Aproveitamento hidrelétrico em sistemas de abastecimento de cidades

Abstract

A exploração do potencial de aproveitamento de energia hidrelétrica em sistemas de abastecimento de água, representa uma oportunidade significativa para aliar eficiência energética e a sustentabilidade em áreas urbanas. O objetivo deste estudo foi avaliar a viabilidade de implementar turbinas no sistema de abastecimento de água da cidade de São Paulo. A Distribuidora de Saneamento DS forneceu dados de pressão e vazão de quatro pontos distintos do sistema. Com essas informações, foram realizadas simulações computacionais utilizando Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD), estudos analíticos para estimar a energia gerada pela instalação de turbinas nas adutoras e estudo da viabilidade econômica. Como resultado da parte analítica, foi possível identificar um potencial energético no ponto denominado como ponto B de 1.817,5 MW/ano, atualmente dissipado por válvulas reguladoras de pressão. A viabilidade técnica do projeto foi confirmada e complementada por uma análise econômica que indicou um payback de 6 anos para um investimento inicial de R$450.000,00, com eficiência média da turbina em 50%. A parte computacional, entretanto, não coincidiu com a analítica, apresentando eficiência de 0,2%, levantando-se ao questionamento da falta de alguns dados que deveriam ser fornecidos, logo a geometria selecionada pode não ter sido a mais adequada para o contexto específico. Concluiu-se então que a implementação de pequenas centrais hidrelétricas urbanas poderiam atender parte da demanda energética local, contribuindo para a redução de custos e impactos ambientais, além de promover uma matriz energética mais sustentável.

The exploration of the potential for hydropower utilization in water supply systems represents a significant opportunity to combine energy efficiency and sustainability in urban areas. This study aimed to evaluate the feasibility of implementing turbines in the water supply system of São Paulo. The Sanitation Distributor DS provided pressure and flow data from four distinct points in the system. Based on this information, computational simulations using Computational Fluid Dynamics (CFD), analytical studies to estimate the energy generated by installing turbines in the pipelines, and an economic feasibility analysis were conducted. The analytical study identified an energy potential of 1,817.5 MWh/year at a point referred to as point B, where energy is currently dissipated by pressure-regulating valves. The project’s technical feasibility was confirmed and supported by an economic analysis indicating a six-year payback for an initial investment of R$450,000.00, with an average turbine efficiency of 50%. However, the computational results did not align with the analytical findings, showing an efficiency of only 0.2%, raising concerns about missing data that should have been provided. Consequently, the selected turbine geometry may not have been the most suitable for the specific context. It was concluded that the implementation of small urban hydropower plants could meet part of the local energy demand, contributing to cost reduction and environmental impact mitigation while promoting a more sustainable energy matrix.