A exploração sustentável na hidroeletricidade Virgílio Mendes

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1 A Geologia como fator de competitividade e desenvolvimento económico 11 de Novembro de 2016 Universidade de Coimbra A exploração sustentável na hidroeletricidade Virgílio Mendes Coimbra, 11 de novembro de 2016 Direção de Regulação e Mercados EDP - Gestão da Produção de Energia, S.A. virgilio.mendes@edp.pt

2 A exploração sustentável da hidroeletricidade O Clima O parque produtor A produção A variabilidade do recurso As valências da hidroeletricidade A complementaridade com a eólica A proteção das águas subterrâneas Conclusões EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 1

3 Classificação climática de Köppen-Geiger na Península Ibérica Seco Bsk estepe fria BSh estepe quente BWk deserto frio BWh deserto quente Temperado Cfb temperado sem estação seca com Verão temperado Cfa temperado sem estação seca com Verão quente Csb temperado com Verão seco e temperado Csa temperado com Verão seco e quente Frio Dfc frio sem estação seca e Verão fresco Dfb frio sem estação seca e Verão temperado Dsc frio com Verão seco e fresco Dsb ET frio com Verão seco e temperado) Polar tundra Atlas Climático Ibérico ( ) EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 2

4 Clima da Península Ibérica: Precipitação com distintos padrões entre o Norte e o Sul da Península Zona Verde Zona Seca Zona Verde Costa oeste e regiões montanhosas Região sul, região interior e costa mediterrânea Zone Seca Média da precipitação total anual na Península Ibérica ( ) Os aproveitamentos hidroelétricos localizados no sul da Península Ibérica têm menores afluências do que os localizados na Galiza ou no Minho. EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 3

5 Clima da Península Ibérica: Sazonalidade da precipitação Média da precipitação total ( ) < 70 mm > 300 mm < 50 mm < 20 mm < 5 mm Dezembro/Inverno: período chuvoso Julho/Verão: período seco A elevada variação da pluviosidade cria a necessidade de armazenamento sazonal de água. EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 4

6 Clima em Portugal: variabilidade da precipitação no inverno Boletim Climatológico Sazonal Inverno 2015/16 Temperatura e precipitação no inverno em Portugal (período 1931/2-2015/6) É notória a enorme variação da precipitação no inverno em Portugal. EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 5

7 A exploração sustentável da hidroeletricidade O Clima O parque produtor produtor A produção A variabilidade do recurso As valências da hidroeletricidade A complementaridade com a eólica A proteção das águas subterrâneas Conclusões EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 6

8 Os centros eletroprodutores da EDP Produção (convencional) estão implantados em 91 localidades de Portugal Potência hidroelétrica em mercado: MW Potência hidroelétrica com remuneração garantida: 164 MW Potência termoelétrica em mercado: MW Potência termoelétrica com remuneração garantida: 88 MW EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 7

9 Os aproveitamentos hidroelétricos em Mercado no final de 2015 Total de: 41 centrais MW GWh 1) Cávado-Lima Alto Lindoso Lindoso Touvedo Vilarinho das Furnas Vila Nova Alto Rabagão Frades Salamonde I Caniçada Douro Miranda Miranda II Picote Picote II Bemposta Bemposta II Pocinho Feiticeiro Valeira Tabuaço Régua Varosa Carrapatelo Torrão Crestuma/Lever 9 centrais MW GWh 1) 15 centrais MW GWh 1) 1) Produtibilidade média anual, líquida de bombagem Tejo-Mondego Caldeirão Sabugueiro I Desterro Ponte Jugais Vila Cova Aguieira Ribeiradio Raiva Santa Luzia Cabril Bouçã Castelo do Bode Pracana Fratel Belver Alqueva Alqueva II 17 centrais MW GWh 1) Existiam 41 centrais hidroelétricas em mercado, com uma potência instalada de cerca de MW e uma produção anual em regime hidrológico médio de cerca de 11,1 TWh. Destas, cerca de MW são reversíveis: Alto Rabagão, V. Nova II (Frades), V. Furnas (grupo II), Torrão, Aguieira, Alqueva e Alqueva II. EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 8

10 Pequenas Centrais Hidroelétricas com potência <10 MW (PRE) Pequenas Hídricas Hídricas France Terragido Sabugueiro II Labruja Sordo Lagoa Comprida Penide Aregos Nave Guilhofrei Freigil Pedra Figueira Ermal Ovadas Alforfa Ponte da Esperança Ribafeita Estrela Senhora do Porto Palhal Penacova Cefra Drizes Rei de Moinhos Caniços Ermida (Vouga) Ermida Nunes Rebordelo Torga Riba Côa Fagilde Pateiro Velada Bruceira Póvoa 40 centrais 164 MW 510 GWh 1) Bouçoais-Sonim Pisões Pedrógão Figueiral 1) Produtibilidade média anual EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 9

11 As maiores áreas das bacias hidrográficas dos principais rios portugueses estão em Espanha Lima Cávado Ave Vouga Minho Mondego Douro Tejo Ebro Júcar Área (km 2 ) Total Portugal Espanha PT ES Douro % 81% Tejo % 69% Guadiana % 83% Guadiana Segura Lima % 53% Cávado % -- Mondego % -- Guadalquivir As afluências hídricas dependem muito das precipitações na Meseta ibérica. Esta facto afeta decisivamente a hidroeletricidade portuguesa. Quando a precipitação é escassa, a produção hidroelétrica é reduzida. Tal deve-se também à baixa capacidade de armazenamento nas albufeiras. EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 10

12 As maiores albufeiras da bacia do Douro estão em Espanha Volume útil máximo das albufeiras do Douro Bacia do rio Douro hm 3 Ricobayo Torrão 40 Douro Português 75 Portugal Baixo Sabor Foz Tua Douro Internacional Almendra Douro Espanhol 62 Espanha Albufeira País Rio Volume útil Tipo Almendra Espanha Tormes 2413 Inter-anual Ricobayo Espanha Esla 1078 Anual Baixo Sabor Portugal Sabor 630 Anual Foz Tua Portugal Tua 66 Anual Torrão Portugal Tâmega 40 Anual As albufeiras em Espanha introduzem uma regularização no Douro português, mitigando os períodos de estio e as secas. EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 11

13 Portugal tem umas das maiores variações anuais da hidroeletricidade na Europa Em Portugal a produção hidroelétrica tem uma elevada variação anual Na Noruega a variabilidade hidroelétrica é menor do que em Portugal Para compensar a variação da produção hidroelétrica, o sistema produtor necessita de ter centrais térmicas de backup para funcionarem nos anos hidrológicos secos. Inicialmente, o backup térmico era garantido por centrais a fuelóleo, no entanto, atualmente as centrais a gás natural desempenham essa função, bem como as importações. Fonte dos dados: Norwegian Water Resources and Energy Directorate (NVE) EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 12

14 O rio Douro tem um comportamento único 1 As afluências vindas de Espanha já contêm uma certa regularização devida aos armazenamentos espanhóis. Os rios afluentes introduzem mais variabilidade. cu. m Monthly water inflows at Pocinho ( serie) Pocinho: 1.ª central no Douro Português Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec cu. m Monthly water inflows at Crestuma ( serie) Crestuma: última central próxima da foz do Douro Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 2 Elevada irregularidade e incerteza nas afluências do Douro e na previsão de cheias. Rio Local Máxima cheia Área bacia Caudal (km 2 ) Data (m 3 /s) Douro Régua Tejo Ródão Ródano Beaucaire Loire Monjean Danúbio Stein-Krems Dniepr Locmanskaia- Kamenka Volga Volgograd Caraterísticas hidrológicas do rio Douro: Devido à concentração das chuvas em poucos meses do ano e ao reduzido efeito de derretimento de neves na bacia, no verão os valores das afluências são sempre pequenos. As cheias no Douro atingem um dos maiores níveis na Europa, apenas excedidas nos rios Dniepr e Volga que têm bacias incomparavelmente maiores. EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 13

15 A exploração sustentável da hidroeletricidade O Clima O parque produtor A produção A variabilidade do recurso As valências da hidroeletricidade A complementaridade com a eólica A proteção das águas subterrâneas Conclusões EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 14

16 Ano seco Ano húmido O peso da hidroeletricidade é significativo em Portugal e Espanha Térmicas PRE 16% Solar 1% PT - Produçao Hídrica 33% Térmicas PRE 12% Solar 5% ES - Produção Hídrica 17% Térmicas PRE 13% Solar 4% PT+SP - Produção Hídrica 19% Eólica 24% 49,0 TW h Eólica 20% 253,6 TW h Carvão 16% Eólica 21% 302,6 TW h Carvão 17% Gás natural 3% Carvão 23% Gás natural 8% Nuclear 22% Gás natural 8% Nuclear 18% Térmicas PRE 16% Solar 2% PT - Produção Hídrica 20% Térmicas PRE 12% Solar 5% ES - Produção Hídrica 12% Térmicas PRE 13% Solar 5% PT+SP - Produção Hídrica 13% Eólica 23% 48,2 TW h Eólica 19% 254,0 TW h Carvão 20% Eólica 20% 302,2 GW h Carvão 21% Gás natural 11% Carvão 28% Gás natural 10% Nuclear 22% Gás natural 10% Nuclear 18% De 2014 para 2015 a produção hidroelétrica teve uma redução de 17,5 TW h (31%). EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 15

17 Condições hidrológicas extremas aumentam os custos do sistema electroprodutor Ano hidrológico húmido Consequências: Perdas de energia devidas ao controlo de cheias; Perdas de energia devidas a elevados regolfos; Queda dos preços de mercado (habitualmente preços zero no mercado grossista); Mais problemas de manutenção; Eventuais prejuízos a jusante. Ano hidrológico seco Consequências: Aumento das importações para substituir a produção hidroelétrica reduzida; Aumento das importações de combustíveis (carvão e gás natural); Perda de potência devido a menores quedas; Menores receitas para as empresas detentoras de hidroelétricas; Eletricidade mais cara para os consumidores; Provoca défices tarifários e desvios na previsão de custos; Efeito negativo na balança de pagamentos nacional. Exemplo de um ano seco no sistema electroprodutor português: Em 2012, o custo adicional das importações de energia eletricidade e combustíveis) poderá ter sido de cerca de 300 M. EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 16

18 A exploração sustentável da hidroeletricidade O Clima O parque produtor A produção A variabilidade do recurso do recurso As valências da hidroeletricidade A complementaridade com a eólica A proteção das águas subterrâneas Conclusões EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 17

19 A produção hidroelétrica tem um evidente comportamento sazonal Portugal Espanha No verão a produção hidroelétrica é menor ainda que parte resulte do desarmenazamento das albufeiras. A maior variabilidade da produção hidroelétrica verifica-se no inverno. O armazenamento de água nas albufeiras não é suficiente para compensar a variação sazonal das afluências. EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 18

20 A irregularidade das afluências às bacias aumenta à medida que se avança de norte para sul (série hidrológica 1956 a 2013) + Irregularidade anual - As afluências às bacias hidrográficas são coerentes com a classificação climática. EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 19

21 Sul Norte A abordagem probabilística à série de afluências anuais evidencia uma função não simétrica Frequência das afluências Série hidrológica: Centro Mínimo Máximo Média Mín/Média Alto Lindoso % Caniçada % Miranda % Crestuma % Aguieira % Alqueva % Distribuição probabilística: lognormal Visto que a mediana é inferior à média, a distribuição não é simétrica. Assim, é de esperar que os anos secos sejam mais frequentes do que os anos húmidos. Menor que (hm 3 ) EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 20

22 A comparação do comportamento das afluências anuais com centros em outras geografias evidencia a acentuada assimetria Série de 1956 a 2013 Série de 1952 a 2009 Brasil Less than (millions cu m) Moçambique As curvas das hidroelétricas portuguesas são mais assimétricas do que as das centrais brasileiras. EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 21

23 A exploração sustentável da hidroeletricidade O Clima O parque produtor A produção A variabilidade do recurso As valências da da hidroeletricidade A complementaridade com a eólica A proteção das águas subterrâneas Conclusões EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 22

24 A Hidroeletricidade tem Importância Estratégica Reserva de Emergência Capacidade de Armazenamento i.e, duplica capacidade portuguesa no Douro, com mais 630 Mm³ Redução das emissões de CO 2 Baixo Sabor Controlo de cheias e combate aos incêndios Contributo para o crescimento da Energia Eólica Contribuição na Economia Portuguesa Criação de emprego direto e indireto Redução do défice EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 23

25 Os Aproveitamentos Hidroelétricos têm valências diversificadas OPTIMIZAÇÃO DO SISTEMA PRODUTOR MENOR DEPENDÊNCIA ENERGÉTICA Grande flexibilidade de exploração; Reserva rápida do sistema; Fornecimento de serviços de sistema; Níveis de disponibilidade e fiabilidade muito elevados; Reserva importante para permitir a penetração de fontes de energia renovável intermitentes, nomeadamente a eólica; Maior equilíbrio no diagrama de cargas devido à possibilidade de bombagem. Redução da dependência energética e carbónica face ao exterior; Diminuição da dependência da volatilidade dos mercados e da eventual instabilidade em alguns países fornecedores. OUTRAS FINALIDADES Reserva estratégica de água permitindo garantir o abastecimento de água para consumo humano e agrícola; Regularização de caudais e controlo de cheias; Contribuição para o cumprimento da Diretiva 2001/77/CE (Renováveis); Contribuição para a redução de emissões atmosféricas e para o cumprimento das metas da União Europeia. EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 24

26 Usos múltiplos dos aproveitamentos hidroelétricos da EDP Aproveitamentos Castelo de do Bode Crestuma/Lever Aproveitamentos do Cávado Aproveitamentos do curso troço principal do rio Douro Aguieira Sistema do Ave Caniçada Alguns exemplos Abastecimento de água à Grande Lisboa Utilização turística. Abastecimento de água ao Grande Porto. Regularização necessária para o abastecimento de água à região de Braga. Cerca de 210 km de via navegável, do Porto até Barca de Alva (fronteira com Espanha). Controlo de cheias do rio Mondego (Coimbra e Baixo Mondego); Abastecimento de água para consumo humano; Regadio; Turismo e lazer. Controlo fluvial. Utilização turística. Destes exemplos, apenas a Aguieira foi especificamente instituída com o estatuto de fins múltiplos, tendo o Estado comparticipado diretamente no investimento EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 25

27 O potencial hidroelétrico em energia aproveitado em Portugal, é ainda reduzido em comparação com os países europeus ) 12 65% 99% 97% 86% 86% 78% 72% 72% 67% 65% 58% 42% Suiça França Alemanha Itália Espanha Suécia Austria Noruega Finlândia Portugal Grécia Potencial Teórico (TWh/ano) Potencial Aproveitado Apesar de o aproveitamento deste potencial já ter sido iniciado há muito tempo, Portugal tem uma exploração reduzida de um dos poucos recursos endógenos para produção de eletricidade. 1) Considerando restrições ambientais pode reduzir-se para 18 TWh (58% 65%) EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 26

28 A exploração sustentável da hidroeletricidade O Clima O parque produtor A produção A variabilidade do recurso As valências da hidroeletricidade A complementaridade a eólica com a eólica A proteção das águas subterrâneas Conclusões EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 27

29 As energias Eólica e, mais recentemente, o Solar Fotovoltaico aumentaram significativamente entre 2000 e 2013 Evolução da Potência Eólica Instalada UE, (GW) Evolução da Potência PV Instalada UE, (MW) 9 X X % PT 21% ES Participação da energia eólica no Consumo em UE Fonte: EnBW A potência eólica instalada na Europa atingiu a 117 GW em 2013, dos quais 4,7 GW em Portugal e 23 GW em Espanha. Para além da elevada capacidade instalada, a participação no consumo total tem vindo a aumentar nos últimos anos. A energia solar fotovoltaica na Europa atingiu cerca de 85 GW em 2013, dos quais 282 MW em Portugal e 4,4 GW em Espanha. EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 28 Fonte: EWEA - Wind in power: 2013 European Statistics - February 2014

30 Em 2013, dos 35 GW de nova capacidade instalada na UE 11,2 GW corresponderam a energia eólica e 11 GW a Solar Fotovoltaico Mix Potência Instalada na UE e 2013 [MW/%] Percentagem de nova Capacidade Instalada na UE em 2013 [MW/%] 63% da capacidade total instalada na UE, durante 2013, foi conseguido através de energia eólica e solar. A quota de potência instalada de energia eólica aumentou cinco vezes desde 2000; de 2,4% em 2000 para 13% em Durante o mesmo período, a capacidade renovável aumentou em 61% de 24,5% da potência total instalada em 2000 para 39,6% em EDP Produção Direção de Regulação e Mercados Fonte: EWEA - Wind in power: 2013 European Statistics - February

31 FONTE: REN A Volatilidade e imprevisibilidade do vento assumem um papel importante no Sistema de Elétrico Português MWh MW Max MW Min MW Produção 79.4 GWh Média Daily Diária average de Produção Wind Generation Eólica [ ] Hora 65% Consumo diário Max. 147 MW Min. 32 MW Produção 2.1 GWh Hora 1,0 Historical Padrões Históricos Wind Generation de Produção Patterns de Eólica [2007 [ ] ] 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 2% Consumo diário Poly. (2007) Poly. (2008) Poly. (2009) Poly. (2010) Poly. (2011) Poly. (2013) Max MW Min. 207 MW Produção 41.3 GWh D MW Hora 32% Consumo diário EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 30

32 Existe uma complementaridade Hídrica/Eólica via mercado Complementaridade Hídrica/Eólica Montante De dia turbina produzindo energia nos períodos mais adequados De noite bomba aproveitando o excesso de energia eólica armazenando energia Jusante As centrais hidroelétricas asseguram o armazenamento da energia eólica bombando nas horas noturnas, onde existe mais recurso eólico do que consumo, e produzindo energia durante o dia através do turbinamento, nas horas de maior consumo de eletricidade EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 31

33 A exploração sustentável da hidroeletricidade O Clima O parque produtor A produção A variabilidade do recurso As valências da hidroeletricidade A complementaridade com a eólica A proteção das das águas águas subterrâneas subterrâneas Conclusões EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 32

34 Nos novos projetos hidroelétricos avaliaram-se os impactos nas águas subterrâneas Venda Nova III: grandes volumes de escavação subterrânea; túneis de grandes dimensões (12 m de diâmetro) numa extensão de cerca de 5 km; risco de rebaixamento dos níveis de água subterrânea durante as escavações. Albufeira de Salamonde (NPA 270,36) Chaminé de Equilíbrio Inferior Venda Nova III - central Chaminé de Equilíbrio Superior 2 poços com mais de 300m de altura Albufeira de Venda Nova (NPA 690,80) Tomada de água restituição Venda Nova III esquema geral EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 33

35 No reforço de potência de Venda Nova foi implementada uma monotorização das águas subterrâneas Monitorização de 270 pontos de água (PA) poços, nascentes e furos. Leituras quadrianuais que se prolongarão por 2 anos após entrada em serviço. Envolvidos os proprietários. EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 34

36 A exploração sustentável da hidroeletricidade O Clima O parque produtor A produção A variabilidade do recurso As valências da hidroeletricidade A complementaridade com a eólica A proteção das águas subterrâneas Conclusões EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 35

37 Conclusões A precipitação em Portugal tem um comportamento sazonal vincado A produção hidroelétrica está associada à variabilidade da precipitação Portugal tem umas das maiores variações anuais da hidroeletricidade na Europa A irregularidade das afluências às bacias aumenta à medida que se avança de norte para sul As maiores áreas das bacias hidrográficas dos principais rios portugueses estão em Espanha bem como o armazenamento O peso da hidroeletricidade é significativo em Portugal e Espanha Os aproveitamentos hidroelétricos têm inúmeras valências de interesse público A produção hidroelétrica complementa a produção eólica Nos novos projetos da EDP levou-se em conta a proteção das águas subterrâneas EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 36

38 A exploração sustentável na hidroeletricidade EDP Produção Direção de Regulação e Mercados 37