Simulando decisões de investimento em energia hidrelétrica: estudos de caso sobre o desenvolvimento de áreas verdes e a renovação de ativos existentes

Introdução

Este whitepaper explora as metodologias e ferramentas usadas para simular decisões de investimento em energia hidrelétrica, destacando como essas simulações de alta resolução podem otimizar os resultados financeiros e aprimorar os processos de tomada de decisão.

O investimento estratégico em energia hidrelétrica desempenha um papel fundamental na formação do futuro dos sistemas de energia sustentável. Seja desenvolvendo uma nova usina hidrelétrica (HPP) ou atualizando uma existente, as decisões tomadas durante a fase de planejamento têm implicações de longo prazo na viabilidade financeira, eficiência operacional e impacto ambiental.

O desenvolvimento de uma nova UHE, do conceito inicial à operação comercial, geralmente é um empreendimento de longo prazo, geralmente abrangendo uma década ou mais. Isso é especialmente verdadeiro para projetos de médio e grande porte, que devem passar por processos complexos de licenciamento, avaliações ambientais, negociações com partes interessadas e planejamento de infraestrutura. Cada fase exige uma avaliação cuidadosa da viabilidade técnica, das condições do mercado e das estruturas regulatórias.

Para os ativos hidrelétricos existentes, os projetos de reforma e modernização apresentam um conjunto diferente de desafios. Essas iniciativas devem levar em conta o desempenho histórico do local, a infraestrutura existente e as restrições operacionais. Além disso, qualquer investimento deve estar alinhado com as estratégias de produção e negociação já implementadas, garantindo que as atualizações aprimorem, e não interrompam, as operações em andamento.

Em ambos os contextos, a análise de cenários é muito procurada, trabalhosa e demorada, mas cada vez mais essencial. A Simulação de Decisão de Investimento (IDS) resolve um desafio recorrente nesse processo: a dependência de modelos hidrológicos construídos manualmente em planilhas. Com o IDS, os analistas agora têm acesso a uma alternativa mais rápida e interativa que agrega dados horários e simula cenários operacionais com alta precisão, eliminando a necessidade de construir sistemas hidráulicos inteiros no Excel ou em ferramentas similares. Ferramentas digitais como o HYDROGRID Insight propõem uma abordagem transformadora, permitindo que as partes interessadas avaliem vários cenários de forma rápida, interativa e aprofundada.

O impacto

A simulação de decisão de investimento em energia hidrelétrica é um processo analítico sofisticado que permite que desenvolvedores, operadores e consultores avaliem o impacto financeiro e operacional de várias escolhas estratégicas. Em vez de depender de modelos estáticos ou valores médios, as simulações digitais integram dados do mundo real e técnicas avançadas de modelagem para apoiar decisões mais confiáveis e baseadas em dados e ajudar a mudar o foco da análise para a implementação.

Em sua essência, a metodologia integra uma ampla gama de variáveis, incluindo:

• Dados de telemetria de ativos existentes;
• Registros históricos de entrada e dados do mercado de energia, de fontes publicamente disponíveis e registros internos;
• Restrições hidrológicas e operacionais específico para cada site;
• Curvas de eficiência das configurações de hardware atuais e consideradas;
• Entrada sazonal desenvolvimento de tendências e
• Cálculos do valor da água que refletem o valor econômico da água armazenada ou liberada em diferentes condições de mercado.

Essas entradas são processadas por meio da plataforma HYDROGRID Insight, que é construída sobre uma base robusta, adaptada especificamente para operações hidrelétricas. O resultado dessas simulações de alta resolução é um conjunto de relatórios detalhados e interativos que quantificam o retorno sobre o investimento (ROI) em vários cenários climáticos e de mercado. Isso permite que as partes interessadas tomem decisões informadas com confiança, mudando o foco da análise de viabilidade para o planejamento da implementação. Veja como os conjuntos de dados do IDS podem agregar valor à análise de investimentos:

Tecnologias envolvidas

Modelagem (genema digital) de topologia e sistema de água

A tecnologia digital twin cria uma réplica virtual de um ativo hidrelétrico, permitindo que desenvolvedores e operadores simulem o comportamento em tempo real sob várias condições técnicas e de mercado.

Isso inclui modelar diferentes layouts de plantas, configurações de turbinas e cenários de investimento com resolução horária. Ao espelhar as operações reais, incluindo variabilidade de fluxo de entrada, restrições de despacho e dinâmica de mercado, os gêmeos digitais permitem testes precisos de opções de upgrade, estratégias operacionais e desempenho de longo prazo, tudo antes da implementação física.

Projetos Greenfield são construídos diretamente na plataforma, usando diferentes cenários propostos em estudos de pré-viabilidade e viabilidade.

Incorporação de restrições rígidas e flexíveis, curvas de eficiência e estimativas de preço de energia

As operações hidrelétricas são regidas por uma combinação complexa de restrições — algumas fixas, como limites regulatórios, e outras flexíveis, como estratégias de despacho orientadas pelo mercado.

Essas restrições geralmente interagem de maneiras que estreitam a faixa de condições operacionais ideais. As ferramentas de simulação ajudam a lidar com essa complexidade incorporando restrições rígidas e flexíveis, juntamente com curvas de eficiência e estimativas de preço de energia, para identificar as estratégias operacionais mais eficazes.

Por exemplo, dados históricos de desempenho podem ser comparados com requisitos regulatórios e parâmetros técnicos para avaliar o desempenho de diferentes cenários de entrada e configurações de turbinas. Isso permite que os desenvolvedores identifiquem o hardware e a configuração operacional mais adequados para um determinado site, garantindo que as decisões sejam tecnicamente sólidas e economicamente otimizadas.

Previsão avançada de fluxo de entrada baseada em ML usando dados históricos

Uma das características definidoras da energia hidrelétrica é sua dependência do fluxo de água, que é inerentemente variável devido às condições climáticas e aos padrões sazonais. Essa variabilidade afeta diretamente a geração de energia e, consequentemente, a receita da venda de energia, especialmente em projetos fluviais, onde a capacidade de armazenamento é limitada e as flutuações de entrada têm impactos operacionais imediatos.

Ao incorporar o desenvolvimento de tendências de entrada sazonal, dados hidrológicos históricos e previsões baseadas em aprendizado de máquina, o IDS permite que as partes interessadas modelem como diferentes cenários climáticos afetam o potencial de geração e a receita.

Essas simulações produzem relatórios detalhados de ROI em uma variedade de condições hidrológicas, permitindo que desenvolvedores e operadores planejem investimentos com maior confiança e precisão.

O mecanismo de simulação combina previsão avançada de fluxo de entrada baseada em aprendizado de máquina, modelagem digital de gêmeos e a capacidade de incorporar restrições rígidas e flexíveis para refletir as realidades regulatórias, técnicas e ambientais. Modelagem digital dupla das operações atuais e das opções de investimento.

Aplicações no desenvolvimento de novos projetos

Teste de viabilidade e cenário para projetos Greenfield

Durante os estudos de pré-viabilidade e viabilidade, os desenvolvedores devem tomar decisões críticas de projeto e investimento com base nas condições específicas do local, como água disponível, variabilidade sazonal, necessidades do mercado e topografia. Essas decisões, como determinar a capacidade ideal de armazenamento ou selecionar o cabeçote apropriado, influenciam diretamente o layout da planta, a escolha da turbina e o desempenho a longo prazo.

Nesse estágio, as ferramentas de simulação de alta resolução fornecem suporte valioso, permitindo que as equipes testem várias configurações de projeto em relação a cenários realistas de entrada e mercado. Ao invés de confiar apenas em suposições estáticas, os desenvolvedores podem explorar o desempenho de diferentes configurações técnicas sob condições variadas, ajudando a identificar riscos precocemente e otimizar os principais parâmetros. Isso leva a um planejamento de projetos mais robusto e fortalece a necessidade de financiamento e implementação.

Um exemplo recente dessa abordagem é o caso da Hyvity, que usou a Simulação de Decisão de Investimento para avaliar diferentes layouts para um projeto de armazenamento bombeado de circuito fechado localizado em uma região desértica. O contexto único do projeto — funcionando essencialmente como uma bateria de grande escala — exigiu uma análise cuidadosa do tamanho do reservatório e da seleção da cabeça para corresponder às restrições geológicas e à dinâmica do mercado do local.

As simulações da Hyvity se concentraram em otimizar a capacidade do sistema de armazenar energia solar em excesso durante o dia e liberá-la durante as horas de pico de demanda à noite, capitalizando a distribuição distinta de preços criada pela alta participação no mercado solar da região. A modelagem considerou a eficiência do ciclo, garantindo que as perdas de energia do bombeamento e da geração fossem compensadas por diferenças de preço suficientes.

Além disso, a simulação incorporou perdas por evaporação, um fator crítico devido ao clima árido e às superfícies de águas abertas. Ao testar vários tamanhos de reservatórios e configurações de cabeçotes, a Hyvity conseguiu identificar um layout que maximizava a lucratividade e, ao mesmo tempo, mantinha a resiliência operacional. O resultado foi uma estratégia de design baseada em dados que alinhou a viabilidade técnica com a oportunidade de mercado, demonstrando como o IDS pode transformar variáveis ambientais e econômicas complexas em insights de investimento acionáveis.

Alinhamento e aprovação das partes interessadas

O financiamento de novos projetos hidrelétricos é inerentemente complexo devido a várias características específicas da hidrelétrica. Isso inclui a variabilidade da hidrologia, o potencial de custos excessivos e atrasos durante a construção e a natureza de longo prazo dos benefícios que geralmente abrangem décadas. Esses fatores introduzem incertezas que podem tornar os investidores e credores cautelosos, especialmente no planejamento inicial.

A Simulação de Decisão de Investimento (IDS) oferece uma maneira poderosa de abordar essas preocupações, fornecendo uma justificativa transparente e baseada em dados para a alocação de capital. Por meio da modelagem de alta resolução de entradas, preços de mercado, restrições operacionais e desempenho de hardware, a IDS gera previsões detalhadas de retornos financeiros em vários cenários climáticos e de mercado. Isso permite que os desenvolvedores apresentem projeções quantificadas de ROI ajustadas ao risco, com o objetivo de aumentar a confiança, além de confiar em valores estáticos ou médios. Abaixo estão apenas três exemplos de como o IDS pode agregar valor aos cálculos de avaliação financeira padrão do setor:

Aplicações na otimização de projetos existentes

Os ativos hidrelétricos já em operação apresentam oportunidades únicas de otimização, reinvestimento e planejamento estratégico. O Investment Decision Simulation (IDS) apóia esses esforços ao permitir testes detalhados de cenários para modernizações, relicenciamento e avaliação de ativos, ajudando as operadoras a desbloquear o valor oculto e melhorar o desempenho a longo prazo.

Atualizações e modernizações operacionais

A desenvolvedora hidrelétrica norueguesa CADRE AS fez uma parceria com a HYDROGRID para avaliar o potencial de adicionar uma turbina adicional a um sistema existente usando o IDS da HYDROGRID Insight, em comparação com uma simples atualização da turbina da configuração existente. O objetivo era avaliar o impacto financeiro e operacional da atualização com base em dados operacionais do mundo real.

Cálculo de desempenho inicial para CADRE

‍

‍

‍

‍

‍

‍

‍

‍

‍

‍

‍

‍

‍

‍

‍

‍

‍

‍

‍

Usando o HYDROGRID Insight, o CADRE conseguiu simular três anos de dados operacionais em apenas três dias. A equipe optou por modelar três cenários climáticos: um ano seco, um ano de entrada média e um ano particularmente chuvoso. Isso foi alcançado por meio da tecnologia digital twin da plataforma, que integra dados reais de entrada, previsões de preços de mercado e restrições operacionais em um modelo interativo de alta resolução. A simulação forneceu uma visão detalhada e transparente do desempenho do ativo em vários cenários.

Os três cenários climáticos foram aplicados às atualizações de hardware consideradas e ao potencial de adicionar uma segunda turbina à configuração existente. Os resultados foram convincentes: a análise projetou um aumento de 14,5% na receita anual resultante da adição de uma turbina à configuração existente. Isso permitiu que o CADRE tomasse uma decisão de investimento confiável e baseada em dados e mudasse o foco para a implementação.

Este caso ilustra como a simulação de decisão de investimento pode oferecer insights rápidos e detalhados que ignoram longos processos de cálculo, uso de mídia e estimativas. Nesse caso, o uso de simulações acelerou significativamente os cronogramas do projeto, capacitando os desenvolvedores a agir com clareza e precisão.

Painel de simulação - Simulação de granularidade por hora

‍Simulação com melhor desempenho de uma turbina adicional

M&A e avaliação de ativos

Em vez de testar configurações de hardware, o foco nas simulações de fusões e aquisições muda para avaliar estratégias operacionais, variabilidade de entrada e flutuações de preços de mercado. As abordagens tradicionais para avaliar ativos hidrelétricos podem ser demoradas e simplificadas demais, dependendo fortemente de mídias históricas e suposições estáticas. O IDS oferece uma alternativa mais dinâmica e transparente.

Depois que a topologia original da planta é modelada, incluindo especificações técnicas, restrições operacionais e limites ambientais, o IDS permite simulações rápidas e interativas de vários cenários. Essas simulações são totalmente documentadas e podem ser personalizadas para refletir o comportamento realista do despacho, as condições regulatórias e a dinâmica do mercado.

Essa abordagem permite que os compradores ultrapassem os dados fornecidos pelo vendedor e descubram o valor real de um ativo em operações ideais. Ao quantificar o desempenho em uma variedade de condições, a IDS ajuda a reduzir o risco de aquisição, apoiar a devida diligência e fortalecer as posições de negociação com insights baseados em dados.

Benefícios estratégicos e financeiros

A Simulação de Decisão de Investimento (IDS) tornou-se uma adição altamente atraente ao processo de documentação e análise em uma ampla variedade de contextos de investimento em energia hidrelétrica, seja um estudo de viabilidade para um novo projeto, uma iniciativa de modernização, uma negociação de relicenciamento ou uma avaliação de fusões e aquisições (M&A). Sua versatilidade está na capacidade de gerar dados de alta resolução baseados em cenários que complementam e fortalecem as métricas financeiras tradicionais, como FIRR, NPV e LCOE.

Uma das contribuições mais valiosas do IDS é sua granularidade fina. Em vez de confiar em mídias anuais ou suposições estáticas, o IDS simula operações horárias, ingressos e condições de mercado. Esse nível de detalhe permite que as partes interessadas testem o desempenho de um projeto sob diferentes padrões climáticos, restrições regulatórias e flutuações de preços de mercado, fornecendo uma imagem muito mais clara do risco e da oportunidade.

Ao aprimorar as estimativas convencionais com simulações dinâmicas e ricas em dados, a IDS cria confiança nas decisões de investimento. Isso ajuda a validar suposições, descobrir riscos ocultos e demonstrar a robustez das perspectivas financeiras de um projeto. Para investidores, credores e reguladores, essa camada adicional de transparência e precisão pode ser o fator decisivo para levar um projeto adiante.

‍

Fontes:

[1] Energia hidrelétrica - um guia para desenvolvedores e investidores, Banco Mundial

https://ppp.worldbank.org/public-private-partnership/sites/default/files/2021-10/Hydroelectric Power - Um guia para desenvolvedores e Investors.pdf

[2] Avaliação de modelagem financeira: como criar e usar simulações e cenários financeiros, capital mais rápido

https://fastercapital.com/content/Financial-Modeling-Assessment--How-to-Build-and-Use-Financial-Simulations-and-Scenarios.html