Aula 6 Fontes Convencionais Geração Hidráulica

Transcrição

1 PEA 3100 Energia, Meio Ambiente e Sustentabilidade Aula 6 Fontes Convencionais Geração Hidráulica Conceitos básicos A usina hidrelétrica Tipologia Energia hidráulica no Brasil slide 1 / 35

2 Geração hidrelétrica UHE de Itaipú 14 GW Brasil/Paraguai Fonte: EPE slide 2 / 35

3 Conceitos básicos da hidrologia: Ciclo hidrológico Fonte: USGS slide 3 / 35

4 Conceitos básicos de Hidrologia: Bacia hidrográfica Área da superfície do solo capaz de coletar a água das precipitações meteorológicas e conduzi-las ao curso d água. slide 4 / 35

5 Conceitos básicos de Hidrologia: Vazão em um curso d água. Exemplo de um fluviograma típico: Vazão mínima presente 95 a 100% do tempo slide 5 / 35

6 Conceitos básicos da hidrologia: Regularização de vazões slide 6 / 35

7 Hidrelétricas Princípio básico de funcionamento Energia/tempo = Potência = mgh m = massa que cai / seg g = aceleração da gravidade H = queda bruta Se a água que cai vem de um rio tem velocidade v constante: P = mgh + 1/2 mv 2 obs: 1/2 mv 2 em geral pode ser desprezada pois v é muita pequena P: Potência m: Vazão de massa M: massa m = dm/dt slide 7 / 35

8 Hidrelétricas Princípio básico de funcionamento m = m/q Q Q = volume de água que escoa através do tubo / seg PH = ghq g = aceleração da gravidade (9,81m/s2) = 1000kg/m3 Potência hidráulica (PH) = 9, HQ (W) Ou PH = 9,81 HQ (kw) Sendo: H em metros Q em m 3 /s P em kw slide 8 / 35

9 Hidrelétricas Características Rendimento ou eficiência: Indica a eficiência da conversão de energia. É a relação entre a energia útil obtida ( trabalho útil) e a energia total consumida. Energia Consumida Energia Útil Obtida (Trabalho Útil).. TOT H 0, 96 com 0, 97 0, 90 g 0, 94 0, 88 T H 0, 76 0, 87 TOT T g onde Pe Perdas Se consideramos a energia ou o trabalho por unidade de tempo, temos: Rendimento total de uma UHE: Rendimento ou eficiência = Potência útil / Potência consumida H g T - Rendimento do sistema hidráulico - Rendimento do gerador - Rendimento da turbina 9,81 H Q ( kw) TOT Potência elétrica slide 9 / 35

10 Então, a energia gerada depende: Energia gerada Da altura de carga H; da vazão de água Q; da eficiência dos diversos componentes. Por exemplo: - Para uma vazão constante de 3m 3 /seg ; - altura de 10m; -Rendimento hidráulico de 95% -Rendimento da turbina de 90% -Rendimento do gerador elétrico de 95% Ed Energia diária 9,81 H Q 24h H T g / Ed = 5737,23 kwh/dia dia slide 10 / 35

11 Fator de Capacidade (FC) de uma UHE Não sendo constante a vazão instantânea: Potência elétrica instantânea Ed Energia diária gerada i i 0 24 Pe (kw) Pe i dt i Curva diária de geração Potência instalada Potência máxima Potência média Fator de capacidade - FC FC = energia efetivamente gerada Máxima energia possível de ser gerada = i 24 i 0 Pe P max 24/ i dt i dia = Pmédia / Pmáxima Então: Ed Pmax FC 24h / dia horas slide 11 / 35

12 Exemplo: Uma usina hidrelétrica de 1 MW apresenta a seguinte curva diária de geração: Calcule: - Potência instalada - Potência máxima - Potência média - Fator de capacidade diário kw Qual a diferença entre capacidade ou potência instalada e potência máxima? horas A potência máxima instantânea pode ser igual à potência ou capacidade instalada? Quando isto acontece? slide 12 / 35

13 Hidrelétricas Principais componentes Barragens - represa Vertedouro Comportas porta de controle Condutos (duto) Chaminés de equilíbrio ou câmara de descarga Casas de força : turbina, gerador, válvulas, e demais equipamentos do sistema elétrico slide 13 / 35

14 Vista área da Usina de Itaipú barragem vertedouro Potência Instalada MW ou 14 GW slide 14 / 35

15 Turbinas hidráulicas Pelton Henry Borden Francis Itaipú Kaplan Andritz Hydro Bulbo (desenho) Jirau slide 15 / 35

16 Usina Henry Borden: 720m de queda 157m 3 /s 889 MW slide 16 / 35

17 Aplicação de Turbinas hidráulicas slide 17 / 35

18 Turbina Acoplamento do gerador na turbina slide 18 / 35

19 Usina de Itaipu - Conduto Forçado slide 19 / 35

20 Configuração de uma casa de força slide 20 / 35

21 Tipos de centrais hidrelétricas Quanto ao uso das vazões naturais 1- Central a fio d água slide 21 / 35

22 Tipos de centrais hidrelétricas Quanto ao uso das vazões naturais 2- Centrais de acumulação Vista aérea de Três Gargantas China slide 22 / 35

23 Tipos de centrais hidrelétricas Quanto ao uso das vazões naturais 3- Centrais reversíveis slide 23 / 35

24 Centrais Hidrelétricas - Reversíveis 24 Espanha MW MW Iberdrola: 650 p/ 852MW em plantas de 1640MW para armazenar energia Eólica slide 24 / 35

25 Tipos de centrais hidrelétricas Quanto à potência Quanto à altura de queda d água micro P < 100 kw mini 100 < P < 1000 kw pequenas 1000 < P < kw médias < P < kw grandes P kw baixíssima baixa média alta H < 10 metros 10 < H < 50 metros 50 < H < 250 metros H > 250 metros Quanto à forma de captação de água leito de rio ou de barramento desvio e em derivação slide 25 / 35

26 Central Hidrelétrica em Desvio Barragem Tomada d'água Rio Conduto forçado Conduto de adução Sob pressão ou a céu aberto Chaminé de equilíbrio Casa de máquinas Restituição da água NM NJ Barragem Chaminé de equilíbrio Tomada de água Conduto forçado Casa de máquinas NJ NM slide 26 / 35

27 Central Hidrelétrica em Desvio - Belo Monte slide 27 / 35

28 Energia Hidráulica no Brasil Potencial Hidráulico Brasileiro Fonte: EPE slide 28 / 35

29 Usinas Hidrelétricas no Brasil As 15 Maiores UHE Brasileiras Nome Potência (MW) Rio UF Belo Monte (em construção) Xingú PA São Luíz do Tapajós (projetada) Tapajós PA Tucuruí Tocantins PA Itaipú (parte brasileira) Iguaçú PR Jirau (em construção) Madeira RO Ilha Solteira Paraná SP Xingó São Francisco AL/SE Santo Antônio (em construção) Madeira RO Foz do Areia Iguaçú PR Paulo Afonso São Francisco BA Itumbiara Paranaíba GO/MG São Simão Paranaíba GO/MG Jupiá Paraná SP Porto Primavera Paraná SP Itaparica São Francisco BA Fonte: Total de UHEs em operação = 196 Capacidade instalada em UHE: 81,23 GW Total de PCHs em operação : 461 Capacidade instalada em PCHs: 4,60 GW slide 29 / 35

30 Sistema Interligado Nacional slide 30 / 35

31 Usinas Hidrelétricas no Brasil slide 31 / 35

32 Utilização da Energia das Marés Energia das Marés Origem no enchimento e esvaziamento alternados das baias e estuários. Usinas reversíveis podem ser usadas para bombear a água do mar para a baia ou vice e versa dependendo do tipo de usina. slide 32 / 35

33 Energia das Marés Usina La Rance - França 740 m de comprimento, 24 turbinas perfazendo 240MW; Concluída em 1967; 480GWh/ano (FC=25%) slide 33 / 35

34 Usina Maremotriz Usina La Rance - França Diferença útil de Maré: média 8.2m - máxima 13.5m Reservatório de 184,000,000 m3 slide 34 / 35

35 Impactos ambientais Usina Maremotriz Usina La Rance - França Especialistas ainda divergem quanto a problemas ambientais - Sedimentação slide 35 / 35