendimento.
Os dados apresentados e utilizados nos estudos de caso são provenientes de fontes e instituições competentes que realizam os estudos que servem de base para os órgãos governamentais avaliarem e validarem os empreendimentos que farão parte do parque gerador nacional.
Os estudos de caso são apresentados em duas partes. Na primeira parte são apresentados os estudos de caso que serviram de base para a avaliação da metodologia proposta no que diz respeito ao custo dos empreendimentos. Na segunda parte são apresentados, de fato, os estudos de caso que avaliam a metodologia proposta em geral.