Aula 6 Fontes Convencionais Geração Hidráulica

Transcrição

1 PEA 2200 Energia, Meio Ambiente e Sustentabilidade Aula 6 Fontes Convencionais Geração Hidráulica Conceitos básicos A usina hidrelétrica Tipologia Energia hidráulica no Brasil slide 1 / 26

2 Geração hidrelétrica UHE de Itaipú 14 GW Brasil/Paraguai Fonte: EPE slide 2 / 26

3 Conceitos básicos da hidrologia: Ciclo hidrológico Fonte: USGS slide 3 / 26

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 / 26

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 / 26

6 Conceitos básicos da hidrologia: Regularização de vazões slide 6 / 26

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 / 26

8 Hidrelétricas Princípio básico de funcionamento m Q ρ = m/q Q = volume de água que escoa através do tubo / seg PH = ghq g = aceleração da gravidade (9,81m/s2) ρ = 1000kg/m3 Potência hidráulica (PH) = 9,81 HQ (kw) Sendo: H em metros Q em m3/s slide 8 / 26

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) η = η. η. η TOT com η H 0, 9 6 0, 9 7 η g 0, 9 0 0, 9 4 η T 0, 8 8 0, 7 6 0, 8 7 H η T O T 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 η H η g η T - Rendimento do sistema hidráulico - Rendimento do gerador - Rendimento da turbina = 9,81 H Q η ( kw ) TOT Potência elétrica slide 9 / 26

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% Energia diária Ed = 9,81 H Q η H η T η g 24 h / Ed = 5737,23 kwh/dia dia slide 10 / 26

11 Fator de Capacidade (FC) de uma UHE Não sendo constante a vazão instantânea: Potência elétrica instantânea Pe (kw) Curva diária de geração Potência instalada Energia diária gerada i = = 24 Ed Pe i = 0 i dt i 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 dia = Pmédia / Pmáxima Então: Ed = P max FC 24h / dia i horas slide 11 / 26

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 / 26

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 / 26

14 Vista área da Usina de Itaipú barragem vertedouro Potência Instalada MW ou 14 GW slide 14 / 26

15 Turbinas hidráulicas Pelton Henry Borden Francis Itaipú Kaplan Andritz Hydro Bulbo (desenho) Jirau slide 15 / 26

16 Turbina Acoplamento do gerador na turbina slide 16 / 26

17 Usina de Itaipu - Conduto Forçado slide 17 / 26

18 Configuração de uma casa de força slide 18 / 26

19 Tipos de centrais hidrelétricas Quanto ao uso das vazões naturais 1- Central a fio d água slide 19 / 26

20 Tipos de centrais hidrelétricas Quanto ao uso das vazões naturais 2- Centrais de acumulação slide 20 / 26

21 Tipos de centrais hidrelétricas Quanto ao uso das vazões naturais 3- Centrais reversíveis slide 21 / 26

22 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 baixíssima baixa média alta H < 10 metros 10 < H < 50 metros 50 < H < 250 metros H > 250 metros grandes P kw Quanto à forma de captação de água leito de rio ou de barramento desvio e em derivação slide 22 / 26

23 Central Hidrelétrica em Desvio B a r r a g e m T o m a d a d 'á g u a R io C o n d u to fo r ç a d o C o n d u t o d e a d u ç ã o S o b p r e s s ã o o u a c é u a b e r to C h a m in é d e e q u i lí b r i o C a s a d e m á q u in a s R e s titu i ç ã o d a á g u a NM N J B a r r a g e m C h a m in é d e e q u i lí b r i o T o m a d a d e á g u a C o n d u t o f o r ç a d o C a s a d e m á q u in a s NJ N M slide 23 / 26

24 Energia Hidráulica no Brasil Potencial Hidráulico Brasileiro Fonte: EPE slide 24 / 26

25 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 Total de UHEs em operação = 159 Capacidade instalada em UHE: 78,37 GW Total de PCHs em operação : 320 Capacidade instalada em PCHs: 3,87GW Fonte: EPE slide 25 / 26