UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

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1 1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA FONTES DE ENERGIA NÃO CONVENCIONAIS: PCHS E GEOTÉRMICAS SÉRGIO VIDAL GARCIA OLIVEIRA DANIEL GUSTAVO CASTELLAIN JEFFERSON CARLOS FISCHER JOINVILLE 2015

2 2 ILUSTRAÇÕES Figura 1 Classificação das PCHs e quanto a potência e queda do projeto... 9 Figura 2 Empreendimentos outorgados entre 1998 e Figura 3 Empreendimentos em operação Figura 4 Funcionamento de uma central geotérmica Figura 5 Reservatório geotérmico de alta temperatura Figura 6 Componentes de uma usina geotérmica Figura 7 Capacidade geotérmica instalada por país... 15

3 3 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ENERGIA HIDRÁULICA DE PCHS Motivações Histórico Definições PCH Fio d água PCH Acumulação com regularização diária do reservatório PCH Acumulação com regularização mensal do reservatório PCH quanto ao sistema de adução PCH quanto à potência instalada e quanto à queda de projeto Potencial de geração no Brasil ENERGIA GEOTÉRMICA Fundamentos Capacidade geotérmica mundial instalada REFERÊNCIAS... 16

4 1 INTRODUÇÃO 4 Neste capítulo serão apresentadas informações com relação à energia hidráulica de Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCHs) e a energia Geotérmica. 1.1 ENERGIA HIDRÁULICA DE PCHS Motivações A crescente demanda por energia associada ao curto horizonte dos combustíveis fósseis, bem como os aspectos ambientais relacionados ao consumo destes, tem desafiado o setor energético mundial a buscar novas fontes energéticas, sendo algumas destas bastante promissoras e relativamente recentes [1] Histórico O Manual de Pequenas Centrais Hidrelétricas(PCHs), foi editado pela primeira vez em fevereiro de Nesses dezessete anos ocorreram diversos progressos na tecnologia de projeto, notadamente aqueles relacionados com o advento da microinformática e de implantação de aproveitamentos hidrelétricos [2]. Além disso, ocorreu, também, profunda alteração no modelo institucional do Setor Elétrico, com ênfase na crescente participação do capital privado para o seu desenvolvimento [2]. A Lei no 9.648, de 27/05/98, dá diretrizes básicas para os referidos empreendimentos, mais especificadamente para centrais de até 30 MW de potência instalada, para autoprodutor e produtor independente [2]. Em complementação, a Resolução no 395 da ANEEL, de 04/12/98, estabeleceu regras quanto à outorgação de concessão a tais usinas, considerando que os empreendimentos mantenham as características de Pequena Central Hidrelétrica,

5 5 conforme definido na Resolução no 394, também de 04/12/98 [2]. A Resolução no 343 da ANEEL, de 09/12/2008, estabelece procedimentos para registro, elaboração, aceite, análise, seleção e aprovação de projeto básico e para autorização de aproveitamento de potencial de energia hidráulica com características de Pequena Central Hidrelétrica PCH [3]. Na primeira edição do Manual (ELETROBRÁS, 1982), uma Usina Hidrelétrica era considerada como uma PCH quando [2]: a potência instalada total estivesse compreendida entre 1,0 MW e 10 MW; a capacidade do conjunto turbina-gerador estivesse compreendida entre 1,0MW e 5,0 MW; não fossem necessárias obras em túneis (conduto adutor, conduto forçado, desvio de rio, etc.); a altura máxima das estruturas de barramento do rio (barragens, diques, vertedouro, tomada d água, etc.) não ultrapassasse 10 m; a vazão de dimensionamento da tomada d água fosse igual ou inferior a 20m³/s. Não havia limite para a queda do empreendimento, sendo as PCHs classificadas em de baixa, média e alta queda. Em função das mudanças institucionais e da legislação por que passou o país, e da experiência acumulada nos últimos 17 anos, tornou-se importante atualizar esses critérios. A Lei no 9.648, de 27/05/98, autorizava a dispensa de licitações para empreendimentos hidrelétricos de até 30 MW de potência instalada, para Autoprodutor e Produtor Independente. A concessão era outorgada mediante autorização, até esse limite de potência, desde que os empreendimentos

6 mantivessem as características de Pequena Central Hidrelétrica [2] Definições Resolução da ANEEL 394, de 04/12/98, estabelece que os aproveitamentos com características de PCH são aqueles que têm potência entre 1 e 30 MW e área inundada até 3,0 km2, para a cheia centenária. Todas as limitações anteriores foram eliminadas [2]. PCHs quanto à capacidade de regularização do reservatório, são [2]: a Fio d Água; de Acumulação, com Regularização Diária do Reservatório e com Regularização Mensal do Reservatório PCH Fio d água Esse tipo de PCH é empregado quando as vazões de estiagem do rio são iguais ou maiores que a descarga necessária à potência a ser instalada para atender à demanda máxima prevista. Nesse caso, despreza-se o volume do reservatório criado pela barragem. O sistema de adução deverá ser projetado para conduzir a descarga necessária para fornecer a potência que atenda à demanda máxima. O aproveitamento energético local será parcial e o vertedouro funcionará na quase totalidade do tempo, extravasando o excesso de água [2]. Esse tipo apresenta, dentre outras, as seguintes simplificações: dispensa estudos de regularização de vazões; dispensa estudos de sazonalidade da carga elétrica do consumidor; e facilita os estudos e a concepção da tomada d água [2]. 6

7 7 No projeto: não havendo flutuações significativas do NA do reservatório, não é necessário que a tomada d água seja projetada para atender a depleções do NA; do mesmo modo, quando a adução primária é projetada através de canal aberto, a profundidade do mesmo deverá ser a menor possível, pois não haverá a necessidade de atender às depleções; as barragens serão, normalmente, baixas, pois têm a função apenas de desviar a água para o circuito de adução; como as áreas inundadas são pequenas, os valores despendidos com indenizações serão reduzidos [2] PCH Acumulação com regularização diária do reservatório Esse tipo de PCH é empregado quando as vazões de estiagem do rio são inferiores à necessária para fornecer a potência para suprir a demanda máxima do mercado consumidor e ocorrem com risco superior ao adotado no projeto Nesse caso, o reservatório fornecerá o adicional necessário de vazão regularizada [2] PCH Acumulação com regularização mensal do reservatório Quando o projeto de uma PCH considera dados de vazões médias mensais no seu dimensionamento energético, analisando as vazões de estiagem médias mensais, pressupõese uma regularização mensal das vazões médias diárias, promovida pelo reservatório [2] PCH quanto ao sistema de adução adução em baixa pressão com escoamento livre em canal/alta pressão em conduto forçado;

8 adução em baixa pressão por meio de tubulação/alta pressão em conduto forçado [2]. A escolha de um ou outro tipo dependerá das condições topográficas e geológicas que apresente o local do aproveitamento, bem como de estudo econômico comparativo. Para sistema de adução longo, quando a inclinação da encosta e as condições de fundação forem favoráveis à construção de um canal, este tipo, em princípio, deverá ser a solução mais econômica. Para sistema de adução curto, a opção por tubulação única, para os trechos de baixa e alta pressão, deve ser estudada [2] PCH quanto à potência instalada e quanto à queda de projeto Para as centrais com alta e média queda, onde existe um desnível natural elevado, a casa de força fica situada, normalmente, afastada da estrutura do barramento. Consequentemente, a concepção do circuito hidráulico de adução envolve, rotineiramente, canal ou conduto de baixa pressão com extensão longa. Para as centrais de baixa queda, todavia, a casa de força fica, normalmente, junto da barragem, sendo a adução feita através de uma tomada d água incorporada ao barramento [2]. A Figura 1 a seguir contempla a classificação das PCH quanto a potência e quanto a queda de projeto. 8

9 9 Figura 1 Classificação das PCHs e quanto a potência e queda do projeto Fonte: Figura obtida de [2] Potencial de geração no Brasil As Figuras 2 e 3 na sequência apresentam os empreendimentos outorgados entre os anos de 1998 e 2012 e os empreendimentos em operação, respectivamente. Figura 2 Empreendimentos outorgados entre 1998 e 2012 Fonte: Figura obtida de [5].

10 10 Figura 3 Empreendimentos em operação Fonte: Figura obtida de [5]. 1.2 ENERGIA GEOTÉRMICA Fundamentos A energia geotérmica se caracteriza pelo calor proveniente da Terra, é a energia calorífera gerada a menos de 64 quilômetros da superfície terrestre, em uma camada de rochas, chamada magma, que chega a atingir até C. Em uma usina geotérmica, a água é injetada em uma camada profunda da crosta terrestre até alcançar o magma, manto composto por rochas líquidas a altas temperaturas. para gerar eletricidade com o vapor obtido, as temperaturas devem ser superiores a 150 graus Celsius [4].

11 11 O líquido extraído dessas camadas pode chegar a uma temperatura de 175 graus Celsius e ser aproveitado para o aquecimento de água em edifícios, por exemplo: em países onde há erupções vulcânicas é comum o uso da energia geotérmica, mas já existe tecnologia para trazer o calor à superfície [4]. A Figura 4 apresenta, de forma ilustrativa, o funcionamento de uma central geotérmica. Figura 4 Funcionamento de uma central geotérmica Fonte: Figura obtida de [6].

12 12 A energia geotérmica é aquela obtida pelo calor que existe no interior da Terra. Neste caso, os principais recursos são os gêiseres (fontes de vapor no interior da Terra que apresentam erupções periódicas) e, em localidades onde eles não estão presentes, o calor existente no interior das rochas para o aquecimento da água [5]. A partir desta água aquecida é produzido o vapor utilizado em usinas termelétricas, como ilustrado pela Figura 5 [5]. Figura 5 Reservatório geotérmico de alta temperatura Fonte: Figura obtida de [5].

13 13 Outra possibilidade é a utilização de vapor quente seco para movimentar as turbinas. Esta última tecnologia é pouco aplicada, mas pode ser encontrada na Itália e no México. Embora conhecida desde 1904 ano da construção da primeira usina (Larderello na região da Toscana, na Itália), logo depois destruída por um acidente (as máquinas utilizadas sofreram destruição devido a presença de substâncias químicas contidas no vapor) [5]. A evolução deste segmento foi lenta e se caracterizou pela construção de pequeno número de unidades em poucos países [5]. A Figura 6 contempla os componentes de uma usina geotérmica. Figura 6 Componentes de uma usina geotérmica Fonte: Figura obtida de [4].

14 14 Os aspectos positivos desse tipo de energia são: A emissão de gases poluentes (CO2 e SO2) é praticamente nula, não intensificando o efeito de estufa, diferentemente dos combustíveis de origem fóssil. A área necessária para a instalação da usina é pequena. Pode abastecer comunidades isoladas [6]. Os aspectos negativos são: É uma energia muito cara e pouco rentável, pois necessita de altos investimentos estruturais e sua eficiência é baixa. Pode ocasionar o esgotamento do campo geotérmico. O calor perdido aumenta a temperatura do ambiente. Ocorre a emissão de ácido sulfídrico (H2S), extremamente corrosivo e nocivo à Saúde [6] Capacidade geotérmica mundial instalada Nos últimos anos, no esforço para diversificar a matriz, alguns países, como México, Japão, Filipinas, Quênia e Islândia procuraram expandir o parque geotérmico.

15 15 Nos Estados Unidos também há iniciativas neste sentido [5]. Ao contrário do que ocorreu com outras fontes renováveis, como eólica, solar, biomassa (incluindo biogás), o parque instalado não passou por expansão significativa entre os anos de 2006 e Apenas na Islândia e Estados Unidos registrou índices de crescimento de, respectivamente, 8,1% (atingindo 456 MW) e 3,7%. Na Austrália recuou 46,7% para 0,1 MW [5]. A Figura 7 apresenta a capacidade geotérmica instalada por país para os anos de 2007 e Figura 7 Capacidade geotérmica instalada por país Fonte: Figura obtida de [7].

16 2 REFERÊNCIAS 16 [1].BEZERRA LEITE NETO, Pedro et al. Exploração de energia maremotriz para geração de eletricidade: aspectos básicos e principais tendências. Ingeniare. Rev. chil. ing., Arica, v. 19, n. 2, agosto Disponível em: < script=sci_arttext&pid=s &lng=es&nrm=iso>. accedido en 22 abr doi: /S [2].Eletrobrás. Diretrizes para estudos e projetos de Pequenas Centrais Hidreléltricas. Disponível em: Acesso em 06/05/2012. [3].Eletrobrás. Resolução normativa n 343.Disponível em: Acesso em : 06/05/2012. [4].GREENPEACE. [r]evolução energética - a caminho do desenvolvimento limpo. Disponível em: Energetica/. Acesso em: 06/05/2012. [5].ANEEL (Brasil). Atlas de energia elétrica do Brasil / Agência Nacional de Energia Elétrica. 3ed. Cap. 5 p. 78 Brasília : Aneel, p. : il. [6].ESCOLA, Brasil. Energia Geotérmica. Disponível em: Acesso em: 06/05/ [7].WIKIPEDIA. Geothermal electricity. Disponível em: Acesso em: 06/05/2012.