Geração de Energia Elétrica

Transcrição

1 Geração de Energia Elétrica Centrais Hidrelétricas Curiosidades Joinville, 26 de Fevereiro de 2013 Fernando B. Prioste

2 Escopo dos Tópicos Abordados Componentes básicos de uma Central Hidrelétrica 2 Fernando B. Prioste

3 1. Barragem 2. Tomada d água e condutos forçados 3. Casa de força 4. Vertedouro ou extravasor 5. Subestação elevadora Fernando B. Prioste 3

4 1. Barragem 2. Tomada d água e condutos forçados 3. Casa de força 4. Vertedouro 5. Subestação elevadora Fernando B. Prioste 4

5 1. Barragens para criar diferença de níveis (montante >> jusante maior energia potêncial) para formar um reservatório» compensação volume suficiente apenas para regularização das descargas semanais ou diárias (usinas fio d água) 5 Fernando B. Prioste

6 1. Barragens para formar um reservatório» acumulação maiores, com capacidade para regularizar vazões de um mês, ano ou mais atenuam o efeito da variabilidade das afluências naturais: armazenamento nos períodos úmidos deplecionamento nos períodos secos importante função no controle das cheias (3 Gargantas - China)» usinas de bombeamento (reversíveis) possuem 2 reservatórios em níveis diferentes rendimento ~ 70% Fernando B. Prioste 6

7 Barragem de concreto de gravidade - constituídas por uma parede de concreto que resiste pelo próprio peso à impulsão da água e transmite as solicitações à fundação Barragem de gravidade Barragem em arco ou abóbada em arco ou em abóbada construídas em vales apertados, podendo ter altura maior que largura. Podem apresentar dupla curvatura, vertical e horizontal. Curvatura horizontal permite transmitir a força da impulsão da água para as margens. Fernando B. Prioste 7

8 Barragem de concreto (gravidade) 8

9 Barragem de concreto (gravidade) Itaipu Binacional 9

10 Barragem de concreto (arco) 10

11 Barragem de aterro de terra constituídas de solos de jazidas ou obtidos das escavações obrigatórias, sendo compactados por equipamentos mecânicos. Barragem de terra Barragem de enrocamento de enrocamento constituídas por um maciço de blocos de rocha de todos os tamanhos cuja vedação é obtida através de uma membrana impermeável. A membrana pode ser colocada à montante ou no centro da barragem, verticalmente ou inclinada. Ela pode ser de solo impermeável, concreto armado, concreto asfáltico, aço e etc. 11

12 2. Tomada d água e condutos forçados para conduzir por gravidade a água do reservatório até casa de força pode ser compreendido por:» câmara de carga estrutura que interliga o sistema de baixa pressão em canal com o de alta pressão (espécie de reservatório que armazena água) na partida garante que não entre ar no conduto forçado nas paradas bruscas devem garantir estabilidade funcional do sistema de adução» chaminé de equilíbrio estrutura que interliga o sistema de baixa pressão em encanamento com o de alta pressão na partida garante que não entre ar no conduto forçado nas variações de vazão suavizam os efeitos do golpe de ariete» duto forçado sistema de alta pressão que leva a água às turbinas hidráulicas 12

13 Tomada d água 13

14 Tomada d água barragem tipo abóbada 14

15 Conduto forçado grade 15

16 Conduto forçado 16

17 3. Casa de força local onde estão instalados» grupos turbina-gerador» equipamentos auxiliares» canal de restituição ou canal de fuga (para devolver a água para o rio) deve visar operação e manutenção (facilitar montagem e desmontagem dos equipamentos instalados) 17

18 3. Casa de força tipos de turbinas» ação: Pelton transforma energia cinética d água em trabalho construídas com eixo vertical ou horizontal rotor da turbina gira no ar Também existem as do tipo Michell-Banki» reação: Francis ou Kaplan de hélice pás fixas ou móveis transforma energia cinética e de pressão d água em trabalho rotor gira dentro da corrente d água fluxo d água orientado e distribuído igualmente pela região periférica 18

19 Turbina Pelton de eixo horizontal, com 2 injetores 19

20 Turbina Pelton de eixo vertical, com 6 injetores 20

21 Turbina Pelton ajuste da vazão/potência realizado por intermédio de:» agulha (mais lento para suavizar golpe de ariete) e» defletores (mais rápidos) 21

22 Caracol para distribuição d água e controle do fluxo Formas dos rotores de acordo com velocidades específicas n s 22

23 23

24 Turbina Francis 24

25 Turbina hélice de pás fixas 25

26 Turbina hélice de pás fixas (gerador transpassado pela água) 26

27 Turbina hélice de pás móveis (Kaplan) 27

28 Turbinas indicação em função da altura da queda H > 600 m Pelton 100 a 600 m Francis e Pelton 15 a 80 m Kaplan e Francis 5 a 20 m Kaplan 28

29 Turbinas tipos e velocidades específicas 29

30 Geradores síncrono pólos salientes geralmente múltiplos de 4 pólos necessita de alimentação CC (capacidade de black-start)» gerador auxiliar para produção de CC» excitatriz estática em função das perdas, máquinas de grande porte necessitam sistema de refrigeração (em circuito fechado, para evitar entrada de corpos estranhos) 30

31 4. Vertedouro ou extravasor: para liberação da água sem passagem pela casa de força dimensionado para permitir escoar a enchente estando o reservatório com 60 a 80% de sua capacidade. inclui mecanismo para reduzir a velocidade da descarga (salto de ski) 31

32 Vertedouro 32

33 5. Descarga de fundo abertura em forma de galeria ou túnel (fechada por comporta ou válvula) que atravessa ou circunda a barragem finalidades:» esvaziar ou rebaixar o nível d água (manutenção ou inspeção)» eliminar sólidos decantados no reservatório» liberar água durante parada das turbinas» escoar águas de enchentes» desviar o rio durante a construção da barragem 33

34 Descarga de fundo 34

35 6. Subestação elevadora para elevar a tensão do nível de geração (geralmente 23 kv) para níveis de transmissão (geralmente 230 kv) em grandes centrais apresentam elevados níveis de curtocircuitos unidades transformadoras» trifásicas (mais barato)» bancos de unidades monofásicos (unidade reserva mais barata)» o transporte pode dificultar o uso de unidades trifásicas 35