Produção Hidrica e Suas Mais Valias

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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Centrais e Subestações Produção Hídrica e suas mais-valias hoje Carlos Jorge Araújo Nunes David Pereira Nogueira Gomez João Henrique Ferreira e Costa Tavares Turma 9 22 de Dezembro de 2014
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    25-Dec-2015
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  • Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

    Centrais e Subestaes

    Produo Hdrica e suas mais-valias hoje

    Carlos Jorge Arajo Nunes

    David Pereira Nogueira Gomez

    Joo Henrique Ferreira e Costa Tavares

    Turma 9

    22 de Dezembro de 2014

  • 2

    ndice

    Introduo ............................................................................................................................... 3

    Produo Hdrica .................................................................................................................... 4

    Funcionamento de uma central hidroeltrica...................................................................... 6

    Mini-hdricas ...................................................................................................................... 7

    Tipos de turbinas ................................................................................................................ 9

    Aproveitamentos Hidreltricos em Portugal ........................................................................ 10

    Exemplos de aproveitamentos hidreltricos PRO ......................................................... 11

    Mais valias da produo hdrica ........................................................................................... 12

    Impactos negativos da produo hdrica. ............................................................................. 14

    Concluso ............................................................................................................................. 15

    Referncias ........................................................................................................................... 16

    Anexos .................................................................................................................................. 17

  • 3

    Introduo

    A produo hidroeltrica tem um impacto muito significado nos dias de hoje,

    embora muita gente no se aperceba, ao nvel do custo da tarifa eltrica que paga mas sua

    importncia no pra por a. No decorrer deste trabalho sero estudados os vrios tipos de

    aproveitamentos hidroeltricos, tento em conta especialmente o caso portugus, ser

    analisada a sua constituio e forma como atuam no meio envolvente, principalmente no rio

    onde esto inseridos.

    Desde que o ser humano ganhou conscincia que a

    gua essencial vida e o porqu de o ser, o nosso prprio

    organismo constitudo por mais de 60% de gua. No

    princpio era apenas utilizada para consumo prprio, para

    dar de beber aos animais e como um elemento essencial na

    agricultura, no s para o cultivo dos alimentos mas tambm

    para o seu processamento, como exemplo disso podem ser

    considerados os moinhos. Como se sabe agora podem ainda

    ser utilizadas das mais diversas formas para ajudar o

    Homem, desde a produo hidroeltrica at aos tratamentos

    medicinais.

    Com o aparecimento do gerador eltrico e da

    crescente evoluo da eficincia das turbinas comeou a

    produzir-se energia partir da gua que corria nos rios,

    comeando com centrais de pequenas dimenses que

    produziam apenas para o consumo local at atingir

    atualmente grandes dimenses com potncias instaladas

    proporcionais ao seu tamanho.

    A energia hdrica de origem renovvel e limpa, ou

    seja, no causa poluio. Como se sabe, os combustveis fsseis no vo durar para sempre

    e a sua utilizao no boa para o planeta, embora as tecnologias tenham evoludo ao

    longo dos anos. A hdrica uma fonte de energia que perdurar, se bem aproveitada e com

    o aumento da eficincia das turbinas poder vir a ser a alternativa mais forte em relao s

    fontes no renovveis.

    Em Portugal a energia hdrica foi a primeira forma de produo de eletricidade a ser

    implementada, continua a estar principalmente concentrada a norte do pas e constitui uma

    fonte de energia indispensvel ao sistema eltrico nacional. O sistema hidroeltrico

    Figura 1. Moinho

    Figura 2. A Barragem das Trs

    Gargantas a maior do mundo e tem

    uma potncia instalada de 22,5GW

  • 4

    nacional bastante desenvolvido mas mesmo assim poderia ser melhor aproveitado mas

    com o tempo com certeza ir evoluir pois as vantagens que trs no so apenas a nvel

    energtico mas se feito corretamente poder melhorar as condies de vida de vrias

    populaes.

    Produo Hdrica

    A produo hdrica em Portugal sempre teve importncia no setor energtico

    nacional pois foi das primeiras formas de produo de energia neste pas, ao longo dos anos

    foram sendo feitos investimentos considerveis neste setor:

    Grfico 1. Aumentos de potncia instalada em grandes aproveitamentos hidroeltricos

    Como se pode ver a potncia que se tem vindo a acrescentar ao longo dos anos tem

    vindo a aumentar, embora nos ltimos anos tenha sofrido um abrandamento,

    principalmente devido crise econmica.

    O potencial hidreltrico portugus e o seu aproveitamento so estimados em cerca

    de 32TWh (potencial energtico bruto), dos quais apenas 25TWh so tecnicamente a

    aproveitveis, aprofundando um pouco mais a questo, pode-se ainda dizer que apenas

    21TWh so economicamente aproveitveis. O grfico seguinte divide os vrios setores da

    produo hdrica onde esse potencial pode ser aumentado:

    150

    1043

    366

    817 864 907

    428

    0

    200

    400

    600

    800

    1000

    1200

    Antes de 1950

    1951-1960 1961-1970 1971-1980 1981-1990 1991-2000 2001-2010

    MW

    Potncia instalada

  • 5

    Grfico 2. Potencial por explorar em Portugal

    Para terminar veremos agora os valores registados de produo hdrica nos ltimos

    anos:

    Grfico 3. Produo hdrica nos ltimos anos em Portugal

    Nota-se uma ligeira evoluo na quantidade de energia eltrica produzida a partir

    das centrais hidroeltricas ao longo dos anos, no muito notrio porque o caudal que

    circula nos rios claramente influenciado pela precipitao anual e pela sua distribuio

    geogrfica.

    41%

    41%

    18%

    POTENCIAL POR EXPLORAR (Potncia disponvel: 21 TWh)

    Gerao hidrca turbinavl Gerao hidrca reversivl

    Pequenas centrais hidrieltricas

    0

    2000

    4000

    6000

    8000

    10000

    12000

    14000

    16000

    18000

    GW

    h

    Evoluo da produo ao longo dos ltimos anos

    Produo Hdrica

  • 6

    Figura 3. Esquema de um Gerador / Turbina de uma

    Barragem Hidroeltrica

    Funcionamento de uma central hidroeltrica

    Uma central hidroeltrica tem como

    objetivo converter a energia mecnica

    produzida pela rotao das ps de uma turbina

    hidrulica (o que descrito pela figura ao

    lado), que por sua vez converte essa energia

    em energia eltrica por meio de um gerador,

    depois ligada s linhas de transmisso

    atravs dos transformadores. Nas instalaes

    hidroeltricas so utilizados diferentes tipos de

    turbina, variando normalmente de acordo com

    altura de queda e do caudal do rio para que

    esto destinadas, assunto que ser falado mais

    frente.

    O esquema de funcionamento de um aproveitamento hidroeltrico pode ser

    resumido no esquema seguinte:

    Figura 4. Esquema de funcionamento de um aproveitamento hidroeltrico

    A seguir apresentado o esquema da barragem hidroeltrica do Alto Lindoso no rio

    Lima:

  • 7

    Figura 5. Esquema da barragem do Alto Lindoso

    As centrais hidroeltricas podem ser divididas em trs tipos, sendo eles:

    Centrais de Alta Queda Centrais com alturas de queda superiores a 200 metros.

    Centrais de Mdia Queda Centrais com alturas de queda entre 20 e 200 metros.

    Centrais de Pequena Queda Centrais com alturas de queda inferiores a 20 metros.

    Estas por sua vez podem ser classificadas quando sua capacidade regularizar o

    caudal:

    Centrais de albufeira (com ou sem bombagem) Boa capacidade de regularizao de

    caudal, dependendo claro da sua capacidade de armazenamento.

    Centrais a fio de gua Centrais sem capacidade de armazenamento, no

    conseguindo assim regular os caudais.

    Mini-hdricas

    Embora se chamem mini-hdricas, estas no so centrais hdricas em tamanho

    pequeno, pois tm em si caractersticas especiais. Nelas so aplicadas novas tecnologias por

    forma a diminuir os seus custos, so desenhadas para serem simples e compactas e incluem

    sistemas de automatizao total da central. As turbinas utilizadas tm um rendimento

  • 8

    bastante bom para variados regimes de funcionamento, utilizam tambm mquinas

    sncronas como geradores.

    As principais vantagens deste tipo de tecnologia so as seguintes:

    Tem uma elevada eficincia, que se situa entre 70% e 90%;

    Remuneras em regime especial;

    A gua que circula nos percursos hdricos no difcil de prever;

    Baixas taxas de variao;

    No tem impactos ambientais muito significativos;

    A tecnologia j utilizada h mais de 40 anos.

    Existem vrios tipos de configuraes para as mini-hdricas:

    Central com canal de aduo e conduta forada (exemplo apresentado na figura

    abaixo) So de alta-queda e situam-se longe da barragem;

    Central apenas com conduta forada Centrais de baixa queda e situam-se perto das

    barragens;

    Central encastrada na barragem So centrais de baixa queda e situam-se nas

    prprias barragens;

    Central s com canal de aduo e cmara de carga Centrais de baixa queda e que

    se situam longe das barragens.

    A composio geral de uma mini-hdrica pode ser representada pela seguinte figura:

    Figura 6. Composio de uma mini-hdrica

  • 9

    Este tipo de centrais est essencialmente ligada produo dispersa e Portugal um

    pas com condies para receber este tipo de estruturas e com conhecimento suficientes

    para as explorar da melhor maneira.

    Tipos de turbinas

    O objetivo das turbinas hidrulicas transformar a energia mecnica provocada

    pelo fluxo de gua ao fazer girar as ps de uma turbina que por sua vez colocam em

    funcionamento um alternador que ir produzir eletricidade. Existem trs tipos de turbinas

    que so utilizadas em aproveitamentos hidroeltricos:

    Turbinas Pelton Tambm so conhecidas por turbinas de ao, apenas

    funcionam submersas na gua turbinada, a gua ao incidir a roda mvel atravs de

    jatos individualizados. utilizada em aproveitamentos de baixo caudal e alta queda.

    Figura 7. Turbinas Pelton

    Turbinas Francis Tambm conhecidas por turbinas de reao, a gua penetra na

    roda mvel por toda a periferia e trabalham no seio de um fluido turbinado. Este

    tipo de turbinas especialmente utilizado em aproveitamentos de mdia ou baixa

    queda.

    Figura 8. Turbinas Francis

    Turbinas Kaplan Este tipo de turbinas tambm so consideradas de reao mas

    em relao s turbinas Francis diferem no nmero de ps pois nas Kaplan menor,

  • 10

    tm inclinao regulvel e so em forma de hlice. normalmente utilizada em

    aproveitamentos a fio de gua, destinadas para aproveitamentos de baixa queda e

    grande caudal.

    Em alguns aproveitamentos hidroeltricos utilizada a bombagem e por vezes so

    utilizados grupos de turbina-alternador-bomba.

    Aproveitamentos Hidreltricos em Portugal

    Dada a disperso geogrfica das instalaes de

    produo hidroeltrica a EDP produo, responsvel pela

    gesto da maioria destes aproveitamentos, agrupou-os em

    centros de produo, organizados de acordo com um critrio

    que agrupa as instalaes de produo em funo da bacia

    hidrogrfica onde se localizam. Dado que a zona norte e centro

    do pas tem um maior ndice de pluviosidade as instalaes

    encontram-se, predominantemente, localizadas a norte do rio

    Tejo (Figura 9), sendo a maior concentrao nas bacias dos rios

    Cvado, Lima, Ave, Douro, Mondego e Tejo. Alguns destes

    cursos de gua tm tambm centros electroprodutores nos seus

    afluentes.

    Assim, os centros esto organizados da seguinte forma:

    Centro de Produo Cvado-Lima: agrupa as

    instalaes localizadas nas bacias hidrogrficas do rio Cvado

    (rios Cvado, Rabago e Homem) e rio Lima;

    Centro de Produo Douro: agrupa as instalaes de produo localizadas na bacia

    hidrogrfica do rio Douro (nacional e internacional);

    Centro de Produo Tejo-Mondego: agrupa as instalaes localizadas nas bacias

    hidrogrficas dos rios Tejo, Mondego, Guadiana e na cascata da Serra da Estrela.

    Alm da produo em regime ordinrio (PRO) relativa aos grandes aproveitamentos

    hdricos do pas englobados nos centros de produo acima referidos e que constituem

    grande parte da produo hidroeltrica nacional, existe tambm a produo em regime

    especial (PRE) relativa aos pequenos aproveitamentos, com uma potncia instalada inferior

    a 10 MW. Estas pequenas centrais hidreltricas esto espelhadas quase na totalidade pelo

    norte e centro do pas algumas das quais com peso histrico ligado ao desenvolvimento

    Figura 9. Aproveitamentos em

    Portugal

  • 11

    local e tm sofrido renovaes ao longo dos anos devido aos seus numerosos anos de

    servio.

    Exemplos de aproveitamentos hidreltricos PRO

    Sistema Cvado-Lima

    o Alto do Lindoso um aproveitamento de albufeira, entrou ao servio em

    1992 e situa-se no rio Lima, localizada a pouca distncia da fronteira com

    Espanha. o centro produtor hidroeltrico mais potente instalado em

    Portugal com 630 MW de potncia total instalada. Caracteriza-se pela

    capacidade de rpida entrada em servio (cerca de 90 segundos) e tem uma

    produtibilidade mdia anual de 909,6 GWh.

    o Frades um aproveitamento de albufeira, entrou em servio em 2005 e

    situa-se no rio Rabago. Tem capacidade de bombagem e conta com uma

    potncia instalada de 191 MW tendo uma produtibilidade mdia anual de

    439 GWh.

    Sistema Douro

    o Miranda um aproveitamento de fio de gua, entrou em servio em 1960 e

    conta com um reforo de potncia em 1995, tendo atualmente 369 MW de

    potncia instalada. Situa-se no Douro internacional e tem uma

    produtibilidade mdia anual de 879 GWh.

    o Picote um aproveitamento de fio de gua situado no Douro internacional,

    entrou em servio em 1958 e sofreu recentemente um reforo de potncia

    (2011), conta atualmente com uma potncia instalada de 441 MW e tem uma

    produtibilidade mdia anual de 1077 GWh.

    o Bemposta um aproveitamento de fio de gua situado no Douro

    internacional, entrou em servio em 1964 e em 2011 recebeu um reforo de

    potncia que contribui para uma potncia instalada atualmente de 431 MW

    tendo uma produtibilidade de 1052 GWh.

    Sistema Tejo-Mondego

    o Castelo do Bode um dos mais conhecidos e emblemticos

    aproveitamentos portugueses, entrou em servio em 1951 e um

    aproveitamento de albufeira. Situa-se no rio Zzere e conta com uma

    potncia total de 159 MW e uma produtibilidade mdia anual de 361 GWh.

    o Alqueva um dos mais recentes aproveitamentos hidroeltricos

    construdos em Portugal, situa-se no rio Guadiana e entrou em servio em

  • 12

    2003. Conta com um reforo de potncia em 2012 o que lhe permite ter

    atualmente uma potncia instalada de 511 MW, tem uma produtibilidade

    mdia anual de 300 GWh. tambm o maior reservatrio de gua em

    territrio nacional e o maior lago artificial da Europa devido sua enorme

    albufeira com 25000 ha.

    Alm destes exemplos, no final deste documento, em anexo, encontram-se uma lista

    detalhada de todos os aproveitamentos pertencentes os dois regimes (ordinrio e especial),

    com informao detalhada de cada um e com valores da produo no ano de 2013.

    Mais valias da produo hdrica

    Complementaridade hdrica-elica:

    As centrais hidroeltricas equipadas com bombagem, permitem o uso eficiente do

    excesso da produo elica, armazenando nas horas de vazio para posterior turbinamento

    nas horas de ponta. Nos perodos de maior produo de energia elica, como por exemplo

    durante a noite onde o consumo geralmente reduzido (horas de vazio) levam a que exista

    um excesso de energia. Essa energia aproveitada pelas centrais hidroeltricas para

    efetuarem bombagem voltando a encher as albufeiras e ficando com gua disponvel para

    ser turbinada quando necessrio.

    O que permite um melhor aproveitamento tanto para os parques elicos como para

    as centrais hidroeltricas.

  • 13

    Figura 30. Complementaridade hdrica-elica

    A nvel ambiental:

    o Contribuem amplamente para a reduo da dependncia energtica e ajudam

    na reduo de emisses de ;

    o Garantia de caudais de estiagem;

    o Inexistncia de resduos de efeitos poluentes;

    o Diminuio do risco inerente ao transporte martimo e terrestre de

    combustveis fsseis.

    Atenuam as anomalias pontuais do sistema:

    o Possibilitam uma rpida resposta a variaes bruscas de produo elica por

    ausncia de vento;

    o Atuam como fonte de segurana da rede em caso de falha do fornecimento;

    o Mantm em nveis aceitveis o recurso reserva operacional trmica.

    Aumenta a margem de manobra do Operador de Sistema na gesto diria do

    diagrama de cargas, o que tem impacto nos preos e nas trocas do MIBEL;

  • 14

    Bombagem em perodo de vazio aumenta a capacidade de turbinamento nas horas

    cheias e pode reforar exportaes;

    Tecnologia que melhor responde s flutuaes da procura;

    Scios-econmicos:

    o Abastecimento de gua;

    o Regularizao de caudais e controlo de cheias;

    o Lazer e turismo;

    o Reserva estratgica de gua;

    o Reduo da dependncia externa a nvel de importao de combustveis;

    o Diminuio dos custos por emisses evitadas;

    o Gerao de emprego direto e indireto.

    Impactos negativos da produo hdrica.

    Como vimos anteriormente a produo hdrica trs muitas vantagens mas

    infelizmente nem tudo perfeito e a hdrica tambm trs consigo algumas desvantagens.

    Desde logo podemos ver que implementar estruturas do tamanho de barragens com grandes

    capacidades, exige consequentemente que tenha uma grande albufeira, tm impactos

    considerveis nos ecossistemas. Sero agora inumerados os principais impactos da

    introduo de unidades de produo de energia hidroeltricas, sero tambm indicadas

    formas se evitar ou mitigar esses impactos:

    Impacto visual Este possivelmente o problema que a populao se aperceba

    melhor, por vezes estas estruturas macias de beto cinzento encontram-se rodeadas

    pela natureza o que distorce a naturalidade das coisas, e pode causar perturbaes

    aos animais que a habitam. Os fatores ambientais j so muito ponderados no

    planeamento das construes mas uma das formas de minimizar poderia ser pintar

    parte dessas estruturas para que se misturem melhor com a natureza, mas claro

    que acarreta custos considerveis.

    Impacto na fauna do rio Os percursos de migrao dos peixes no rio so alterados,

    o que pode colocar em causa a sobrevivncia algumas espcies que a habitam.

    Quando se constroem as barragens so criados locais por onde estes animais podem

    circular sempre que quiserem, o que minimiza bruscamente impacto negativo. Por

    exemplo, a barragem do Touvedo possu um dispositivo (elevador) para

    transposio de peixes.

    Alterao do caudal natural do rio Este impacto existe mas praticamente j no

    prejudica a populao pois as barragens fazem o seu melhor para tentar minimizar o

    nmero de inundaes quando chove em demasia. Para o ser humano introduo de

  • 15

    barragens teve impactos positivos pois permitiu fazer a regulao dos caudais dos

    rios.

    Alterao do ecossistema local Com uma obra desta envergadura a fauna e a flora

    so afetadas, algo que at j tinha sido referido em tpicos anteriores. A flora onde

    assentar a estrutura ser destruda e quanto a isso no h muito a fazer, na melhor os

    estudos efetuados tentam evitar que espcies raras de plantas possam ser destrudas.

    Quanto aos animais as coisas so diferentes pois estes com o decorrer das obras vo

    abandonando o local, podem tambm descolocar-se alguns tipos de animais para

    outros locais, a fim de os preservar.

    Deslocao de populaes Algumas vezes os melhores locais para fazer estas

    instalaes encontram-se habitados e nesses casos necessrio deslocar a

    populao. Como exemplo podemos considerar a barragem do Alqueva pois a sua

    construo exigiu o deslocamento da populao que vivia naquele local. Mais uma

    vez este problema foi resolvido pois a populao foi realojada numa nova aldeia,

    chamada Aldeia da Luz, com melhores condies do que a anterior.

    Como se pode ver as construes das instalaes de produo hdrica acarretam

    tambm alguns problemas mas todos para a grande maioria deles existem solues,

    algumas inclusive so muito boas e melhoram a vida das pessoas.

    Concluso

    Do presente trabalho podemos ver que Portugal um pas que apresenta boas

    caractersticas para a implementao da produo hdrica dai ser um pas com vrios

    aproveitamentos hidroeltricos.

    O desenvolvimento da hidroeletricidade deve visto num perspetiva de

    desenvolvimento sustentvel, ou seja, economicamente vivel, ambientalmente seguro e

    socialmente responsvel.

    A produo hdrica representa uma opo de produo de eletricidade para a qual

    esto bem identificados os impactos positivos e negativos associados. Cada vez mais os

    aproveitamentos hidroeltricos tm demonstrado as suas mais-valias associadas e os

    benefcios que trazem para o sistema electroprodutor. Face ao potencial demonstrado e as

    suas caractersticas intrnsecas associadas a hidroeletricidade tem de ser valorizada como

    parte fundamental do sistema electroprodutor nacional.

    Pelo fato de a situao energtica portuguesa ser difcil, isto , ter uma forte

    dependncia externa, dependemos muito da importao de petrleo como energia primria,

    e no termos ainda usado convenientemente os recursos endgenos de que dispomos torna-

  • 16

    se importante olhar para outras formas de produo de energia, neste contexto a produo

    hidroeltrica uma alternativa bastante vivel a que se deve dar importncia.

    Referncias

    [1]http://www.anossaenergia.edp.pt/centros_produtores/complementariedade_hidroeolica_

    pe.php

    [2] Hidroeletricidade em Portugal, Memria e Desafio, REN

    [3] Em nome da energia hidroeltrica, da memria centenria ao futuro sustentvel,

    Antnio Eira Leito

    [4] A hidroenergia no contexto nacional, Lus Braga da Cruz

    [5] http://www.apren.pt/pt/energias-renovaveis/hidrica/

    [6] Slides tericos da unidade curricular Sistemas Eltricos de Energia

    [7] Slides tericos da unidade curricular Produo Dispersa

    [8] Slides tericos da unidade curricular Centrais e Subestaes

    [9] http://pt.wikipedia.org/wiki/Hidroel%C3%A9ctricas_em_Portugal

    [10] http://pt.wikipedia.org/wiki/Usina_hidrel%C3%A9trica

    [11] http://pt.wikipedia.org/wiki/Turbina_hidr%C3%A1ulica

    [12] http://www.a-nossa-energia.edp.pt/centros_produtores/producao.php?cp_type=he&map_type=he

    [13] Declarao ambiental 2012, Aproveitamentos Hidroeltricos da Direo de Produo

    Hidrulica, EDP

    [14] Sistema Electroprodutor da EDP, Fernando Faria, Museu da Eletricidade, EDP

    [15] Produo Nmeros 2013, EDP

    http://www.anossaenergia.edp.pt/centros_produtores/complementariedade_hidroeolica_pe.phphttp://www.anossaenergia.edp.pt/centros_produtores/complementariedade_hidroeolica_pe.phphttp://www.apren.pt/pt/energias-renovaveis/hidrica/http://pt.wikipedia.org/wiki/Hidroel%C3%A9ctricas_em_Portugalhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Usina_hidrel%C3%A9tricahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Turbina_hidr%C3%A1ulicahttp://www.a-nossa-energia.edp.pt/centros_produtores/producao.php?cp_type=he&map_type=he

  • 17

    Anexos

    Figura 11. Aproveitamentos PRO

  • 18

    Figura 12. Aproveitamentos PRE

    (1) - Grupos equipados com bombagem;

    (2) - Valores mdios da srie de afluncias de 1966 a 2005 na PRO e mdias anuais

    aproximadas na PRE;

    (3) - Transferncia para a Iberdrola da gesto da capacidade de produo desde 1 de abril

    de 2009.