Aula II.2 Noções Básicas de Estudos de Hidronergéticos

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1 Universidade Federal de Paraná Setor de Tecnologia Departamento de Engenharia Elétrica Disciplina: Planejamento de Sistemas Elétricos de Potência- TE157 Capítulo II: Planejamento da Sistemas de Geração de Energia Elétrica Aula II.2 Noções Básicas de Estudos de Hidronergéticos Prof. Clodomiro Unsihuay-Vila

2 Classificação da Geração Hidrelétrica

3 Grandes Complexos Hidroelétricos Complexo Hidroelétrico Belo Monte 11 GW Complexo Tapajós 6 GW Usinas Hidrelétricas do Rio Madeira 6 GW A Hidroelétrica de Três Gargantas Leitura adicional: Diagrama Esquemático das Usinas Hidrelétricas do SIN :

4 Estudos Energéticos: CRITÉRIOS ENERGÉTICOS Sistema de Referencia: Sistema eletroenergético ao qual os aproveitamentos inventariados poderão vir a ser interligados e devera ser definido pelo poder concedente. Período Crítico O período critico de um sistema de referencia e definido como aquele período do histórico hidrológico em que os reservatórios desse sistema são plenamente utilizados, sem a ocorrência de déficits, considerandose que, no inicio do período estão cheios e, ao final do mesmo totalmente deplecionados, sem preenchimentos intermediários.

5 Benefícios Energéticos Ao ser integrada a um sistema, uma usina hidroelétrica ou um conjunto de usinas hidroelétricas propicia três tipos de benefícios energéticos: energia firme, energia secundaria e capacidade de ponta. De acordo com a Aneel, Energia Firme corresponde à máxima produção contínua de energia que pode ser obtida supondo a ocorrência da seqüência mais seca registrada no histórico de vazões do rio onde está localizada. De acordo com o ONS, a Energia Firme é a energia média gerada no período crítico do Sistema Interligado Nacional- SIN- com configuração apenas hidráulica.

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7 Leitura adicional:

8 Fonte: Manual de Inventário Hidrelétrico de Bacias Hidrográficas, Eletrobrás, 2008:

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15 PRODUTIVIDADE HIDRÁULICA (1) PERDAS HIDRÁULICAS: Grades, entrada do conduto forçado, válvulas, curvas, redução de diâmetro, atrito nas paredes, etc hb = Nm -Nj hl = hb - hp POTÊNCIA GERADA: Ep = Energia Potencial Eg = Energia Gerada rt = Rendimento da Turbina rg = Rendimento do Gerador A energia potencial é dada por: Eg = Ep * rt * rg Ep = m * g * hl

16 PRODUTIVIDADE HIDRÁULICA POTÊNCIA GERADA: Ep = Energia Potencial Eg = Energia Gerada rt = Rendimento da Turbina rg = Rendimento do Gera dor Eg = Ep * rt * rg A energia potencial é dada por: Ep = m * g * hl Considerando que no S.I.U. a massa específica da água é igual 1000 [ kg / m 3 ] : Ep = 1000 * V * g * hl = 1000 * q * t * g * hl Onde o volume (V) é substituído pela a vazão (q) vezes o tempo (t).substituindo em e considerando o valor a aceleração da gravidade (g) igual a 9,81 [m / s 2 ], temos: Eg = 1000 * 9,81 * q * t * hl * rt * rg [ Joules] A potência gerada em MW é dada então por: P = 9,81 * 10 3 * q * hl * rt * rg [ MW ] A produtivida de hidráulica ( λ ) é definida por: λ = 9,81 * 10 3 * hl * rt * rg [ MW/ m 3 /s] P = λ q

17 PLANEJAMENTO DE SISTEMAS ELÉTRICOS ENERGIA FIRME A) Usina Hidrelétrica Isolada Nt - Nível do reservatório Nr - Nível Residual Período Crítico: Período contínuo igual ao horizonte de planejamento, no qual a média das vazões é a menor do histórico. Energia Firme : Energia que pode ser gerada num período igual ao crítico, considerando o reservatório cheio no início do período. Vamos considerar: Ef = Energia Firme da Usina Qnc = Vazão Média Natural do Período Crítico Vu= Volume Útil do Reservatório Nspc= N o de Segundos do Período Crítico Qev = Evaporação [m 3 /s] λ = Produtividade Média [ MW / (m 3 /s)] V u E f = [ Q n c + ( Q e v ) ] λ N s p c

18 PLANEJAMENTO DE SISTEMAS ELÉTRICOS ENERGIA FIRME B) Usinas Hidrelétricas em Cascata i = ( k n ) V u ( i ) E f ( k ) = [ Q n c ( k ) + ( Q ( ) ) ] λ i = k Sendo n o número de reservatórios a montante de k. N s p c e v i C) Energia Firme das Usinas Térmicas Seja : Pef = Potência Efetiva e Fc= Fator de Capacidade então, E ft = P ef. D) Energia Firme de Um Sistema Hidrotérmico Seja n o número total de usinas hidrelétricas e térmicas de um sistema. A energia firme deste sistema é dada por: i F E f S = E f ( i ) i = = n 1 c ( k )

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20 Exercício 1 Para um horizonte de planejamento de 5 anos, determinar a energia firme do sistema hidrotérmico, da figura abaixo. Considerar perdas hidráulicas médias iguais a 5%, para todas as hidrelétricas. Fc Pef(MW) UTE1 0, UTE2 0, UTE3 0, Hb(m) rt rg Vu(m^3) Qnc(m^3/s) Qev(m^3/s) UHE ,84 0,92 36,8x10^ ,6 UHE ,82 0,90 56,4x10^ ,5 UHE3 98 0,86 0,94 80,8x10^ ,2

21 Exercício 2 A figura abaixo, mostra as Usinas Hidrelétricas existentes UHE1, UHE2, UHE3 em cascata. Está estudando-se a possibilidade de construir duas novas usinas UHE4 e UHE5. Considerando a figura abaixo e os dados da tabela, calcule o ganho de energia firme do conjunto das duas usinas novas. Considere um período critico de 5 anos. Hlm(m) Qlm(m/s) Vu(m^3) Vesp(m^3) UHE x10^9 7x10^9 UHE x10^9 6x10^9 UHE x10^9 5x10^9 UHE x10^9 3x10^9 UHE x10^9 4x10^9

22 Exercício 3 A figura abaixo, mostra as Usinas Hidrelétricas existentes UHE1, UHE2, UHE3 e UHE4 em cascata, está estudando-se a possibilidade de construir uma nova usinas UHE5. Considerando a figura abaixo e os dados da tabela, índice de custo-benefício da usina nova UHE5. Considere um período critico de 5 anos, a vida econômica útil da Usina UHE5 de 50 anos, e uma taxa anual de desconto de 10%. Hlm (m) Qlm(m /s) Vu(m^3) Vesp (m^3) Pinst. (MW) Custo de Inv. (R$/kW) UHE x10^9 7x10^ UHE x10^9 6x10^ UHE x10^9 5x10^ UHE x10^9 3x10^ UHE x10^9 4x10^ COM (R$/kW.ano)