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Geração de Energia Elétrica (GEE)

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Geração de Energia Elétrica

Aula 3Centrais Hidrelétricas



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Etapas de implantação de Grandes Centrais Hidrelétricas (GCH)

1. Estimativa do potencial hidrelétrico− análise preliminar: aspectos topográficos, hidrológicos e geológicos− determina 1ª estimativa de custos/prazos

2. Inventário hidrelétrico (para grandes empreendimentos, t-15 anos)− determina potencial hidrelétrico e melhor divisão de queda para máxima energia ao menor custo

3. Estudo de viabilidade (para grandes empreendimentos, t-15 anos)− concepção global do aproveitamento: dimensionamento; obras de infra-estrutura necessárias;

reservatório e área de influência; uso múltiplo da água; efeitos e licenças ambientais4. Projeto básico

− detalhamento do aproveitamento concebido no estudo de viabilidade; definição do orçamento; execução dos estudos ambientais

5. Projeto executivo− execução dos desenhos de detalhamento das obras civis e dos equipamentos eletromecânicos− inicia as medidas relacionadas com a implantação do reservatório (deslocamento de pessoas,

instalações e animais)6. Execução da obra

− execução das obras civis; instalação e teste dos equipamentos



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Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH)

Capacidade instalada de 1 MW a 30 MWÁrea do reservatório inferior a 3,0 km²Resolução ANEEL Nº 652, de 09 de dezembro de 2003.Implantação em 1 a 4 anosVantagens− menor impacto ambiental− menor prazo de implantação (~24 meses) e volume de recursos investidos (< R$150 milhões)− pagamento pelo uso dos sistemas de transmissão e de distribuição tem desconto de 50% incidindo

na produção e no consumo da energia comercializada por uma PCH;− podem se credenciar para participar do Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia

Elétrica− empreendimentos que substituírem termelétricas que usam óleo combustível nos sistemas isolados

podem participar dos benefícios da Conta de Consumo de Combustíveis Fósseis - CCC− BNDES enquadra PCH's como investimentos do setor infraestrutura/energia considerados

prioritários− não há pagamento ao estado a título de compensação financeira pelo uso dos recursos hídricos

para geração de energia elétrica, também conhecidos como royalties pelas áreas inundadas



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Estudos para implantação das centrais hidrelétricas

Topográficos− restrito para PCH e abrangente para GCH− permitem estabelecer os melhores arranjos para os componente e obter a 1ª aproximação da

queda bruta (HB)Hidrológicos− determinam 3 vazões [m3/s]:

Q = normalQcd = de cheia para obras de desvio (recorrência 5 anos para PCH e 50-100 anos para GCH)Qcp = de cheia para extravasores e obras permanentes (em PCH, 500 anos para barragens de concreto e 1000 anos para barragens de terra; em GCH 10000 anos)

− determina quedas, vazões máximas e mínimas do aproveitamento, níveis máximos e mínimos, área inundada

− necessita histórico de longo prazoGeológicos e geotécnicos− cargas suportadas e materiais aproveitáveis na obra

Ecológicos e sócio-econômicos− estudo de impacto ambiental; deslocamento/desapropriação; terras férteis e patrimônio

MercadoReferência: Zulcy de Souza: Centrais Hidrelétricas – Dimensionamento de Componentes



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Tipos básicos de arranjo para os componentes

Centrais Hidrelétricas de Represamento (CHR)



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Centrais Hidrelétricas de Desvio (CHD) – mesmo rio



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Centrais Hidrelétricas de Desvio (CHD) – mesmo rio



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Centrais Hidrelétricas de Derivação (CHV) – outro rio



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Potencial hidráulico

Energia cinética ou potencial da água que se concentra no aproveitamentos hidrelétricos− Nas centrais hidrelétricas é transformada em energia mecânica e

depois em energia elétrica

Um volume d’água V [m3] caindo de um altura H [m] produz o trabalho teórico Tt [tm] de

= peso específico da água (1 t/m3)

A potência teórica Pt [tm/s] é de

= vazão ou descarga [m3/s]

Fatores de conversão

HVTt ⋅⋅= γ γ

HQPt ⋅= Q

cv33,13kW81,91 stm ==



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Sendo η o fator de rendimento da turbina e do gerador, Hl [m] a queda líquida (queda bruta menos perdas nos dispositivos de adução), então a potência efetiva Pe [tm/s] é de

Em cálculos preliminares utiliza-se rendimento da turbina de 0,9 e do gerador de 0,95. Assim, η≈0,855

cv em33,13kW em81,9

le

le

HQPHQP⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=

ηη

cv em3,11kW em3,8

le

le

HQPHQP⋅⋅=⋅⋅=

kWh1tm3673600h181,9

1kW181,9

1h

sstm

stm

==⋅⋅⇒=



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Assim, a energia elétrica potencial armazenada em um volumeV [m3] associado a uma queda líquida Hl é de

Hl é igual a altura entre o centro de gravidade de V e o nível d’água a jusante, descontadas as perdas nos dispositivos de adução.

Considerando valores médios de rendimento, tem-se

kWh em367

ηlHVE ⋅=

kWh em455

lHVE ⋅=



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Verificação potencial hidrelétrico

Verificar adequação do seguinte empreendimento.



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Itaipu – Casa de força e conduto forçado



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Itaipu – Energia produzida

Energia média produzida

Disponibilidade dasunidades geradoras



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Sistemas e equipamentos

Elétricos− sistemas de acionamento eletro-eletrônicos− sistema de proteção− sistema de comunicação− geradores e sistemas de excitação− reguladores de velocidade, de tensão e de carga− quadro de comando/proteção/medição− sistema eletro-eletrônico de baixa tensão− subestações (elevadoras e rebaixadoras)− linhas de transmissão

Mecânicos− grades− comportas− válvulas− tubulações− turbinas hidráulicas− reguladores de velocidade− pórticos – talhas – pontes rolantes

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