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;

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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

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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.