Geração de Energia Elétrica. Aula 3 Centrais Hidrelétricas

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1 Geração de Energia Elétrica Aula 3 Centrais Hidrelétricas 16/04/2008 1

2 Etapas de implantação de Grandes Centrais Hidrelétricas (GCH) 1. Estimativa do potencial hidrelétrico análise preliminar: aspectos topográficos, hidrológicos e geológicos determina 1ª estimativa de custos/prazos 2. Inventário hidrelétrico (para grandes empreendimentos, t-15 anos) determina potencial hidrelétrico e melhor divisão de queda para máxima energia ao menor custo 3. Estudo de viabilidade (para grandes empreendimentos, t-15 anos) concepção global do aproveitamento: dimensionamento; obras de infra-estrutura necessárias; reservatório e área de influência; uso múltiplo da água; efeitos e licenças ambientais 4. Projeto básico detalhamento do aproveitamento concebido no estudo de viabilidade; definição do orçamento; execução dos estudos ambientais 5. Projeto executivo execução dos desenhos de detalhamento das obras civis e dos equipamentos eletromecânicos inicia as medidas relacionadas com a implantação do reservatório (deslocamento de pessoas, instalações e animais) 6. Execução da obra execução das obras civis; instalação e teste dos equipamentos 16/04/2008 2

3 Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH) Capacidade instalada de 1 MW a 30 MW Área do reservatório inferior a 3,0 km² Resolução ANEEL Nº 652, de 09 de dezembro de Implantação em 1 a 4 anos Vantagens menor impacto ambiental menor prazo de implantação (~24 meses) e volume de recursos investidos (< R$150 milhões) pagamento pelo uso dos sistemas de transmissão e de distribuição tem desconto de 50% incidindo na produção e no consumo da energia comercializada por uma PCH; podem se credenciar para participar do Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica empreendimentos que substituírem termelétricas que usam óleo combustível nos sistemas isolados podem participar dos benefícios da Conta de Consumo de Combustíveis Fósseis - CCC BNDES enquadra PCH's como investimentos do setor infraestrutura/energia considerados prioritários não há pagamento ao estado a título de compensação financeira pelo uso dos recursos hídricos para geração de energia elétrica, também conhecidos como royalties pelas áreas inundadas 16/04/2008 3

4 Estudos para implantação das centrais hidrelétricas Topográficos restrito para PCH e abrangente para GCH permitem estabelecer os melhores arranjos para os componente e obter a 1ª aproximação da queda bruta (H B ) Hidrológicos determinam 3 vazões [m 3 /s]: Q = normal Q cd = de cheia para obras de desvio (recorrência 5 anos para PCH e anos para GCH) Q cp = de cheia para extravasores e obras permanentes (em PCH, 500 anos para barragens de concreto e 1000 anos para barragens de terra; em GCH anos) determina quedas, vazões máximas e mínimas do aproveitamento, níveis máximos e mínimos, área inundada necessita histórico de longo prazo Geológicos e geotécnicos cargas suportadas e materiais aproveitáveis na obra Ecológicos e sócio-econômicos estudo de impacto ambiental; deslocamento/desapropriação; terras férteis e patrimônio Mercado Referência: Zulcy de Souza: Centrais Hidrelétricas Dimensionamento de Componentes 16/04/2008 4

5 Tipos básicos de arranjo para os componentes Centrais Hidrelétricas de Represamento (CHR) 16/04/2008 5

6 Tipos básicos de arranjo para os componentes Centrais Hidrelétricas de Desvio (CHD) mesmo rio 16/04/2008 6

7 Tipos básicos de arranjo para os componentes Centrais Hidrelétricas de Desvio (CHD) mesmo rio 16/04/2008 7

8 Tipos básicos de arranjo para os componentes Centrais Hidrelétricas de Derivação (CHV) outro rio 16/04/2008 8

9 Potencial hidráulico Energia cinética ou potencial da água que se concentra no aproveitamentos hidrelétricos Nas centrais hidrelétricas é transformada em energia mecânica e depois em energia elétrica Um volume d água V [m 3 ] caindo de um altura H [m] produz o trabalho teórico T t [tm] de T t = γ V H γ = peso específico da água (1 t/m 3 ) A potência teórica P t [tm/s] é de P t = Q H Q = vazão ou descarga [m 3 /s] Fatores de conversão 1 s tm = 9,81 kw = 13,33 cv 16/04/2008 9

10 Potencial hidráulico Sendo η o fator de rendimento da turbina e do gerador, H l [m] a queda líquida (queda bruta menos perdas nos dispositivos de adução), então a potência efetiva P e [tm/s] é de P P e e = = 9,81 η Q H 13,33 η Q l H l em kw em cv Em cálculos preliminares utiliza-se rendimento da turbina de 0,9 e do gerador de 0,95. Assim, η 0,855 P P e e = = 8,3 Q 11,3 Q H l H l em kw em cv 1 tm s 9,81 = 1 kw 1 tm s 9,81 1 h 3600 s h = 367 tm = 1 kwh 16/04/

11 Potencial hidráulico Assim, a energia elétrica potencial armazenada em um volume V [m 3 ] associado a uma queda líquida H l é de E V H = l 367 η em kwh H l é igual a altura entre o centro de gravidade de V e o nível d água a jusante, descontadas as perdas nos dispositivos de adução. Considerando valores médios de rendimento, tem-se E = V H l 455 em kwh 16/04/

12 Verificação potencial hidrelétrico Verificar adequação do seguinte empreendimento. 16/04/

13 Itaipu Casa de força e conduto forçado 16/04/

14 Itaipu Energia produzida Disponibilidade das unidades geradoras Energia média produzida 16/04/

15 Sistemas e equipamentos Elétricos sistemas de acionamento eletro-eletrônicos sistema de proteção sistema de comunicação geradores e sistemas de excitação reguladores de velocidade, de tensão e de carga quadro de comando/proteção/medição sistema eletro-eletrônico de baixa tensão subestações (elevadoras e rebaixadoras) linhas de transmissão Mecânicos grades comportas válvulas tubulações turbinas hidráulicas reguladores de velocidade pórticos talhas pontes rolantes 16/04/