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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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Índice

Introdução ............................................................................................................................... 3

Produção Hídrica .................................................................................................................... 4

Funcionamento de uma central hidroelétrica...................................................................... 6

Mini-hídricas ...................................................................................................................... 7

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

Aproveitamentos Hidrelétricos em Portugal ........................................................................ 10

Exemplos de aproveitamentos hidrelétricos – PRO ......................................................... 11

Mais valias da produção hídrica ........................................................................................... 12

Impactos negativos da produção hídrica. ............................................................................. 14

Conclusão ............................................................................................................................. 15

Referências ........................................................................................................................... 16

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

3

Introdução

A produção hidroelétrica tem um impacto muito significado nos dias de hoje,

embora muita gente não se aperceba, ao nível do custo da tarifa elétrica que é paga mas sua

importância não pára por aí. No decorrer deste trabalho serão estudados os vários tipos de

aproveitamentos hidroelétricos, tento em conta especialmente o caso português, será

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

onde estão inseridos.

Desde que o ser humano ganhou consciência que a

água é essencial à vida e o porquê de o ser, o nosso próprio

organismo é constituído por mais de 60% de água. No

princípio era apenas utilizada para consumo próprio, para

dar de beber aos animais e como um elemento essencial na

agricultura, não só para o cultivo dos alimentos mas também

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 produção hidroelétrica até aos tratamentos

medicinais.

Com o aparecimento do gerador elétrico e da

crescente evolução da eficiência das turbinas começou a

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

começando com centrais de pequenas dimensões que

produziam apenas para o consumo local até atingir

atualmente grandes dimensões com potências instaladas

proporcionais ao seu tamanho.

A energia hídrica é de origem renovável e limpa, ou

seja, não causa poluição. Como se sabe, os combustíveis fósseis não vão durar para sempre

e a sua utilização não é boa para o planeta, embora as tecnologias tenham evoluído ao

longo dos anos. A hídrica é uma fonte de energia que perdurará, se bem aproveitada e com

o aumento da eficiência das turbinas poderá vir a ser a alternativa mais forte em relação às

fontes não renováveis.

Em Portugal a energia hídrica foi a primeira forma de produção de eletricidade a ser

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

fonte de energia indispensável ao sistema elétrico nacional. O sistema hidroelétrico

Figura 1. Moinho

Figura 2. A Barragem das Três

Gargantas é a maior do mundo e tem

uma potência instalada de 22,5GW

4

nacional é bastante desenvolvido mas mesmo assim poderia ser melhor aproveitado mas

com o tempo com certeza irá evoluir pois as vantagens que trás não são apenas a nível

energético mas se feito corretamente poderá melhorar as condições de vida de várias

populações.

Produção Hídrica

A produção hídrica em Portugal sempre teve importância no setor energético

nacional pois foi das primeiras formas de produção de energia neste país, ao longo dos anos

foram sendo feitos investimentos consideráveis neste setor:

Gráfico 1. Aumentos de potência instalada em grandes aproveitamentos hidroelétricos

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

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

principalmente devido à crise económica.

O potencial hidrelétrico português e o seu aproveitamento são estimados em cerca

de 32TWh (potencial energético bruto), dos quais apenas 25TWh são tecnicamente a

aproveitáveis, aprofundando um pouco mais a questão, pode-se ainda dizer que apenas

21TWh são economicamente aproveitáveis. O gráfico seguinte divide os vários setores da

produção hídrica 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

Potência instalada

5

Gráfico 2. Potencial por explorar em Portugal

Para terminar veremos agora os valores registados de produção hídrica nos últimos

anos:

Gráfico 3. Produção hídrica nos últimos anos em Portugal

Nota-se uma ligeira evolução na quantidade de energia elétrica produzida a partir

das centrais hidroelétricas ao longo dos anos, não é muito notório porque o caudal que

circula nos rios é claramente influenciado pela precipitação anual e pela sua distribuição

geográfica.

41%

41%

18%

POTENCIAL POR EXPLORAR (Potência disponível: 21 TWh)

Geração hidríca turbinavél Geração hidríca reversivél

Pequenas centrais hidrielétricas

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

GW

h

Evolução da produção ao longo dos últimos anos

Produção Hídrica

6

Figura 3. Esquema de um Gerador / Turbina de uma

Barragem Hidroelétrica

Funcionamento de uma central hidroelétrica

Uma central hidroelétrica tem como

objetivo converter a energia mecânica

produzida pela rotação das pás de uma turbina

hidráulica (o que é descrito pela figura ao

lado), que por sua vez converte essa energia

em energia elétrica por meio de um gerador,

depois é ligada às linhas de transmissão

através dos transformadores. Nas instalações

hidroelétricas são utilizados diferentes tipos de

turbina, variando normalmente de acordo com

altura de queda e do caudal do rio para que

estão destinadas, assunto que será falado mais

à frente.

O esquema de funcionamento de um aproveitamento hidroelétrico pode ser

resumido no esquema seguinte:

Figura 4. Esquema de funcionamento de um aproveitamento hidroelétrico

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

Lima:

7

Figura 5. Esquema da barragem do Alto Lindoso

As centrais hidroelétricas podem ser divididas em três tipos, sendo eles:

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

Centrais de Média 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 á sua capacidade regularizar o

caudal:

Centrais de albufeira (com ou sem bombagem) – Boa capacidade de regularização de

caudal, dependendo claro da sua capacidade de armazenamento.

Centrais a fio de água – Centrais sem capacidade de armazenamento, não

conseguindo assim regular os caudais.

Mini-hídricas

Embora se chamem mini-hídricas, estas não são centrais hídricas em tamanho

pequeno, pois têm em si características especiais. Nelas são aplicadas novas tecnologias por

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

sistemas de automatização total da central. As turbinas utilizadas têm um rendimento

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bastante bom para variados regimes de funcionamento, utilizam também máquinas

síncronas como geradores.

As principais vantagens deste tipo de tecnologia são as seguintes:

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

Remuneras em regime especial;

A água que circula nos percursos hídricos não é difícil de prever;

Baixas taxas de variação;

Não tem impactos ambientais muito significativos;

A tecnologia já é utilizada há mais de 40 anos.

Existem vários tipos de configurações para as mini-hídricas:

Central com canal de adução e conduta forçada (exemplo apresentado na figura

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

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

barragens;

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

próprias barragens;

Central só com canal de adução e câmara de carga – Centrais de baixa queda e que

se situam longe das barragens.

A composição geral de uma mini-hídrica pode ser representada pela seguinte figura:

Figura 6. Composição de uma mini-hídrica

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Este tipo de centrais está essencialmente ligada á produção dispersa e Portugal é um

país com condições para receber este tipo de estruturas e com conhecimento suficientes

para as explorar da melhor maneira.

Tipos de turbinas

O objetivo das turbinas hidráulicas é transformar a energia mecânica provocada

pelo fluxo de água ao fazer girar as pás de uma turbina que por sua vez colocam em

funcionamento um alternador que irá produzir eletricidade. Existem três tipos de turbinas

que são utilizadas em aproveitamentos hidroelétricos:

Turbinas Pelton – Também são conhecidas por “turbinas de ação”, apenas

funcionam submersas na água turbinada, a água ao incidir a roda móvel através de

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

Figura 7. Turbinas Pelton

Turbinas Francis – Também conhecidas por “turbinas de reação”, a água penetra na

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

tipo de turbinas é especialmente utilizado em aproveitamentos de média ou baixa

queda.

Figura 8. Turbinas Francis

Turbinas Kaplan – Este tipo de turbinas também são consideradas de “reação” mas

em relação às turbinas Francis diferem no número de pás pois nas Kaplan é menor,

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têm inclinação regulável e são em forma de hélice. É normalmente utilizada em

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

grande caudal.

Em alguns aproveitamentos hidroelétricos é utilizada a bombagem e por vezes são

utilizados grupos de turbina-alternador-bomba.

Aproveitamentos Hidrelétricos em Portugal

Dada a dispersão geográfica das instalações de

produção hidroelétrica a EDP produção, responsável pela

gestão da maioria destes aproveitamentos, agrupou-os em

centros de produção, organizados de acordo com um critério

que agrupa as instalações de produção em função da bacia

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

do país tem um maior índice de pluviosidade as instalações

encontram-se, predominantemente, localizadas a norte do rio

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

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

cursos de água têm também centros electroprodutores nos seus

afluentes.

Assim, os centros estão organizados da seguinte forma:

Centro de Produção Cávado-Lima: agrupa as

instalações localizadas nas bacias hidrográficas do rio Cávado

(rios Cávado, Rabagão e Homem) e rio Lima;

Centro de Produção Douro: agrupa as instalações de produção localizadas na bacia

hidrográfica do rio Douro (nacional e internacional);

Centro de Produção Tejo-Mondego: agrupa as instalações localizadas nas bacias

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

Além da produção em regime ordinário (PRO) relativa aos grandes aproveitamentos

hídricos do país englobados nos centros de produção acima referidos e que constituem

grande parte da produção hidroelétrica nacional, existe também a produção em regime

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

a 10 MW. Estas pequenas centrais hidrelétricas estão espelhadas quase na totalidade pelo

norte e centro do país algumas das quais com peso histórico ligado ao desenvolvimento

Figura 9. Aproveitamentos em

Portugal

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local e têm sofrido renovações ao longo dos anos devido aos seus numerosos anos de

serviço.

Exemplos de aproveitamentos hidrelétricos – PRO

Sistema Cávado-Lima

o Alto do Lindoso – é um aproveitamento de albufeira, entrou ao serviço em

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

Espanha. É o centro produtor hidroelétrico mais potente instalado em

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

capacidade de rápida entrada em serviço (cerca de 90 segundos) e tem uma

produtibilidade média anual de 909,6 GWh.

o Frades – é um aproveitamento de albufeira, entrou em serviço em 2005 e

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

potência instalada de 191 MW tendo uma produtibilidade média anual de

439 GWh.

Sistema Douro

o Miranda – é um aproveitamento de fio de água, entrou em serviço em 1960 e

conta com um reforço de potência em 1995, tendo atualmente 369 MW de

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

produtibilidade média anual de 879 GWh.

o Picote – é um aproveitamento de fio de água situado no Douro internacional,

entrou em serviço em 1958 e sofreu recentemente um reforço de potência

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

produtibilidade média anual de 1077 GWh.

o Bemposta – é um aproveitamento de fio de água situado no Douro

internacional, entrou em serviço em 1964 e em 2011 recebeu um reforço de

potência que contribui para uma potência instalada atualmente de 431 MW

tendo uma produtibilidade de 1052 GWh.

Sistema Tejo-Mondego

o Castelo do Bode – É um dos mais conhecidos e emblemáticos

aproveitamentos portugueses, entrou em serviço em 1951 e é um

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

potência total de 159 MW e uma produtibilidade média anual de 361 GWh.

o Alqueva – É um dos mais recentes aproveitamentos hidroelétricos

construídos em Portugal, situa-se no rio Guadiana e entrou em serviço em

12

2003. Conta com um reforço de potência em 2012 o que lhe permite ter

atualmente uma potência instalada de 511 MW, tem uma produtibilidade

média anual de 300 GWh. É também o maior reservatório de água em

território nacional e o maior lago artificial da Europa devido à sua enorme

albufeira com 25000 ha.

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

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

com informação detalhada de cada um e com valores da produção no ano de 2013.

Mais valias da produção hídrica

Complementaridade hídrica-eólica:

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

excesso da produção eólica, armazenando nas horas de vazio para posterior turbinamento

nas horas de ponta. Nos períodos de maior produção de energia eólica, como por exemplo

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

um excesso de energia. Essa energia é aproveitada pelas centrais hidroelétricas para

efetuarem bombagem voltando a encher as albufeiras e ficando com água disponível para

ser turbinada quando necessário.

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

as centrais hidroelétricas.

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Figura 30. Complementaridade hídrica-eólica

A nível ambiental:

o Contribuem amplamente para a redução da dependência energética e ajudam

na redução de emissões de ;

o Garantia de caudais de estiagem;

o Inexistência de resíduos de efeitos poluentes;

o Diminuição do risco inerente ao transporte marítimo e terrestre de

combustíveis fósseis.

Atenuam as anomalias pontuais do sistema:

o Possibilitam uma rápida resposta a variações bruscas de produção eólica por

ausência de vento;

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

o Mantém em níveis aceitáveis o recurso à reserva operacional térmica.

Aumenta a margem de manobra do Operador de Sistema na gestão diária do

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

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

cheias e pode reforçar exportações;

Tecnologia que melhor responde às flutuações da procura;

Sócios-económicos:

o Abastecimento de água;

o Regularização de caudais e controlo de cheias;

o Lazer e turismo;

o Reserva estratégica de água;

o Redução da dependência externa a nível de importação de combustíveis;

o Diminuição dos custos por emissões evitadas;

o Geração de emprego direto e indireto.

Impactos negativos da produção hídrica.

Como vimos anteriormente a produção hídrica trás muitas vantagens mas

infelizmente nem tudo é perfeito e a hídrica também trás consigo algumas desvantagens.

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

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

consideráveis nos ecossistemas. Serão agora inumerados os principais impactos da

introdução de unidades de produção de energia hidroelétricas, serão também indicadas

formas se evitar ou mitigar esses impactos:

Impacto visual – Este é possivelmente o problema que a população se aperceba

melhor, por vezes estas estruturas maciças de betão cinzento encontram-se rodeadas

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

aos animais que aí habitam. Os fatores ambientais já são muito ponderados no

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

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

que acarreta custos consideráveis.

Impacto na fauna do rio – Os percursos de migração dos peixes no rio são alterados,

o que pode colocar em causa a sobrevivência algumas espécies que aí habitam.

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

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

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

transposição de peixes.

Alteração do caudal natural do rio – Este impacto existe mas praticamente já não

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

número de inundações quando chove em demasia. Para o ser humano introdução de

15

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

rios.

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

são afetadas, algo que até já tinha sido referido em tópicos anteriores. A flora onde

assentar a estrutura será destruída e quanto a isso não há muito a fazer, na melhor os

estudos efetuados tentam evitar que espécies raras de plantas possam ser destruídas.

Quanto aos animais as coisas são diferentes pois estes com o decorrer das obras vão

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

outros locais, a fim de os preservar.

Deslocação de populações – Algumas vezes os melhores locais para fazer estas

instalações encontram-se habitados e nesses casos é necessário deslocar a

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

construção exigiu o deslocamento da população que vivia naquele local. Mais uma

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

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

Como se pode ver as construções das instalações de produção hídrica acarretam

também alguns problemas mas todos para a grande maioria deles existem soluções,

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

Conclusão

Do presente trabalho podemos ver que Portugal é um país que apresenta boas

características para a implementação da produção hídrica dai ser um país com vários

aproveitamentos hidroelétricos.

O desenvolvimento da hidroeletricidade deve visto num perspetiva de

desenvolvimento sustentável, ou seja, economicamente viável, ambientalmente seguro e

socialmente responsável.

A produção hídrica representa uma opção de produção de eletricidade para a qual

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

aproveitamentos hidroelétricos têm demonstrado as suas mais-valias associadas e os

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

suas características intrínsecas associadas a hidroeletricidade tem de ser valorizada como

parte fundamental do sistema electroprodutor nacional.

Pelo fato de a situação energética portuguesa ser difícil, isto é, ter uma forte

dependência externa, dependemos muito da importação de petróleo como energia primária,

e não termos ainda usado convenientemente os recursos endógenos de que dispomos torna-

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

hidroelétrica é uma alternativa bastante viável a que se deve dar importância.

Referências

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

pe.php

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

[3] Em nome da energia hidroelétrica, da memória centenária ao futuro sustentável,

António Eira Leitão

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

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

[6] Slides teóricos da unidade curricular Sistemas Elétricos de Energia

[7] Slides teóricos da unidade curricular Produção Dispersa

[8] Slides teóricos da unidade curricular Centrais e Subestações

[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] Declaração ambiental 2012, Aproveitamentos Hidroelétricos da Direção de Produção

Hidráulica, EDP

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

[15] Produção Números 2013, EDP

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Anexos

Figura 11. Aproveitamentos PRO

18

Figura 12. Aproveitamentos PRE

(1) - Grupos equipados com bombagem;

(2) - Valores médios da série de afluências de 1966 a 2005 na PRO e médias anuais

aproximadas na PRE;

(3) - Transferência para a Iberdrola da gestão da capacidade de produção desde 1 de abril

de 2009.