Energia Hidrocinética no Norte do Brasil

Prof. Dr. Geraldo Lúcio Tiago Filho

Eng. Msc. Antonio Carlos Barkett Botan

Eng. Dr. Júlio César Silva de Souza

Centro Nacional de Referências em Pequenas Centrais Hidrelétricas –CERPCH

Universidade Federal de Itajubá- UNFEI

UNIFEI

SUMÁRIO

Introdução

Princípio de funcionamento

Estado da arte

Projetos no mundo

Projetos em países emergentes

Ciclo de vida da tecnologia

Projeto: Developing a hydrokinetic park downstream of Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants.

ConclusõesConclusãoRecomendações

INTRODUÇÃO

Energia hidrocinética • É a energia extraída da energia cinética contida nas correntezas naturais e artificiais

dos oceanos, rios e canais• Baixo impacto ambiental• A sua implantação depende da avaliação do potencial disponível e a criação de

políticas favoráveis focadas a incentivar os incentivos, o mercado e a regulação.

Estado atual: • Crescimento, diferentes projetos de pesquisa em temas da engenharia, • Carece de análise econômica • Projetos em diferentes fases• Alto custo .

Situação em Países emergentes: • Recurso disponível. • Tecnologia pode ser desenvolvida, • criação de mercado, • sistemas acessíveis e relativamente eficientes.

SUMÁRIO

Introdução

Princípio de funcionamento

Estado da arte

Projetos no mundo

Projetos em países emergentes

Ciclo de vida da tecnologia

Projeto: Developing a hydrokinetic park downstream of Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants.

ConclusõesConclusãoRecomendações

INTRODUÇÃO

Energia hidrocinética extrai energia de correntezas naturais e artificiais em oceanos e curso d´água.Opção renovável disponível presente em lugares estratégicos: nos oceanos cujo potencial é relativamente alto, e nos rios em trechos com:

declividades mais fortes com estreitamento da seção transversalcom potenciais remanescentes

𝐸𝐶 = 𝐶𝑝1

2𝜌𝐴𝑟𝑉1

3 = 𝑃𝑒

PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO

Máximo coeficiente de potência: Relação de velocidades igual a 1/3.

A potência máxima extraída é devida só a dois terços da velocidade 𝑉1.

Normalmente, um sistema comum tem uma eficiência global de 0,35

SUMÁRIO

Introdução

Princípio de funcionamento

Estado da arte

Projetos no mundo

Projetos em países emergentes

Ciclo de vida da tecnologia

Projeto: Developing a hydrokinetic park downstream of Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants.

ConclusõesConclusãoRecomendações

ESTADO DA ARTE : Mundo

Departamento de Energia, Estados Unidos

Tipos de Turbinas para aproveitamentos Hidrocinéticos (maremotrizes)

Fab. Verdante

Turbina Axial , eixo horizontal

East River, New York, NY

Turbinas de Correntes marinhas

Sea Flow MCT Ltda In-Stream Device – Lunar Energy

SMD Hydrovision

ESTADO DA ARTE : Mundo

Tipos de Turbinas para aproveitamentos Hidrocinéticos (maremotrizes)

Turbinas de Arrasto

Underwater Electric Kite (UEK)

Irish company partnered with Nova Scotia Power (NSP)

Scot RenewableHydrokinetic turbine

ESTADO DA ARTE : Mundo

Eixo Horizontal

Turbina Tipo Darrieus, Gorlov – Turbina Fluxo Cruzado

Eixo Vertical

ESTADO DA ARTE : Mundo

ESTADO DA ARTE : Mundo

(a) ENERMAR, Italia - 20 kW Fase 4, (b) Rio Atchafalaya, Estados Unidos – Fase 1, (c) Smart Grid, Canada - Fase 3, (d) SEAFLOW, Inglaterra – 300 Kw.

SUMÁRIO

Introdução

Princípio de funcionamento

Estado da arte

Projetos no mundo

Projetos em países emergentes

Ciclo de vida da tecnologia

Projeto: Developing a hydrokinetic park downstream of Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants.

ConclusõesConclusãoRecomendações

ESTADO DA ARTE : Paísesemergentes

ESTADO DA ARTE : países emergentes

(a) Invap, Argentina - 4,5 kW Fase 2, (b) Fedeta, Equador – 1,5 kW Fase 3, (c) Brasil, UnB/Eletronorte – Fases 1, 2 e 3 ( Tucunaré)

C-1 C-2 C-2 C-3

SUMÁRIO

Introdução

Princípio de funcionamento

Estado da arte

Projetos no mundo

Projetos em países emergentes

Ciclo de vida da tecnologia

Projeto: Developing a hydrokinetic park downstream of Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants.

ConclusõesConclusãoRecomendações

ESTADO DA ARTE : Ciclo de vida

Renováveis: Mercado e regulaçãoDesenvolvimento da Tecnologia hidrocinética

Descobrimento, definição do conceito, desenvolvimento inicial, engenharia.

Prova do conceito, ensaios em laboratório, demonstração em local, aplicação real.

Produção e comercialização, aplicação real.

1,68 Cpb

SUMÁRIO

Introdução

Princípio de funcionamento

Estado da arte

Projetos no mundo

Projetos em países emergentes

Ciclo de vida da tecnologia

Projeto: Developing a hydrokinetic park downstream of Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants.

ConclusõesConclusãoRecomendações

Development and implementation of procedures for developing a hydrokinetic park and the survey of applicable

technologies downstream of hydropower plants. Case studies: Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants.

PROJETO

Financiamento Beneficiária Executora

EQUIPE• Prof. Dr. Geraldo Lucio Tiago FilhoProfessor e Diretor do Instituto de Recursos NaturaisCoordenador Geral

• Prof. Dr. Ramiro Gustavo Ramirez CamachoProfessor do Instituto de Engenharia MecânicaPesquisador orientador

• Msc. Camila Rocha GalhardoDoutoranda em Engenharia da ProduçãoGerente

• Eng. Msc. Antonio Carlos Barkett BotanDoutorando em Engenharia MecânicaCoordenador

• Eng. Msc. Ivan Felipe Silva dos SantosDoutorando em Engenharia MecânicaPesquisador

• Eng. Dr. Júlio César Silva de SouzaDoutor em Engenharia MecânicaPesquisador

• Eng. Msc. Roberto Meira JuniorDoutorando em Engenharia MecânicaPesquisador

• Eng. Laura Dardot CampelloMestrando em Engenharia da EnergiaPesquisador

• Pedro Henrique de Oliveira Azevedo LobãoGraduando em Engenharia Mecânica Pesquisador

PROJETO

HISTORICO

• Em março de 2015 submissão do projeto em parceria com a Universidade Federal do Maranhão –Canal do Varador

• Beneficiaria Eletronorte – Sugestão de estudo do potencial hidrocinético a jusante de duas usinas hidrelétricas na região Norte do país.

PROJETO

PROPOSTA

• Levantamento do potencial a jusante das usinas de Curua Una e Samuel

• 5 km a jusante da barragem;

• Topo batimétrica do leito do rio e topografia das margens .

• Modelagem do fenômeno e calculo do potencial hidrocinético

• Método computacional CFD;

• Estudo do regime hidrológico ao longo do ano;

• Definição do potencial hidrocinético

• Escolha do melhor trecho

• Calculo do potencial teórico

PROJETO

METODOLOGIA

• 1° Etapa – Definição de locais para realização do estudo

• 2° Etapa - Coleta de dados primários

• 3° Etapa – Planejamento de campo

• 4° Etapa - Coleta de dados de campo

• 5° Etapa –Tratamento dos dados

• 6° Etapa – Modelagem computacional

• 7° Etapa –Geração dos cenários

• 8° Etapa – Seleção do melhor trecho

• 9° Etapa – Definição do potencial

PROJETO

TRABALHO DE CAMPO - UHE SAMUEL

Potência 216 MW

Localização Rio Jamari

Estado Rondônia

Município Candeias do Jamari

PROJETO

TRABALHO DE CAMPO –UHE SAMUEL

TRABALHO DE CAMPO - UHE CURUÁ-UNA

Potência 30.3 MW

Localização Rio Curuá-Una

Estado Pará

Município Santarém

PROJETO

TRABALHO DE CAMPO –UHE CURUÁ-UNA

PROJETO

TRABALHO DE CAMPO – EQUIPAMENTOS

PROJETO

Coletora Garmin 50DV

ADCP Work Horse Sentinel

DGPS

TRABALHO DE CAMPO

PROJETO

TRABALHO DE CAMPO PROJETO

Software Winriver II® para coleta e integração dos dados de correntometria

TRABALHO DE CAMPO

PROJETO

ADCP

Ecobatímetro

DGPS

MODELAGEM COMPUTACIONAL

• Análise dos dados obtidos em campo;

• Seleção das seções e trechos de interesse;

• Geração da geometria utilizando os dados da batimetria – ICEM CFD;

• Geração das malhas – ICEM CFD;

• Seleção das condições de contorno utilizando os dados obtidos com ADCP –CFX-Pre

• Cálculo computacional –CFX Solver Manager

• Processamento e análise dos resultados –CFD Post

PROJETO

MODELAGEM COMPUTACIONAL

• Critério de Escolha das Seções:

• Velocidade média acima de 1,0 m/s

PROJETO

MODELAGEM COMPUTACIONAL

PROJETO

Rio Jamari - RO

MODELAGEM COMPUTACIONAL

PROJETO

Rio Curuá-Una - PA

MODELAGEM COMPUTACIONAL

• Geometria e Malha

Entrada

Lado 1

Fundo

Lado 2

Superficie

Saida

PROJETO

MODELAGEM COMPUTACIONAL -RESULTADOS

PROJETO

Seção de Entrada

MODELAGEM COMPUTACIONAL -RESULTADOS

PROJETO

Seção de Saída

MODELAGEM COMPUTACIONAL -RESULTADOS

PROJETO

Seção Intermediária

MODELAGEM COMPUTACIONAL -RESULTADOS

v

PROJETO

MODELAGEM COMPUTACIONAL -RESULTADOS

v

PROJETO

DEFINIÇÃO DO TRECHO PARA IMPLANTAÇÃO DO PARQUE HIDROCINÉTICO

• UHE Curuá-Una

• Velocidade Média 2,5m/s

• Localização entre as seções de 25 à 28

• Trecho de estreitamento do leito do rio

PROJETO

DEFINIÇÃO DO TRECHO PARA IMPLANTAÇÃO DO PARQUE HIDROCINÉTICO

PROJETO

DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL HIDROCINÉTICO DO TRECHO

• Levantamento dos níveis e vazões calculadas trimestralmente pela curva-chave

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez

Q [

m³/

s]

Vazões defluentes ao reservatório da UHE Curuá-Una.

PROJETO

DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL HIDROCINÉTICO DO TRECHO

A = 103,0ym - 122,8R² = 0,999

P = 83,97ym0,137

R² = 0,999

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

0

100

200

300

400

500

600

0 1 2 3 4 5 6 7 8

ymáx [m]

P [

m]

A [

m²]

A X y

P X y

y = 642,2621x - 2.308,1406R² = 0,9629

0

500

1000

1500

2000

2500

3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7

Q [

m³/

s]

ymáx [m]

Variação do perímetro e área molhada em função da profundidade máxima ymáx.

Curva chave do trecho de rio a ser simulado.

PROJETO

DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL HIDROCINÉTICO DO TRECHO

PROJETO

RESULTADOS

PROJETO

RESULTADOS

Seção Potencia Hidráulica

Disponível [kW]

Energia Hidráulica

Disponível [MWh/ano]

Potência

Instalada [kW]

Fator de

Capacidade

Energia Gerada

[MWh/ano]

1 472.15 4136.06 190 0.43 713.14

2 251.50 2203.17 100 0.60 527.67

3 639.15 5598.95 260 0.63 1425.41

4 1579.22 13833.97 630 0.68 3755.80

5 1459.29 12783.38 580 0.69 3497.02

6 963.37 8439.13 390 0.57 1934.29

7 584.72 5122.19 230 0.67 1354.38

Σ 2380 Média: 0.63 13207.70

PROJETO

SUMÁRIO

Introdução

Princípio de funcionamento

Estado da arte

Projetos no mundo

Projetos em países emergentes

Ciclo de vida da tecnologia

Projeto: Developing a hydrokinetic park downstream of Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants.

ConclusõesConclusõesRecomendações

• Existe tecnologia nacional para a prospecção de potencial hidrocinético

• Identificado um trecho passível de se instalar um parque hidrocinético

• Trecho selecionado:

• Seções 25,26,27 e 28 da Jusante da UHE Curuá-Uma

• Velocidades médias: 2,7 m/s

• Potencia Instalada: 2.380 kW

• Energia gerada anual: 13.207 MWh/ano

• Fator de capacidade: 0,63

CONCLUSÕES

Recomendações

• Identificar tecnologias que se adaptem às condições do trecho identificado;

• Definir e dimensionar o sistema de fixação da turbinas hidrocinéticas e do sistema de conexão elétrica à Usina Hidrelétrica de Curuá-Una;

• Conceber e dimensionar um sistema de proteção contra materiais em suspensão no rio;

• Buscar a viabilidade técnica e econômica do parque hidrocinético;

CONCLUSÕES

Recomendações

• Implementar parcerias e intercâmbios com as instituições de pesquisa e desenvolvimento tecnologia a área de energias hidrocinéticas, tais como : Heriot Watt University, EMEC, Aquatera, Scott Renewables e MeyGen

• Criar sinergias com instituições nacionais para o desenvolvimento tecnológico em energias hidrocinéticas fluviais e oceânicas, tais como: UNIFEI, UNB, UFMA e UFRJ.

• Desenvolver tecnologias nacionais visando ganhos de eficiência nos componentes hidro-elétricos e de controle de parques hidrocinético;

• Elaborar procedimentos para a concepção, dimensionamento, arranjo e de implantação de parques hidrocinético,

• Promover um programa de prospecção do potencial hidrocinético na bacias amazônicas e dos trechos de potenciais remanescentes dos rios das regiões sul e sudeste

• Promover um programa de prospecção do potencial hidrocinético, de maré motriz e de ondas no litoral brasileiro, (iniciando pelos litorais das regiões Norte e Sul)

CONCLUSÕES

CONCLUSÕES

Ilha MaracáCanal do Varador

Agradecimentos

• À Embaixada do Reino Unido

• À Eletronorte

• À Fapepe

• À Equipe do CERPCH

• À Unifei

OBRIGADO !!!www.cerpch.org.br