Post on 08-Nov-2018
Geração de energia elétrica
Capítulo 2Centrais hidrelétricas
Lineu Belico dos Reis
Geração de energia elétrica
Capítulo 2Centrais hidrelétricas
Lineu Belico dos Reis
•Geração hidrelétrica e os outros usos da água• Aspectos básicos de hidrologia e regularização de vazões• Tecnologias e características básicas• Noções básicas de operação e integração ao sistema• Aspectos ambientais
•Geração hidrelétrica e os outros usos da água• Aspectos básicos de hidrologia e regularização de vazões• Tecnologias e características básicas• Noções básicas de operação e integração ao sistema• Aspectos ambientais
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
A geração hidrelétrica e a gestão da água:
• Inserção ambiental (EIA, Rima); • Comitês de Bacias Hidrográficas;• Agência Nacional de Águas.
A geração hidrelétrica e a gestão da água:
• Inserção ambiental (EIA, Rima); • Comitês de Bacias Hidrográficas;• Agência Nacional de Águas.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
“A Política Nacional de Recursos Hídricos estabelece que:
• A gestão dos recursos hídricos deve sempre proporcionar o uso múltiplo das águas; • A bacia hidrográfica é a unidade territorial para implementação da Política Nacional de Recursos Hídricos; • A outorga de uso dos recursos hídricos deverá preservar o uso múltiplo destes”.
“A Política Nacional de Recursos Hídricos estabelece que:
• A gestão dos recursos hídricos deve sempre proporcionar o uso múltiplo das águas;• A bacia hidrográfica é a unidade territorial para implementação da Política Nacional de Recursos Hídricos;• A outorga de uso dos recursos hídricos deverá preservar o uso múltiplo destes”.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
•Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos (SNGRH), tem como objetivos:
• Coordenar a gestão integrada das águas;• Arbitrar administrativamente os conflitos relacionados com os recursos hídricos;• Implementar a Política Nacional de Recursos Hídricos;• Regular e controlar o uso, a preservação e a recuperação dos recursos hídricos; • Promover a cobrança pelo uso de recursos hídricos.
•Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos (SNGRH), tem como objetivos:
• Coordenar a gestão integrada das águas;• Arbitrar administrativamente os conflitos relacionados com os recursos hídricos;• Implementar a Política Nacional de Recursos Hídricos;• Regular e controlar o uso, a preservação e a recuperação dos recursos hídricos;• Promover a cobrança pelo uso de recursos hídricos.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Usos múltiplos da água
Entre os usos conflitantes dos reservatórios, podem-se destacar:• Abastecimento de água;• Irrigação;• Recreação;• Regularização de vazão mínima para controle da poluição;• Navegação; • Geração de energia elétrica.
Usos múltiplos da água
Entre os usos conflitantes dos reservatórios, podem-se destacar:• Abastecimento de água;• Irrigação;• Recreação;• Regularização de vazão mínima para controle da poluição;• Navegação; • Geração de energia elétrica.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
A outorga e cobrança dos usos da água
A outorga enfatiza: • O controle pelo setor público; • Gestão participativa e descentralizada; • Gestão por bacia hidrográfica e gestão conjunta dos aspectos qualitativos e quantitativos.
A cobrança pelo uso da água foi formalmente estabelecida no Brasil pela Lei nº 9.433/97.
A outorga e cobrança dos usos da água
A outorga enfatiza: • O controle pelo setor público; • Gestão participativa e descentralizada; • Gestão por bacia hidrográfica e gestão conjunta dos aspectos qualitativos e quantitativos.
A cobrança pelo uso da água foi formalmente estabelecida no Brasil pela Lei nº 9.433/97.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Aspectos básicos de hidrologia:
• Ciclo hidrológico;• Conceito de bacia hidrográfica: área da superfície do solo capaz de coletar a água das precipitações meteorológicas e conduzi-las ao curso d'água; • Vazão em um curso d’água: o volume de água que passa em uma seção reta do curso d´água na unidade de tempo. Essa variável, usualmente medida em m3/s, em conjunto com a queda d’água disponível no local, determinará a potência elétrica que pode ser obtida; • Curva-chave: obtido o registro das vazões, é possível construir uma curva do nível de água em função da vazão ou curva-chave; Fluviograma;• Curvas de duração ou persistência.
Aspectos básicos de hidrologia:
• Ciclo hidrológico;• Conceito de bacia hidrográfica: área da superfície do solo capaz de coletar a água das precipitações meteorológicas e conduzi-las ao curso d'água;• Vazão em um curso d’água: o volume de água que passa em uma seção reta do curso d´água na unidade de tempo. Essa variável, usualmente medida em m3/s, em conjunto com a queda d’água disponível no local, determinará a potência elétrica que pode ser obtida;• Curva-chave: obtido o registro das vazões, é possível construir uma curva do nível de água em função da vazão ou curva-chave;Fluviograma;• Curvas de duração ou persistência.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Regularização de vazões: capacidade de um reservatório
Em muitos casos, pode ser conveniente que se armazene água de forma a permitir o uso mais constante de uma vazão média d’água superior àquela garantida apenas pelo comportamento natural do rio. Isso é feito através de barragens de acumulação (e consequentes reservatórios).
Dois tipos de aproveitamentos podem ser desenvolvidos:• Aproveitamentos denominados a fio d’ água, sem reservatórios, usando a vazão primária do rio (vazão disponível, sem regularização, entre 90 e 100% do tempo). A energia associada a essa vazão recebe o nome de energia primária; •Aproveitamentos com regularização de vazão, nos quais se associa o nome de energia firme àquela energia que pode ser garantida durante quase todo o tempo. Para os aproveitamentos a fio d’ água, a energia firme coincide com a energia primária.
Regularização de vazões: capacidade de um reservatório
Em muitos casos, pode ser conveniente que se armazene água de forma a permitir o uso mais constante de uma vazão média d’água superior àquela garantida apenas pelo comportamento natural do rio. Isso é feito através de barragens de acumulação (e consequentes reservatórios).
Dois tipos de aproveitamentos podem ser desenvolvidos:• Aproveitamentos denominados a fio d’ água, sem reservatórios, usando a vazão primária do rio (vazão disponível, sem regularização, entre 90 e 100% do tempo). A energia associada a essa vazão recebe o nome de energia primária;•Aproveitamentos com regularização de vazão, nos quais se associa o nome de energia firme àquela energia que pode ser garantida durante quase todo o tempo. Para os aproveitamentos a fio d’ água, a energia firme coincide com a energia primária.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Determinação da capacidade de reservatórios pluviais:
• Regularização total;• Regularização parcial.
Determinação da capacidade de reservatórios pluviais:
• Regularização total;• Regularização parcial.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Geração hidrelétrica: esquemas, principais tipos e configurações
Em uma central hidrelétrica:• A água aciona um conjunto turbina hidráulica – gerador elétrico para produção de energia elétrica; • A turbina hidráulica efetua a transformação da energia hidráulica em mecânica;• O gerador elétrico tem seu rotor acionado por acoplamento mecânico com a turbina e transforma energia mecânica em elétrica; • Para controlar a potência elétrica do conjunto, são usados reguladores.
Geração hidrelétrica: esquemas, principais tipos e configurações
Em uma central hidrelétrica:• A água aciona um conjunto turbina hidráulica – gerador elétrico para produção de energia elétrica;• A turbina hidráulica efetua a transformação da energia hidráulica em mecânica;• O gerador elétrico tem seu rotor acionado por acoplamento mecânico com a turbina e transforma energia mecânica em elétrica;• Para controlar a potência elétrica do conjunto, são usados reguladores.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Reguladores:
• De tensão, que controlam a tensão nos terminais do gerador, atuando na tensão aplicada (e, portanto, na corrente) no enrolamento do rotor (enrolamento de excitação); • De velocidade, que controlam a frequência, através da variação de potência, atuando na válvula de entrada de água da turbina.
Reguladores:
• De tensão, que controlam a tensão nos terminais do gerador, atuando na tensão aplicada (e, portanto, na corrente) no enrolamento do rotor (enrolamento de excitação);• De velocidade, que controlam a frequência, através da variação de potência, atuando na válvula de entrada de água da turbina.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Principais componentes da central hidrelétrica:
• Barragens;• Vertedouros;• Comportas;• Condutos;• Chaminés de equilíbrio ou câmaras de descarga;• Casas de força;• Eclusas;• Escadas e elevadores de peixes.
Principais componentes da central hidrelétrica:
• Barragens;• Vertedouros;• Comportas;• Condutos;• Chaminés de equilíbrio ou câmaras de descarga;• Casas de força;• Eclusas;• Escadas e elevadores de peixes.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Tipos de centrais hidrelétricas:
• Usina a fio d´agua;• Usina com reservatório de acumulação;• Usina reversível.
Tipos de centrais hidrelétricas:
• Usina a fio d´agua;• Usina com reservatório de acumulação;• Usina reversível.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Algumas formas de classificação das centrais hidrelétricas:
Quanto à potência:• Micro P < 100 kW• Mini 100 < P < 1.000 kW• Pequenas 1.000 < p < 30.000 kW• Médias 10.000 < P < 100.000 kW• Grandes P ≥
100.000 kW
Quanto à queda:• Baixíssima H < 10 m• Baixa 10 < H < 50 m• Média 50 < H < 250 m• Alta H < 250 m
Algumas formas de classificação das centrais hidrelétricas:
Quanto à potência:• Micro P < 100 kW• Mini 100 < P < 1.000 kW• Pequenas 1.000 < p < 30.000 kW• Médias 10.000 < P < 100.000 kW• Grandes P ≥
100.000 kW
Quanto à queda:• Baixíssima H < 10 m• Baixa 10 < H < 50 m• Média 50 < H < 250 m• Alta H < 250 m
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Quanto à forma de captação de água:• Desvio e em derivação;• Leito de rio ou de represamento.
Quanto à função no sistema• Operação na base (da curva de carga);• Operação flutuante;• Operação na ponta (da curva de carga).
Maneiras básicas de melhorar a contribuição de centrais hidrelétricas em sistemas de potência:
• Aumentar a potência de pico, ampliando a capacidade instalada em centrais já existentes; • Aumentar a produção total de energia, ampliando a vazão, por meio do gerenciamento de recursos hídricos da bacia em questão, ou aumentar a capacidade de armazenamento do reservatório, ampliando a altura das barragens já existentes; • Construir, a longo prazo, novas centrais hidrelétricas considerando a possibilidade de expansão do parque gerador.
Maneiras básicas de melhorar a contribuição de centrais hidrelétricas em sistemas de potência:
• Aumentar a potência de pico, ampliando a capacidade instalada em centrais já existentes;• Aumentar a produção total de energia, ampliando a vazão, por meio do gerenciamento de recursos hídricos da bacia em questão, ou aumentar a capacidade de armazenamento do reservatório, ampliando a altura das barragens já existentes;• Construir, a longo prazo, novas centrais hidrelétricas considerando a possibilidade de expansão do parque gerador.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
As grandes UHEs caracterizam-se por:
• Providenciar não só reserva girante para situações de emergência ocorridas no sistema, mas também condições de suprir o pico de demanda; • Apresentar altas economias de escala: em particular, para instalações com grandes reservatórios, o custo marginal de capacidade adicional de geração tende a ser irrisório; • Possuir grande energia firme;• Apresentar maiores problemas ambientais.
As grandes UHEs caracterizam-se por:
• Providenciar não só reserva girante para situações de emergência ocorridas no sistema, mas também condições de suprir o pico de demanda;• Apresentar altas economias de escala: em particular, para instalações com grandes reservatórios, o custo marginal de capacidade adicional de geração tende a ser irrisório;• Possuir grande energia firme;• Apresentar maiores problemas ambientais.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
As principais características das PCHs são:
• Possuir rápida entrada no sistema de potência e flexibilidade para mudar rapidamente a quantidade de energia fornecida ao sistema por causa das mudanças a demanda. Usinas com essa característica são especialmente úteis para aumentar o rendimento e melhorar o desempenho de um sistema elétrico interligado; • Apresentar baixos custos de operação e manutenção, bem como de produção de energia; • Apresentar características mais suaves (soft) de inserção ambiental.
As principais características das PCHs são:
• Possuir rápida entrada no sistema de potência e flexibilidade para mudar rapidamente a quantidade de energia fornecida ao sistema por causa das mudanças a demanda. Usinas com essa característica são especialmente úteis para aumentar o rendimento e melhorar o desempenho de um sistema elétrico interligado;• Apresentar baixos custos de operação e manutenção, bem como de produção de energia;• Apresentar características mais suaves (soft) de inserção ambiental.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Recapacitação
• Repotenciação: aumento da potência de saída e/ou do valor da eficiência da turbina e do gerador; • Tempo de parada: redução do tempo de parada para manutenção, preditiva e não preditiva; • Sobrevida: aumento da vida útil dos equipamentos principais da usina;• Disponibilidade: redução de problemas com vibração e cavitação, além de redução de problemas mecânicos que poderiam resultar numa falha catastrófica.
Recapacitação
• Repotenciação: aumento da potência de saída e/ou do valor da eficiência da turbina e do gerador;• Tempo de parada: redução do tempo de parada para manutenção, preditiva e não preditiva;• Sobrevida: aumento da vida útil dos equipamentos principais da usina;• Disponibilidade: redução de problemas com vibração e cavitação, além de redução de problemas mecânicos que poderiam resultar numa falha catastrófica.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Potência Gerada e Energia Produzida
As principais variáveis de uma central hidrelétrica que atuam diretamente na potência elétrica possível de ser gerada são a altura de queda d’água e a vazão da água passando pelas turbinas.
P = TOT* g * QH
Em que: TOT : rendimento total do conjuntog: aceleração da gravidade (9,8 m/s2)Q: vazão (m3/s)H: queda bruta (m)P: potência elétrica (kW)
Potência Gerada e Energia Produzida
As principais variáveis de uma central hidrelétrica que atuam diretamente na potência elétrica possível de ser gerada são a altura de queda d’água e a vazão da água passando pelas turbinas.
P = TOT* g * QH
Em que: TOT : rendimento total do conjuntog: aceleração da gravidade (9,8 m/s2)Q: vazão (m3/s)H: queda bruta (m)P: potência elétrica (kW)
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
A energia produzida por essa central, durante um ano, é dada por:
E = P. FCU . 8.760 horas
Em que: P é a potência máxima fornecida durante o ano (que pode se confundir com a potência instalada) FCU é o Fator de Capacidade da Usina, ou seja, a relação entre a potência média no ano e a potência máxima (de pico) 8760 é o número de horas no ano.
A energia produzida por essa central, durante um ano, é dada por:
E = P. FCU . 8.760 horas
Em que: P é a potência máxima fornecida durante o ano (que pode se confundir com a potência instalada)FCU é o Fator de Capacidade da Usina, ou seja, a relação entre a potência média no ano e a potência máxima (de pico)8760 é o número de horas no ano.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Aspectos básicos para inserção no meio ambiente
Identificação dos principais impactos ambientais:
• Estabilidade das encostas;• Assoreamento;• Aspectos paisagísticos;• Recursos minerais;• Hidrogeologia;• Qualidade das águas;• Solos;• Vegetação e fauna.
Aspectos básicos para inserção no meio ambiente
Identificação dos principais impactos ambientais:
• Estabilidade das encostas;• Assoreamento;• Aspectos paisagísticos;• Recursos minerais;• Hidrogeologia;• Qualidade das águas;• Solos;• Vegetação e fauna.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
Identificação dos principais impactos ambientais
Socioeconomia:
• Impacto demográfico;• A qualidade de vida da população;• As oportunidades de trabalho; • A desapropriação de terras produtivas;• Durante o período de construção, alterações de várias ordens irão ocorrer, provocando transtornos à população local; • As obras das represas produzirão acidentes de trabalho, aumento de doenças sexualmente transmissíveis e da violência; • O incremento do tráfego, sobretudo de veículos pesados, poderá acarretar um aumento de acidentes de trânsito; • A restrição de áreas normalmente utilizadas para o lazer;
Identificação dos principais impactos ambientais
Socioeconomia:
• Impacto demográfico;• A qualidade de vida da população;• As oportunidades de trabalho; • A desapropriação de terras produtivas;• Durante o período de construção, alterações de várias ordens irão ocorrer, provocando transtornos à população local;• As obras das represas produzirão acidentes de trabalho, aumento de doenças sexualmente transmissíveis e da violência;• O incremento do tráfego, sobretudo de veículos pesados, poderá acarretar um aumento de acidentes de trânsito;• A restrição de áreas normalmente utilizadas para o lazer;
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas
• O enchimento dos reservatórios levará a um aumento dos acidentes com animais peçonhentos; • Uma vez cheio o lago, haverá a formação de ambientes propícios à proliferação de diversos outros vetores; • Do ponto de vista econômico, a construção das hidrelétricas poderá criar potencial para promover o desenvolvimento regional; • Ao término das obras de uma infraestrutura que poderá ser reaproveitada sob diversas formas, a serem definidas.
• O enchimento dos reservatórios levará a um aumento dos acidentes com animais peçonhentos;• Uma vez cheio o lago, haverá a formação de ambientes propícios à proliferação de diversos outros vetores;• Do ponto de vista econômico, a construção das hidrelétricas poderá criar potencial para promover o desenvolvimento regional;• Ao término das obras de uma infraestrutura que poderá ser reaproveitada sob diversas formas, a serem definidas.
Capítulo 2: Centrais hidrelétricasCapítulo 2: Centrais hidrelétricas