Energia Hidrocinética no Norte do Brasil

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1 UNIFEI Energia Hidrocinética no Norte do Brasil Prof. Dr. Geraldo Lúcio Tiago Filho Eng. Msc. Antonio Carlos Barkett Botan Eng. Dr. Júlio César Silva de Souza Centro Nacional de Referências em Pequenas Centrais Hidrelétricas CERPCH Universidade Federal de Itajubá- UNFEI

2 SUMÁRIO Introdução Princípio de funcionamento Estado da arte Projetos no mundo Projetos em países emergentes Ciclo de vida da tecnologia Projeto: Developing a hydrokinetic park downstream of Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants. Conclusões Conclusão Recomendações

3 INTRODUÇÃO Energia hidrocinética É a energia extraída da energia cinética contida nas correntezas naturais e artificiais dos oceanos, rios e canais Baixo impacto ambiental A sua implantação depende da avaliação do potencial disponível e a criação de políticas favoráveis focadas a incentivar os incentivos, o mercado e a regulação. Estado atual: Crescimento, diferentes projetos de pesquisa em temas da engenharia, Carece de análise econômica Projetos em diferentes fases Alto custo. Situação em Países emergentes: Recurso disponível. Tecnologia pode ser desenvolvida, criação de mercado, sistemas acessíveis e relativamente eficientes.

4 SUMÁRIO Introdução Princípio de funcionamento Estado da arte Projetos no mundo Projetos em países emergentes Ciclo de vida da tecnologia Projeto: Developing a hydrokinetic park downstream of Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants. Conclusões Conclusão Recomendações

5 INTRODUÇÃO Energia hidrocinética extrai energia de correntezas naturais e artificiais em oceanos e curso d água. Opção renovável disponível presente em lugares estratégicos: nos oceanos cujo potencial é relativamente alto, e nos rios em trechos com: declividades mais fortes com estreitamento da seção transversal com potenciais remanescentes E C = C p 1 2 ρa rv 1 3 = P e

6 PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO Máximo coeficiente de potência: Relação de velocidades igual a 1/3. A potência máxima extraída é devida só a dois terços da velocidade V 1. Normalmente, um sistema comum tem uma eficiência global de 0,35

7 SUMÁRIO Introdução Princípio de funcionamento Estado da arte Projetos no mundo Projetos em países emergentes Ciclo de vida da tecnologia Projeto: Developing a hydrokinetic park downstream of Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants. Conclusões Conclusão Recomendações

8 ESTADO DA ARTE : Mundo Departamento de Energia, Estados Unidos

9 ESTADO DA ARTE : Mundo Tipos de Turbinas para aproveitamentos Hidrocinéticos (maremotrizes) Turbina Axial, eixo horizontal Turbinas de Correntes marinhas Sea Flow MCT Ltda In-Stream Device Lunar Energy Fab. Verdante East River, New York, NY SMD Hydrovision

10 ESTADO DA ARTE : Mundo Tipos de Turbinas para aproveitamentos Hidrocinéticos (maremotrizes) Underwater Electric Kite (UEK) Scot Renewable Hydrokinetic turbine Irish company partnered with Nova Scotia Power (NSP) Turbinas de Arrasto

11 ESTADO DA ARTE : Mundo Turbina Tipo Darrieus, Gorlov Turbina Fluxo Cruzado Eixo Vertical Eixo Horizontal

12 ESTADO DA ARTE : Mundo (a) ENERMAR, Italia - 20 kw Fase 4, (b) Rio Atchafalaya, Estados Unidos Fase 1, Smart Grid, Canada - Fase 3, (d) SEAFLOW, Inglaterra 300 Kw. (c)

13 SUMÁRIO Introdução Princípio de funcionamento Estado da arte Projetos no mundo Projetos em países emergentes Ciclo de vida da tecnologia Projeto: Developing a hydrokinetic park downstream of Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants. Conclusões Conclusão Recomendações

14 ESTADO DA ARTE : Países emergentes

15 ESTADO DA ARTE : países emergentes C-1 C-2 C-2 C-3 (a) Invap, Argentina - 4,5 kw Fase 2, (b) Fedeta, Equador 1,5 kw Fase 3, (c) Brasil, UnB/Eletronorte Fases 1, 2 e 3 ( Tucunaré)

16 SUMÁRIO Introdução Princípio de funcionamento Estado da arte Projetos no mundo Projetos em países emergentes Ciclo de vida da tecnologia Projeto: Developing a hydrokinetic park downstream of Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants. Conclusões Conclusão Recomendações

17 ESTADO DA ARTE : Ciclo de vida 1,68 Cpb Descobrimento, definição do conceito, desenvolvimento inicial, engenharia. Prova do conceito, ensaios em laboratório, demonstração em local, aplicação real. Produção e comercialização, aplicação real. Renováveis: Mercado e regulação Desenvolvimento da Tecnologia hidrocinética

18 SUMÁRIO Introdução Princípio de funcionamento Estado da arte Projetos no mundo Projetos em países emergentes Ciclo de vida da tecnologia Projeto: Developing a hydrokinetic park downstream of Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants. Conclusões Conclusão Recomendações

19 PROJETO Development and implementation of procedures for developing a hydrokinetic park and the survey of applicable technologies downstream of hydropower plants. Case studies: Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants. Financiamento Beneficiária Executora

20 PROJETO Prof. Dr. Geraldo Lucio Tiago Filho Professor e Diretor do Instituto de Recursos Naturais Coordenador Geral EQUIPE Eng. Dr. Júlio César Silva de Souza Doutor em Engenharia Mecânica Pesquisador Prof. Dr. Ramiro Gustavo Ramirez Camacho Professor do Instituto de Engenharia Mecânica Pesquisador orientador Msc. Camila Rocha Galhardo Doutoranda em Engenharia da Produção Gerente Eng. Msc. Antonio Carlos Barkett Botan Doutorando em Engenharia Mecânica Coordenador Eng. Msc. Roberto Meira Junior Doutorando em Engenharia Mecânica Pesquisador Eng. Laura Dardot Campello Mestrando em Engenharia da Energia Pesquisador Pedro Henrique de Oliveira Azevedo Lobão Graduando em Engenharia Mecânica Pesquisador Eng. Msc. Ivan Felipe Silva dos Santos Doutorando em Engenharia Mecânica Pesquisador

21 PROJETO HISTORICO Em março de 2015 submissão do projeto em parceria com a Universidade Federal do Maranhão Canal do Varador Beneficiaria Eletronorte Sugestão de estudo do potencial hidrocinético a jusante de duas usinas hidrelétricas na região Norte do país.

22 PROJETO PROPOSTA Levantamento do potencial a jusante das usinas de Curua Una e Samuel 5 km a jusante da barragem; Topo batimétrica do leito do rio e topografia das margens. Modelagem do fenômeno e calculo do potencial hidrocinético Método computacional CFD; Estudo do regime hidrológico ao longo do ano; Definição do potencial hidrocinético Escolha do melhor trecho Calculo do potencial teórico

23 PROJETO METODOLOGIA 1 Etapa Definição de locais para realização do estudo 2 Etapa - Coleta de dados primários 3 Etapa Planejamento de campo 4 Etapa - Coleta de dados de campo 5 Etapa Tratamento dos dados 6 Etapa Modelagem computacional 7 Etapa Geração dos cenários 8 Etapa Seleção do melhor trecho 9 Etapa Definição do potencial

24 TRABALHO DE CAMPO - UHE SAMUEL Potência Localização Estado Município 216 MW Rio Jamari Rondônia Candeias do Jamari

25 PROJETO TRABALHO DE CAMPO UHE SAMUEL

26 PROJETO TRABALHO DE CAMPO - UHE CURUÁ-UNA Potência Localização Estado Município 30.3 MW Rio Curuá-Una Pará Santarém

27 PROJETO TRABALHO DE CAMPO UHE CURUÁ-UNA

28 PROJETO TRABALHO DE CAMPO EQUIPAMENTOS ADCP Work Horse Sentinel Coletora Garmin 50DV DGPS

29 PROJETO TRABALHO DE CAMPO

30 PROJETO TRABALHO DE CAMPO Software Winriver II para coleta e integração dos dados de correntometria

31 PROJETO TRABALHO DE CAMPO DGPS Ecobatímetro ADCP

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33 PROJETO MODELAGEM COMPUTACIONAL Análise dos dados obtidos em campo; Seleção das seções e trechos de interesse; Geração da geometria utilizando os dados da batimetria ICEM CFD; Geração das malhas ICEM CFD; Seleção das condições de contorno utilizando os dados obtidos com ADCP CFX- Pre Cálculo computacional CFX Solver Manager Processamento e análise dos resultados CFD Post

34 PROJETO MODELAGEM COMPUTACIONAL Critério de Escolha das Seções: Velocidade média acima de 1,0 m/s

35 PROJETO MODELAGEM COMPUTACIONAL Rio Jamari - RO

36 PROJETO MODELAGEM COMPUTACIONAL Rio Curuá-Una - PA

37 PROJETO MODELAGEM COMPUTACIONAL Saida Geometria e Malha Superficie Lado 1 Lado 2 Fundo Entrada

38 PROJETO MODELAGEM COMPUTACIONAL - RESULTADOS Seção de Entrada

39 PROJETO MODELAGEM COMPUTACIONAL - RESULTADOS Seção de Saída

40 PROJETO MODELAGEM COMPUTACIONAL - RESULTADOS Seção Intermediária

41 PROJETO MODELAGEM COMPUTACIONAL - RESULTADOS v

42 PROJETO MODELAGEM COMPUTACIONAL - RESULTADOS v

43 PROJETO DEFINIÇÃO DO TRECHO PARA IMPLANTAÇÃO DO PARQUE HIDROCINÉTICO UHE Curuá-Una Velocidade Média 2,5m/s Localização entre as seções de 25 à 28 Trecho de estreitamento do leito do rio

44 PROJETO DEFINIÇÃO DO TRECHO PARA IMPLANTAÇÃO DO PARQUE HIDROCINÉTICO

45 Q [m³/s] PROJETO DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL HIDROCINÉTICO DO TRECHO Levantamento dos níveis e vazões calculadas trimestralmente pela curva-chave jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Vazões defluentes ao reservatório da UHE Curuá-Una.

46 A [m²] P [m] Q [m³/s] PROJETO DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL HIDROCINÉTICO DO TRECHO A = 103,0ym - 122,8 R² = 0,999 P = 83,97ym 0,137 R² = 0, ymáx [m] Variação do perímetro e área molhada em função da profundidade máxima ymáx A X y 1000 P X y y = 642,2621x ,1406 R² = 0, ,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 ymáx [m] Curva chave do trecho de rio a ser simulado.

47 PROJETO DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL HIDROCINÉTICO DO TRECHO

48 PROJETO RESULTADOS

49 PROJETO RESULTADOS Seção Potencia Hidráulica Disponível [kw] Energia Hidráulica Disponível [MWh/ano] Potência Instalada [kw] Fator de Capacidade Energia Gerada [MWh/ano] Σ 2380 Média:

50 SUMÁRIO Introdução Princípio de funcionamento Estado da arte Projetos no mundo Projetos em países emergentes Ciclo de vida da tecnologia Projeto: Developing a hydrokinetic park downstream of Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants. Conclusões Conclusões Recomendações

51 CONCLUSÕES Existe tecnologia nacional para a prospecção de potencial hidrocinético Identificado um trecho passível de se instalar um parque hidrocinético Trecho selecionado: Seções 25,26,27 e 28 da Jusante da UHE Curuá-Uma Velocidades médias: 2,7 m/s Potencia Instalada: kw Energia gerada anual: MWh/ano Fator de capacidade: 0,63

52 CONCLUSÕES Recomendações Identificar tecnologias que se adaptem às condições do trecho identificado; Definir e dimensionar o sistema de fixação da turbinas hidrocinéticas e do sistema de conexão elétrica à Usina Hidrelétrica de Curuá-Una; Conceber e dimensionar um sistema de proteção contra materiais em suspensão no rio; Buscar a viabilidade técnica e econômica do parque hidrocinético;

53 CONCLUSÕES Recomendações Implementar parcerias e intercâmbios com as instituições de pesquisa e desenvolvimento tecnologia a área de energias hidrocinéticas, tais como : Heriot Watt University, EMEC, Aquatera, Scott Renewables e MeyGen Criar sinergias com instituições nacionais para o desenvolvimento tecnológico em energias hidrocinéticas fluviais e oceânicas, tais como: UNIFEI, UNB, UFMA e UFRJ. Desenvolver tecnologias nacionais visando ganhos de eficiência nos componentes hidroelétricos e de controle de parques hidrocinético; Elaborar procedimentos para a concepção, dimensionamento, arranjo e de implantação de parques hidrocinético, Promover um programa de prospecção do potencial hidrocinético na bacias amazônicas e dos trechos de potenciais remanescentes dos rios das regiões sul e sudeste Promover um programa de prospecção do potencial hidrocinético, de maré motriz e de ondas no litoral brasileiro, (iniciando pelos litorais das regiões Norte e Sul)

54 CONCLUSÕES Ilha Maracá Canal do Varador

55 Agradecimentos À Embaixada do Reino Unido À Eletronorte À Fapepe À Equipe do CERPCH À Unifei

56 OBRIGADO!!!