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Page 1 Estudos Hidrológicos para Projeto de Usinas Hidrelétricas Benedito C. Silva.

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1 Page 1 Estudos Hidrológicos para Projeto de Usinas Hidrelétricas Benedito C. Silva

2 Page 2 Usinas Hidrelétricas: classificação quanto a potência Classificação Potência – P (kW) MicroP < 100 Mini100 < P < Pequenas (PCHs)1.000 < P < UHEsP > PCHs - Potência entre 1MW e 30MW - Área inundada <= 13,0 km², atendendo a inequação: Onde, Área do reservatório em km² Potencia instalada em MW Queda bruta em m Para implantação de PCHs e UHEs os projetos devem ser submetidos e aprovados pela ANEEL Usinas abaixo de 1.000kW devem apenas notificar a ANEEL que a usina foi implantada

3 Page 3 Aceite dos Projetos pela ANEEL Check List para PCHs: hidrologia RESOLUÇÃO 343 DE OUTUBRO DE 2010 Estudos Hidrometeorológicos e Sedimentológicos Caracterização fisiográfica da bacia hidrográfica Deverão ser apresentadas informações sobre aspectos fisiográficos de interesse geral. Apresentação das informações hidrometeorológicas utilizadas Deverão ser apresentadas as informações hidrometeorológicas utilizadas, incluindo: - séries de vazões dos postos fluviométricos utilizados, sua respectiva localização e área de drenagem; - dados pluviométricos, da região quando o modelo adotado para a geração da série de vazões médias mensais do aproveitamento for chuva-vazão. Descrição da metodologia empregada para a obtenção da série de vazões no local do aproveitamento A metodologia empregada para determinação das séries de vazões do aproveitamento deverá ser apresentada de forma detalhada. Série de vazões médias mensais do(s) aproveitamento(s) A série de vazões definida para o local do aproveitamento deverá abranger o maior período possível de dados disponíveis na bacia, contemplando, no mínimo, 30 anos de dados. Ressalta-se que a série de vazões deverá contemplar, obrigatoriamente, até, pelo menos, dois anos anteriores à data de apresentação dos estudos na ANEEL. Curvas de permanênciaDeverão ser apresentadas a tabela e a curva de permanência, com intervalo de, no máximo, 5%. Vazões extremasA metodologia utilizada deverá ser descrita detalhadamente, explicitando, por exemplo, quais as distribuições estatísticas utilizadas.

4 Page 4 Aceite dos Projetos pela ANEEL Check List para UHEs RESOLUÇÃO 421 DE 2010 Estudos Hidrometeorológicos, Sedimentológicos e Hidráulicos Caracterização fisiográfica da bacia hidrográfica Deverão ser apresentadas informações sobre aspectos fisiográficos de interesse geral, tais como área, perímetro, forma, densidade de drenagem, tempo de concentração, etc. A apresentação das informações hidrometeorológicas utilizadas (fluviometria, pluviometria, climáticos) Deverão ser apresentadas as informações hidrometeorológicas utilizadas, incluindo: - séries de vazões dos postos fluviométricos utilizados, sua respectiva localização e área de drenagem; - dados pluviométricos da região quando o modelo adotado para a geração da série de vazões médias mensais do aproveitamento for chuva-vazão. Deve ser apresentada ainda descrição da hidrogeologia da região. Descrição da metodologia empregada para a obtenção da série de vazões no local do aproveitamento A metodologia empregada para determinação das séries de vazões do aproveitamento deverá ser apresentada de forma detalhada, incluindo memorial de cálculo. Série de vazões médias mensais do aproveitamento A série de vazões definida para o local do aproveitamento deverá iniciar em 1931, estendendo-se até, pelo menos, dois anos anteriores à data de apresentação dos estudos na ANEEL. A série de vazões deve ser apresentada em formato editável, preferencialmente em extensão ".xls". Curvas de permanência Deverão ser apresentadas a tabela e o gráfico associados à curva de permanência. Vazões extremas A metodologia utilizada deve ser descrita em detalhes. Devem constar também os valores e critérios para definição da vazão de dimensionamento do vertedouro e das estruturas de desvio, observando os critérios definidos nos Manuais da Eletrobrás. Curva-chave do canal de fuga Deverá ser apresentada metodologia e a curva-chave do canal de fuga confeccionada para o empreendimento em questão.

5 Page 5 Diretrizes da ANEEL para Estudos Hidrológicos de Projeto de PCHs Diretrizes para Estudos e Projetos de Pequenas Centrais Hidrelétricas. Eletrobrás, 2000.

6 Page 6 Diretrizes da ANEEL para Estudos Hidrológicos de Projeto de PCHs Diretrizes para Estudos e Projetos de Pequenas Centrais Hidrelétricas. Eletrobrás, Quando os postos fluviométricos não possuírem o período de anos mínimo recomendado (30 anos) poderão ser utilizadas as séries de vazões naturais das usinas hidrelétricas do Sistema Interligado Nacional - SIN, disponibilizadas pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico – ONS (http://www.ons.org.br/operacao/hidrologia.aspx)http://www.ons.org.br/operacao/hidrologia.aspx

7 Page 7 Diretrizes da ANEEL para Estudos Hidrológicos de Projeto de PCHs Diretrizes para Estudos e Projetos de Pequenas Centrais Hidrelétricas. Eletrobrás, A série de vazões médias mensais será utilizada no projeto para determinação dos estudos energéticos de definição da potencia instalada da usina e, por consequencia, no dimensionamento do grupo gerador e estruturas hidromecânicas de adução Para dimensionamento das estruturas de estravasamento (vertedouro) deverá ser estimada a vazão máxima diária para o tempo de retorno de anos. O estudo de vazões mínimas visa determinar as vazões a serem adotadas para manutenção de ecossistemas aquáticos e usos humanos a jusante da barragem, devendo ser realizado de acordo com a legislação de recursos hídricos de cada estado

8 Page 8 Histórico de Vazões Médias Mensais A série de vazões médias mensais gerada para o local da usina hidrelétrica deve ter o seguinte formato:

9 Page 9 Determinando a Série de Vazões ETAPA 1: Selecionando os postos fluviométricos Realizar busca por postos fluviométricos na região de estudo, com área de drenagem semelhante ao local da PCH Limites normalmente adotados: entre 0,25 e 4 vezes a área de drenagem da PCH Outras características a considerar: SOLOS, relevo, geologia, cobertura vegetal, regime de precipitações Baixe os arquivos de vazões e outros diponíveis, tais como: cotas, curva-chave, seções batimétricas e medições de descarga. Esses arquivos serão importante para a análise de consistência dos postos.

10 Page 10 ETAPA 2: Análise regional Nessa etapa deve-se determinar uma equação de regionalização para a vazão média de longo período (Q mlt ). Ou seja a vazão média de toda a série histórica. Para cada posto fluviométrico, liste o valor da área de drenagem e calcule a vazão média de longo período A vazão média pode ser calculada como a média dos valores diários, mensais ou anuais da série Determinando a Série de Vazões

11 Page 11 Elabore a seguinte tabela resumo: Determinando a Série de Vazões ETAPA 2: Análise regional

12 Page 12 Determine a equação de regionalização Determinando a Série de Vazões ETAPA 2: Análise regional

13 Page 13 Postos fora da tendência devem ser eliminados Determinando a Série de Vazões ETAPA 2: Análise regional

14 Page 14 Determinando a Série de Vazões ETAPA 2: Análise regional

15 Page 15 ETAPA 2: Estimativa da vazão média da PCH A vazão média de longo período para o local da PCH pode ser calculada usando a equação de regionalização obtida, substituindo o respectivo valor de área Esse valor de vazão pode ser utilizado para comparação com a vazão média obtida para a série de vazões transposta ou para formação do fator de transposição das vazões mensais Determinando a Série de Vazões

16 Page 16 Exemplo Suponha que estejam sendo realizados estudos para uma implantação de uma PCH, em um local com área de drenagem de 1000 km 2 Foram selecionados os seguintes postos fluviométricos na região: Determine a equação de regionalização e estime a vazão média de longo período para o local da PCH

17 Page 17 ETAPA 3: Escolhendo o posto de referência O posto fluviométrico a ser utilizado como referência deve ser escolhido, preferenciamente, no mesmo rio da PCH. Mas isso normalmente não ocorre O posto deve ser possuir a série mais extensa possível e com baixo número de falhas Sua vazão média deve seguir a tendência regional A curva-chave do posto deve ser estável e com pouca extrapolação Analise o quadro resumo e observe os hidrogramas de vazões mensais Determinando a Série de Vazões

18 Page 18 Solo profundo Solo raso Áreas: km 2 Características Importantes: Solos

19 Page 19 Séries não-estacionárias Vazões do rio Taquari (MT) Vazões do rio Paraguai Os hidrogramas devem ser analisados visualmente para identificação de alterações importantes Verificar Mudanças na Série

20 Page 20 ETAPA 4: Transposição da série de vazões A série de vazões do posto de referência são transpostas para o local da PCH através da seguinte relação Q PCH, A PCH – Vazão mensal e área de drenagem do local sem dados Q P, A P – Vazão mensal e área de drenagem do posto de referência Determinando a Série de Vazões

21 Page 21 Outra forma de transpor os dados consiste em: Calcular a vazão média do local sem dados pela equação Q mlt = a.A d b As vazões do local sem dados serão dadas por Q mltPCH – Vazão média de longo período da PCH Q MLTP – Vazão média de longo período do posto ETAPA 4: Transposição da série de vazões Determinando a Série de Vazões

22 Page 22 ETAPA 5: Preenchimento de falhas Na grande maioria dos casos os postos utilizados apresentam falhas em alguns meses da série O preenchimento deve ser realizado utilizando dados de um outro posto, que apresente boa correlação com o posto de referência A correlação é verificada plotando-se um gráfico de regressão entre as séries Outras formas de preenchimento: modelos chuva- vazão, modelos estocásticos, valores médios Determinando a Série de Vazões

23 Page 23 Gráfico de Correlação ETAPA 5: Preenchimento de falhas Determinando a Série de Vazões

24 Page 24 ETAPA 6: Formatação da série A última etapa consiste em formatar a série de valores mensais para apresentação no relatório do projeto O valores preenchidos devem ser destacados na tabela Determinando a Série de Vazões

25 Page 25 Curva de Permanência

26 Page 26 Curva de Permanência das Vazões A curva de permanência, ou duração, é obtida da freqüência de ocorrência das vazões ou níveis de uma determinada bacia Essa curva retrata a parcela do tempo que uma determinada vazão é igualada ou superada durante o período analisado A curva de permanência permite analisar a regularização natural do rio Em projetos de hidrelétricas pode ser utilizada para determinação da potência a ser instalada e para definição de vazões mínimas residuais

27 Page 27 Curva de Permanência Trecho superiorTrecho inferior Trecho médio

28 Page 28 Curva de Permanência Exemplo: A vazão de 5 m 3 /s possui probabilidade de 60% (Q60) de ser igualada ou superada, ou em 60% do tempo ocorrem vazões maiores ou iguais a 5 m 3 /s

29 Page 29 Curva de Permanência Vazões diárias Vazões mensais

30 Page 30 Curva de Permanência Rio com alta regularização natural Rio com regularização normal

31 Page 31 Construção da Curva Como distribuição de probabilidades No Excel, disponha os dados em uma única coluna e ordene os valores em ordem decrescente Em uma coluna ao lado, insira os valores da ordem (i) de cada valor (1,2,3, …, n) Para cada valor, determine a probabilidade acumulada pela relação i/(n+1) Faça o gráfico vazão por probabilidade

32 Page 32 Construção da Curva Como distribuição de probabilidades

33 Page 33 Construção da Curva Usando a ferramenta PERCENTIL do Excel E uma coluna, insira valores de duração entre 0 e 1 (Ex.: 0,00; 0,05; 0,10; 0,15; …; 1,00) Para cada valor de duração, calcule a vazão correspondente usando a função =PERCENTIL(MATRIZ;1-D) MATRIZ é o conjunto de células onde está a série de dados e D a duração Faça o gráfico vazão por probabilidade


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