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Título
Incorporating the Climate-Water-Energy Nexus in the Brazilian Power Generation Expansion Planning Model Through Multi-Objective Optimization
Linha de pesquisa
Otimização
Tipo de publicação
Dissertação de Mestrado
Número de registro
Data da defesa
17/6/2021
Resumo

Este trabalho aborda o problema da inserção do nexo Clima-água-energia na tomada de decisão do modelo de otimização oficialmente adotado para o planejamento da expansão da geração de energia elétrica no Brasil no longo prazo. O modelo, denominado Modelo de Decisão de Investimento, possui originalmente uma formulação que minimiza o custo total de expansão do setor com base em parâmetros técnicos e financeiros, necessitando inclusão do aspecto ambiental. Nesse sentido, a formulação foi modificada de forma a realizar uma otimização multiobjetivo que também busca minimizar as emissões totais de carbono e o consumo de água no ciclo de vida de diversas fontes de geração de eletricidade. A partir das duas abordagens de otimização multiobjetivo adotadas, foi possível verificar como todos os objetivos definidos estão conectados. Os resultados mostram que, em geral, há um aumento na expansão das energias renováveis, principalmente das fontes eólica, solar e de térmicas a biomassa, dependendo das premissas adotadas para as instâncias criadas. Ao mesmo tempo, observa-se um aumento do custo total da expansão aliado a uma diminuição das emissões de gases de efeito estufa e dos volumes de água consumidos, decorrente do fato das fontes com melhor desempenho ambiental serem mais caras. Por fim, conclui-se que é possível gerar um cronograma de investimentos que analise ambos os aspectos e, dessa forma, equilibre o aumento das despesas financeiras com a redução dos impactos ambientais analisados.

Abstract

This work tackles the problem of inserting the Climate-water-energy nexus in the decision making of the optimization model officially adopted for planning long term electricity generation expansion in Brazil. The model, which is called the Investment Decision Model, originally has a formulation that minimizes the total cost of expanding the sector based on technical and financial parameters, requiring the inclusion of the environmental aspect. In this sense, the formulation was modified in order to carry out a multi-objective optimization that also seeks to minimize total carbon emissions and water consumption in the life cycle of several electricity generation sources. From the two multi-objective optimization approaches adopted, it was possible to verify how all defined objectives are connected. The results show that, in general, there is an increase in the expansion of renewable sources, mainly wind, solar and thermal biomass, depending on the adopted premises for the created instances. They also demonstrate an elevation in the total expansion cost as well as a reduction in greenhouse gases emissions and in the volumes of consumed water due to the fact that the sources with better environmental performance are more expensive. Finally, it is concluded that it is possible to generate an investment schedule that analyzes both aspects and, hence, balances the rise in financial expenses with the decrease in the analyzed environmental impacts.

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