Modelagem hidrodinâmica e térmica para diferentes frações de cobertura de sistema fotovoltaico flutuante no reservatório Passaúna

Abstract

Resumo: Sistemas fotovoltaicos flutuantes em reservatórios parecem ser uma ótima opção de geração de energia sustentável ao mesmo tempo que podem melhorar a disponibilidade de água nos reservatórios com a redução de evaporação, permitindo que estes corpos hídricos cumpram com maior eficiência as suas funções, seja de abastecimento ou geração de energia hidrelétrica. Porém, a maioria dos estudos sobre estes sistemas são teóricos, e quando incluem modelagem, têm seus focos principalmente em evaporação e não sobre a hidrodinâmica dos reservatórios. Este estudo visa verificar e analisar efeitos dos sistemas fotovoltaicos flutuantes no reservatório Passaúna, no Brasil, via modelagem tridimensional da hidrodinâmica do modelo Delft3D, considerando diferentes cenários com porcentagens de área superficial coberta distintas. Em relação à qualidade do modelo, foi realizada a recalibração de um modelo já existente para o reservatório, validada por meio da comparação com dados medidos de temperatura e nível d’água. Os resultados da modelagem mostram alterações devido ao sistema fotovoltaico flutuante em diversos parâmetros, como aumento de temperatura abaixo da estrutura flutuante e no entorno, remoção da evaporação na região coberta, diminuição da magnitude de velocidade da água na região coberta e aumento no entorno, e redução da energia dissipada na região coberta. Cabe destacar que estes efeitos foram observados apenas nas camadas superficiais do reservatório, sem alterações devido ao sistema fotovoltaico flutuante em camadas mais profundas.

Abstract: Floating photovoltaic systems in reservoirs seem to be a great option for generating sustainable energy at the same time as they can improve the availability of water in reservoirs with the reduction of evaporation, allowing these water bodies to fulfill their functions more efficiently, whether supplying or generating hydroelectric energy. However, most studies on these systems are theoretical, and when they include modeling, they focus mainly on evaporation and not on the hydrodynamics of the reservoirs. This study aims to verify and analyze the effects of floating photovoltaic systems in the Passauna reservoir, in Brazil, via three-dimensional modeling of the hydrodynamics of the Delft3D model, considering different scenarios with different percentages of covered surface area. Regarding the quality of the model, a recalibration of an existing model for the reservoir was carried out, validated through comparison with measured temperature and water level data. The modeling results show changes due to the floating photovoltaic system in several parameters, such as an increase in temperature below the floating structure and in the surroundings, removal of evaporation in the covered region, decrease in the magnitude of the water velocity in the covered region and increase in the surroundings, and reduction of energy dissipated in the covered region. It should be noted that these effects were observed only in the superficial layers of the reservoir, without changes due to the floating photovoltaic system in deeper layers.