Geração de energia...

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.


“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”.


•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.


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.


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.


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.


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.


Determinação da capacidade de reservatórios pluviais:

• Regularização total;• Regularização parcial.

Determinação da capacidade de reservatórios pluviais:

• Regularização total;• Regularização parcial.


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.


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.


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.


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.


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


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.


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.


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.


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.


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)


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.


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.


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;


• 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.


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