Geração de energia elétrica Capítulo 2 Centrais hidrelétricas Lineu Belico dos Reis
Geração hidrelétrica e os outros usos da água Aspectos básicos de hidrologia e regularização de vazões Tecnologias e características básicas Noções básicas de operação e integração ao sistema Aspectos ambientais
A geração hidrelétrica e a gestão da água: Inserção ambiental (EIA, Rima); Comitês de Bacias Hidrográficas; Agência Nacional de Águas.
A Política Nacional de Recursos Hídricos estabelece que: A gestão dos recursos hídricos deve sempre proporcionar o uso múltiplo das águas; A bacia hidrográfica é a unidade territorial para implementação da Política Nacional de Recursos Hídricos; A outorga de uso dos recursos hídricos deverá preservar o uso múltiplo destes.
Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos (SNGRH), tem como objetivos: Coordenar a gestão integrada das águas; Arbitrar administrativamente os conflitos relacionados com os recursos hídricos; Implementar a Política Nacional de Recursos Hídricos; Regular e controlar o uso, a preservação e a recuperação dos recursos hídricos; Promover a cobrança pelo uso de recursos hídricos.
Usos múltiplos da água Entre os usos conflitantes dos reservatórios, podem-se destacar: Abastecimento de água; Irrigação; Recreação; Regularização de vazão mínima para controle da poluição; Navegação; Geração de energia elétrica.
A outorga e cobrança dos usos da água A outorga enfatiza: O controle pelo setor público; Gestão participativa e descentralizada; Gestão por bacia hidrográfica e gestão conjunta dos aspectos qualitativos e quantitativos. A cobrança pelo uso da água foi formalmente estabelecida no Brasil pela Lei nº 9.433/97.
Aspectos básicos de hidrologia: Ciclo hidrológico; Conceito de bacia hidrográfica: área da superfície do solo capaz de coletar a água das precipitações meteorológicas e conduzi-las ao curso d'água; Vazão em um curso d água: o volume de água que passa em uma seção reta do curso d água na unidade de tempo. Essa variável, usualmente medida em m 3 /s, em conjunto com a queda d água disponível no local, determinará a potência elétrica que pode ser obtida; Curva-chave: obtido o registro das vazões, é possível construir uma curva do nível de água em função da vazão ou curva-chave; Fluviograma; Curvas de duração ou persistência.
Regularização de vazões: capacidade de um reservatório Em muitos casos, pode ser conveniente que se armazene água de forma a permitir o uso mais constante de uma vazão média d água superior àquela garantida apenas pelo comportamento natural do rio. Isso é feito através de barragens de acumulação (e consequentes reservatórios). Dois tipos de aproveitamentos podem ser desenvolvidos: Aproveitamentos denominados a fio d água, sem reservatórios, usando a vazão primária do rio (vazão disponível, sem regularização, entre 90 e 100% do tempo). A energia associada a essa vazão recebe o nome de energia primária; Aproveitamentos com regularização de vazão, nos quais se associa o nome de energia firme àquela energia que pode ser garantida durante quase todo o tempo. Para os aproveitamentos a fio d água, a energia firme coincide com a energia primária.
Determinação da capacidade de reservatórios pluviais: Regularização total; Regularização parcial.
Geração hidrelétrica: esquemas, principais tipos e configurações Em uma central hidrelétrica: A água aciona um conjunto turbina hidráulica gerador elétrico para produção de energia elétrica; A turbina hidráulica efetua a transformação da energia hidráulica em mecânica; O gerador elétrico tem seu rotor acionado por acoplamento mecânico com a turbina e transforma energia mecânica em elétrica; Para controlar a potência elétrica do conjunto, são usados reguladores.
Reguladores: De tensão, que controlam a tensão nos terminais do gerador, atuando na tensão aplicada (e, portanto, na corrente) no enrolamento do rotor (enrolamento de excitação); De velocidade, que controlam a frequência, através da variação de potência, atuando na válvula de entrada de água da turbina.
Principais componentes da central hidrelétrica: Barragens; Vertedouros; Comportas; Condutos; Chaminés de equilíbrio ou câmaras de descarga; Casas de força; Eclusas; Escadas e elevadores de peixes.
Tipos de centrais hidrelétricas: Usina a fio d agua; Usina com reservatório de acumulação; Usina reversível.
Algumas formas de classificação das centrais hidrelétricas: Quanto à potência: Micro P < 100 kw Mini 100 < P < 1.000 kw Pequenas 1.000 < p < 30.000 kw Médias 10.000 < P < 100.000 kw Grandes P 100.000 kw Quanto à queda: Baixíssima H < 10 m Baixa 10 < H < 50 m Média 50 < H < 250 m Alta H < 250 m Quanto à forma de captação de água: Desvio e em derivação; Leito de rio ou de represamento. Quanto à função no sistema Operação na base (da curva de carga); Operação flutuante; Operação na ponta (da curva de carga).
Maneiras básicas de melhorar a contribuição de centrais hidrelétricas em sistemas de potência: Aumentar a potência de pico, ampliando a capacidade instalada em centrais já existentes; Aumentar a produção total de energia, ampliando a vazão, por meio do gerenciamento de recursos hídricos da bacia em questão, ou aumentar a capacidade de armazenamento do reservatório, ampliando a altura das barragens já existentes; Construir, a longo prazo, novas centrais hidrelétricas considerando a possibilidade de expansão do parque gerador.
As grandes UHEs caracterizam-se por: Providenciar não só reserva girante para situações de emergência ocorridas no sistema, mas também condições de suprir o pico de demanda; Apresentar altas economias de escala: em particular, para instalações com grandes reservatórios, o custo marginal de capacidade adicional de geração tende a ser irrisório; Possuir grande energia firme; Apresentar maiores problemas ambientais.
As principais características das PCHs são: Possuir rápida entrada no sistema de potência e flexibilidade para mudar rapidamente a quantidade de energia fornecida ao sistema por causa das mudanças a demanda. Usinas com essa característica são especialmente úteis para aumentar o rendimento e melhorar o desempenho de um sistema elétrico interligado; Apresentar baixos custos de operação e manutenção, bem como de produção de energia; Apresentar características mais suaves (soft) de inserção ambiental.
Recapacitação Repotenciação: aumento da potência de saída e/ou do valor da eficiência da turbina e do gerador; Tempo de parada: redução do tempo de parada para manutenção, preditiva e não preditiva; Sobrevida: aumento da vida útil dos equipamentos principais da usina; Disponibilidade: redução de problemas com vibração e cavitação, além de redução de problemas mecânicos que poderiam resultar numa falha catastrófica.
Potência Gerada e Energia Produzida As principais variáveis de uma central hidrelétrica que atuam diretamente na potência elétrica possível de ser gerada são a altura de queda d água e a vazão da água passando pelas turbinas. P = TOT* g * QH Em que: TOT : rendimento total do conjunto g: aceleração da gravidade (9,8 m/s 2 ) Q: vazão (m 3 /s) H: queda bruta (m) P: potência elétrica (kw)
A energia produzida por essa central, durante um ano, é dada por: E = P. FCU. 8.760 horas Em que: P é a potência máxima fornecida durante o ano (que pode se confundir com a potência instalada) FCU é o Fator de Capacidade da Usina, ou seja, a relação entre a potência média no ano e a potência máxima (de pico) 8760 é o número de horas no ano.
Aspectos básicos para inserção no meio ambiente Identificação dos principais impactos ambientais: Estabilidade das encostas; Assoreamento; Aspectos paisagísticos; Recursos minerais; Hidrogeologia; Qualidade das águas; Solos; Vegetação e fauna.
Identificação dos principais impactos ambientais Socioeconomia: Impacto demográfico; A qualidade de vida da população; As oportunidades de trabalho; A desapropriação de terras produtivas; Durante o período de construção, alterações de várias ordens irão ocorrer, provocando transtornos à população local; As obras das represas produzirão acidentes de trabalho, aumento de doenças sexualmente transmissíveis e da violência; O incremento do tráfego, sobretudo de veículos pesados, poderá acarretar um aumento de acidentes de trânsito; A restrição de áreas normalmente utilizadas para o lazer;
O enchimento dos reservatórios levará a um aumento dos acidentes com animais peçonhentos; Uma vez cheio o lago, haverá a formação de ambientes propícios à proliferação de diversos outros vetores; Do ponto de vista econômico, a construção das hidrelétricas poderá criar potencial para promover o desenvolvimento regional; Ao término das obras de uma infraestrutura que poderá ser reaproveitada sob diversas formas, a serem definidas.