A apresentação está carregando. Por favor, espere

A apresentação está carregando. Por favor, espere

METODOLOGIA PARA ESTIMATIVA DE POTENCIAL HIDROELÉTRICO REMANESCENTE Parte 1: Conceitos e Metodologia Dante Gama Larentis, Eng. Civ., MsC., Dr.

Apresentações semelhantes


Apresentação em tema: "METODOLOGIA PARA ESTIMATIVA DE POTENCIAL HIDROELÉTRICO REMANESCENTE Parte 1: Conceitos e Metodologia Dante Gama Larentis, Eng. Civ., MsC., Dr."— Transcrição da apresentação:

1 METODOLOGIA PARA ESTIMATIVA DE POTENCIAL HIDROELÉTRICO REMANESCENTE Parte 1: Conceitos e Metodologia Dante Gama Larentis, Eng. Civ., MsC., Dr. Foz do Iguaçu, Agosto de 2012 CAPACITAÇÃO E TRANSFERÊNCIA DE TECNOLOGIA PARA PROSPECÇÃO DE POTENCIAIS HIDRELÉTRICOS

2 Etapas do planejamento do setor hidrelétrico* CONCEITOS escala de análise prazo dos estudos estágio de implementação Estudos preliminares Estudos de inventário Estudos de viabilidade regional (bacia hidrográfica) Registro ANEEL Aprovação ANEEL Resgistro ANEEL e AA* Aprovação ANEEL Aprovação AA* Licença Prévia local (projeto) Leilão de conceção Projeto Básico ConstruçãoOperação Aprovação AA* Licença Instalação 6 Aprovação ANEEL indeterminado2 anos1 ano6 meses1 ano4 anos> 50 anos Aprovação AA* Licença Operação *Adaptado do Manual de Inventário Hidrelétrico 84 GW101 GW 260 GW 75 GW Hydrospot

3 Esquema do funcionamento de uma central hidrelétrica CONCEITOS Qt Hb Vu NAmax Op. NAmin Op. DepMax

4 Cálculo do potencial hidrelétrico (energia média gerada) CONCEITOS Eficiência (0,9) e correção de unidades Metodologia do Manual de Inventário Hidrelétrico (Estudos Preliminares) Metodologia do Manual de Inventário Hidrelétrico (Estudos Finais) Simulação da série histórica para o período crítico considerando o reservatório cheio no início da simulação e vazio no final

5 Energia assegurada x Energia firme x Potência instalada CONCEITOS Energia firme: aquela garantida mesmo na ocorrencia da sequencia de vazoes baixas mais severa registrada no historico. No caso do Brasil, o perído crítico é de 1949 a 1956 (Manual de inventário da Eletrobrás). Medida em MWh. Energia assegurada: é igual a máxima produção que pode ser mantida em uma determinada porcentagem do tempo, por exemplo, 95%. A vazão com uma dada garantia é obtida da curva de permanência de vazões. Medida em MWh. Potencia instalada: é a soma da potência das turbinas da usina. A potência é sempre um valor superior ao da energia média gerada. Medida em MW. Fator de capacidade: é dado pela relação entre a energia média e a potência instalada. É adimensional. Energia média: é a energia produzida ao longo de um determinado período dividida pelo tempo transcorrido. Por exemplo, se uma usina gerou MWh em um ano, a energia média é de MW médios (MWm).

6 Energia média x Potência instalada (fator de capacidade) CONCEITOS Q t Qmlp MVR (~70% Qmlp) Qpmax Em (MWm) Pi (MW) Benefícios Custos fcB/C Não é economicamente viável! Há um fator de capacidade ótimo abaixo da Qmlp que depende da capacidade de regularização do rio. Q95

7 Aquisição de dados básicos CONCEITOS CARTOGRAFIA (CURVAS DE NÍVEL) SRTM MODELOS DIGITAIS DO TERRENO SÉRIE DE VAZÕES CHUVA-VAZÃO VAZÕES REGIONALIZADAS

8 Introdução ao programa de prospecção de potenciais - Parte do zero: identificação dos sítios, com base no MDT, e avaliação de potencial hidrelétrico e seleção de alternativas com base em análise hidrológicas (vazões estatísticas), energéticas, técnico-econômicas e ambientais; - Permite a obtenção do potencial total hipotético e do potencial energético global viável na bacia; - Não é um programa de otimização. Função objetivo potencial/fragilidade conduz a valores baixos de potencial na bacia; - Foco em projetos de pequeno e médio porte (até 50 MW) (tendência no cenário mundial e mais adequado as simplificações adotadas quanto a simulação hidrológica e análise energética); - Equivale a parte de estudos preliminares de um inventário tradicional, com a vantagem de levantar um número bastante superior de alternativas de projeto, economizando tempo e recurso na etapa final do inventário. HYDROSPOT

9 Avaliação energética distribuída Prospecção de potenciais 3 Definição e caracterização da área de estudo (bacia hidrográfica) Pré- processamento do MDT População do sistema Análise hidrológica 1 Avaliação técnico-ambiental distribuída Mapeamento temático Composição de indicadores 2* Avaliação ambiental e energética integrada Seleção de alternativas sem restrições Obtenção de PTH e FTH Seleção de alternativas cenário base Obtenção do potencial viável na bacia (PGV) 4 Seleção de alternativas c/ objetivo = PGV Obtenção da divisão final de quedas Banco dados externo fragilidades pressões Vetor de alternativas de projeto HYDROSPOT Otimização energética e análise econômica Cálculo da séries de vazão de 30 anos Simulação e otimização energética 5 Cálculo da relação custo/benefício Divisão final de quedas *Neste caso, será realizada a parte. Esquema metodológico geral

10 1.1. Pré-processamento do MDT Definição e caracterização da área de estudo 1 MDT SRTM 3 90x90m Usando o ESRI ArcGIS Spatial Analyst Tools, menu Hydrology: - Preenchimento de depressões (fill sinks); - Direções de fluxo (flow direction); - Acumulação de fluxo (flow accumulation). Direções de fluxo MDT corrigido ? Acumulação de fluxo 3

11 1.1. Pré-processamento do MDT Definição e caracterização da área de estudo Divisão em Ottobacias: - Define ordem de divisão; - Divide sub-bacias e marca rede de drenagem; - Extrai informações topológicas (posição dos exutórios e nascentes, comprimento dos trechos de rio, relações de contribuição). Fonte: Verdin & Verdin (1999)

12 Rodovias Ferrovias Área Influência Classificação do uso do solo (alta resolução) Linhas de transmissão (alta tensão) 1.2. População do sistema Definição e caracterização da área de estudo 1 Hidrografia Mapa UCs

13 Simula inundação nas seções de estações fluviométricas Obtém relação Cota-Área-Volume Ajusta equação de regionalização Regionaliza MVR, Q 95 e Qmlp para todos os pixels Estima Máxima Vazão Regularizável (MVR) (% Qmlp) 1.3. Análise hidrológica Definição e caracterização da área de estudo 1 ou

14 Localização do eixo do barramento e casa de força, p/ bacias = n, 1 Definição do local da casa de força (varre buffer de raio CMA em torno do eixo do barramento p/ p=1,q) Inundação do reservatório e desenvolvimento da barragem Identificação do eixo do barramento (percorre drenagem a jusante com um passo de distância DJ) Verificação potencial bruto Vetor de alternativas Prospecção concluída Pixel é área exclui da pixel é o exutori o bacia n YES NO Seleciona próximo pixel Seleciona pixel p S x HT p > S x HT p-1 Pixel p é área exclui da p = q YES NO Desenvolvimento lateral da barragem Inundação do reservatório e desenvolvimento vertical da barragem S < MDA YES NO YES HB > MAT Pl (HT) < PBM YES HB = HB +dHB Pixel é área exclui da NO YES Qre g > MVR NO YES NO Avaliação energética distribuída (prospecção de potenciais) 3

15 Localização do eixo do barramento Perfil longitudinal

16 - busca é ordenada de acordo com a hierarquia de Otto bacias, de montante para jusante; - pixel a pixel, ou com um espaçamento DJ; - DJ não pode ser inferior a resolução do grid; - mapa de AR com as áreas excluídas é verificado. Ex. busca DJ = 600 m Avaliação energética distribuída (prospecção de potenciais) Localização do eixo do barramento DJ Parque

17 Avaliação energética distribuída (prospecção de potenciais) Definição do local da casa de força - vizinhança do eixo é analisada de modo a identificar o maior produto: dH (m) x S (%) - raio que define a área de procura: Comprimento Máximo da Adução (CMA); - mapa de AR com as áreas excluídas é verificado.

18 A alternativa de eixo de barramento e de casa de força é testada de duas formas: - verificando o potencial bruto do sítio considerando apenas a queda devido à diferença de cota do terreno. Se a potencial for menor que um potencial bruto mínimo (PBM), previamente definido, o sítio é eliminado; - verificando o mapa de AR, testando se qualquer um dos pixels contidos no trecho de vazão reduzida (meandro do rio) entre o eixo do barramento e a casa de força estão em zona de restrição. Em caso afirmativo, a alternativa é eliminada. Vazão assegurada Q 95 (m 3.s -1 ) Queda dágua devido ao desnível do terreno (m) Potencial bruto mínimo (PBM) em MWm Eficiência (0,9) e correção de unidades Avaliação energética distribuída (prospecção de potenciais) Verificação do potencial bruto

19 Os critérios de parada são: - a Máxima Altura Técnica (MAT): definida pela altura de um barramento considerada tecnicamente viável do ponto de vista construtivo. Se altura do barramento MAT, o critério de parada é atendido. - a Declividade Mínima Admissível (DMA) do terreno: refere-se ao desenvolvimento lateral da barragem, portanto, a seção transversal do rio. Quando a barragem é estendida, se a declividade de um dos taludes barrados é inferior a DMA, o critério de parada é atendido. - a Máxima Vazão Regularizável (MVR) na seção: O valor de MVR é hipotético, obtido como uma fração da vazão média de longo período. Se o volume do reservatório obtido na seção, no período de analise, é maior ou igual ao volume potencialmente acumulado no mesmo período pela MVR, o critério de parada é atendido. Avaliação energética distribuída (prospecção de potenciais) Desenvolvimento da barragem e inundação do reservatório NAmax NAmin dH

20 Analisa a vizinhança e procura pixel de maior cota (elevação) no MDT em cada margem do rio em cada elevação dH do nível dágua no reservatório. 2 o passo: sentido horário 3 o passo:sentido anti-horário 1ºpasso: pixel dereferência ajusante do eixo 2 o passo: sentido horário 3 o passo:sentido anti-horário 1ºpasso: pixel dereferência ajusante do eixo Margem do sentido horário Margem do sentido anti-horário Margem do sentido horário Margem do sentido anti-horário Barramento concluído Se Cota > NA Barramento concluído! í H = 1dHH = 2dHH = 4dH Avaliação energética distribuída (prospecção de potenciais) Desenvolvimento da barragem e inundação do reservatório NAmax NAmin NAmax–1dH dH NAmax NAmin NAmax–1dH dH Direções de fluxo

21 Avaliação energética distribuída (prospecção de potenciais) Desenvolvimento da barragem e inundação do reservatório (a)(a) Clockwise rotation Find downstream pixel Dam axis Passo 1: achar pixel de maior cota fora da calha em ambas as direções (horária e anti) a partir do pixel eixo do barramento Check neighbors elevation Pick highest pixel (c)(c) Dam ends elevation < HB Passo 3: quando sai da calha, passa a procurar o vizinho de maior cota nas duas direções, até superar o nível dágua estipulado Perpendicular orientation (b)(b) Pixel elevation DH Passo 2: apenas quando ainda está na calha, caso todos vizinhos tenham a mesma cota do eixo, anda na perpendicular à direção de fluxo Dam development accomplished for given water level (d)(d) Dam ends elevetion HB Passo 4: quando atinge o nível dágua estipulado em ambas as direções, ou quando um critério de parada é atingido, termina o desenvolvimento da barragem

22 Avaliação energética e ambiental integrada 4 Seleção de alternativas Etapas: 4.1. Obtenção do potencial e fragilidade totais hipotéticos na bacia; 4.2. Obtenção do cenário base de potencial e fragilidade totais na bacia; 4.3. Cálculo do potencial global viável para o cenário base. As restrições do cenário base consistem em: - Definir vazão ambiental remanescente a jusante de barramento; - Definir vazão remanescente para outorgas vigentes no trecho afetado; - Definir layers de restrição total ao desenvolvimento (parques). O produto é a divisão final de quedas considerando as restrições de ordem técnico- econômicas e ambientais, ainda com um grande número de empreendimentos que serão excluídos na análise benefício/custo. O produto é a divisão final de quedas sem qualquer restrição ao desenvolvimento.

23 Regularização de vazões e otimização de potenciais em iterações k, p/ k = 1, m p/ i = 1, n Teste de interferência de alternativas i, p/ i = 1, n (número de alternativas implantadas = j) Inunda usina implantada Vetor de alternativ as vazio i = n PTA k = PTA k-1 Pré-seleção Alternativa i selecionada Inventário com j alternativas implantadas NO Teste interferência por inundação Teste interferência por curto-circuito PTA = Ʃ Pl i i=1 i=j Otimiza relação QxH Alternativas i = 1, n Regulariza vazões Alternativas i = 1, n NO Inventário concluído 1 a iteração Curto- circuita usina implanta da YES NO YES NO Avaliação energética e ambiental integrada (seleção de alternativas) 4 HYDROSPOT Vetor de alternativas Inventário com j alternativas implantadas YES

24 4.1. Teste de interferência por inundação Avaliação energética e ambiental integrada 4 Supondo a alternativa 1 sob teste e a 2 já implantada Supondo a alternativa 2 sob teste e a 3 já implantada

25 A B 1 A B 1 3 E F 3 E F 2 C D 2 C D 4.2. Teste de interferência por curto-circuito Avaliação energética e ambiental integrada 4

26 O potencial total na bacia é calculado por:, n = número plantas aceitas O potencial hidroelétrico líquido (Pl) é calculado para cada alternativa de aproveitamento conforme: Vazão turbinada (m 3.s -1 ) Queda dágua acumulada hipotética (m) Potencial líquido em MWatts médios (MWa) Eficiência (0,9) e correção de unidades 4.3. Otimização de potencial por alternativa e regularização de vazões Avaliação energética e ambiental integrada 4 ? ? ? ?

27 1 2 3 Q 95 VMR n-1 n Hlm Qutil=V/t Depleção = dH Otimização de potencial por alternativa e regularização de vazões Avaliação energética e ambiental integrada 4

28 4.3. Atualização do vetor de alternativas Avaliação energética e ambiental integrada 4 Planta aceita Vetor de alternativas Planta eliminadas no remanso da alternativa aceita Planta eliminadas na alça de vazão reduzida Demais alternativas no mesmo sítio

29 4.3. Atualização do vetor de alternativas Avaliação energética e ambiental integrada 4 Supondo que a alternativa 2 tenha sido implantada Supondo que a alternativa 1 tenha sido implantada Redimensiona 2 para o novo nível de jusante

30 Cálculo de benefícios Otimização energética e análise econômica 5 BA = Pr. Ea/106 Cálculo de custos CO = FT.(CF+CV*Ep).Com Onde CF e a parte de custo fixo da obra que nao deve se alterar com a alteração da potencia em R$ milhoes; CV é a parte do custo que varia com a potencia em R$ milhoes; Com é o custo de Operação e Manutenção com relacao ao custo final; FT e o fator a ser pago anualmente pelo investimento na obra. No custo da obra e incorporado o juros do investimento no periodo da obra. Onde BA e o beneficio anual em milhoes de US$; Pr e o preco estimado da energia vendida em US$/MW; Ea e a energia assegurada da serie em MW. Este tema será abordado no próximo encontro.

31 ESTUDO DE CASO: RIO TAQUARI-ANTAS - RS Estudos de inventário CEEE (1993) Estudos de inventário CEEE (1993) Estudos ambientais FEPAM (2001) Estudos ambientais FEPAM (2001)

32 RESULTADOS Estudo de caso: Taquari-Antas do inventário de 1993 da CEEE Nos estudos de inventário de 1993, foram avaliados, além de aspectos técnicos e econômicos de produção de energia, impactos sociais e ambientais que poderiam ocorrer com a implementação dos projetos (CEEE, 1993). Na etapa de prospecção inicial de potenciais, foram seguidos os seguintes critérios: - menos áreas inundadas quanto possível; - grande queda entre tomada dágua e casa de força; - esquemas tipo curto-circuito; - barramento em seções bastante declivosas, inundando áreas agrícolas pouco produtivas; - barramentos de baixo impacto ambiental; - evitar interferência com centros urbanos e infra-estrutura pública, como pontes, viadutos, estradas, edificações, túneis, linhas de transmissão, etc.; - acessibilidade ao sítio de construção; - esquemas a fio dágua.

33 Parâmetros do inventário de 1993 da CEEE O inventário de 93 localizou e classificou 79 sítios com potencial hidroelétrico, com um potencial hipotético estimado em 552 MWa. Verificou-se que os melhores sítios para produção de energia também eram os que apresentavam maiores impactos ambientais. De forma a evitar a perda de sítios promissores, algumas plantas tiveram mais de um layout estudado, variando a posição da casa de força, locação da barragem e nível dágua máximo no reservatório. Como resultado, foram obtidas 94 alternativas de aproveitamento na bacia. A fase de seleção de alternativas do inventário da CEEE foi concluída com 56 plantas, totalizando 467 MWa de energia firme, aproximadamente 85% do potencial máximo hipotético prospectado na fase anterior, com perdas de: 12 MWa por alto (não compensável) impacto ambiental (2 alternativas); 58 MWa por razões econômicas (25 alternativas); 15 MWa por interferência com infra-estrutura existente ou por dependência com outras alternativas escolhidas por serem mais rentáveis. Após estudo de AAI (FEPAM, 2001), potencial viável é de 336 MWa. PROSPECÇÃO SELEÇÃO AAI 79 sítios 94 alternativas c/ 552 MWa 56 plantas c/ 467MWa RESULTADOS

34 Resultados da prospecção Os valores dos parâmetros utilizados na prospecção dos sítios com potencial são os seguintes: - Distância a jusante (DJ): 450 m - Comprimento máximo da adução (CMA): m - Potencial bruto mínimo (PBM): 10 kWa - Altura incremental do NA (dH): 4 m - Máxima altura técnica do barramento (MAT): 50 m - Declividade mínima admissível (DMA): 10% Análise hidrológica: 79 sítios 94 alternativas c/ 552 MWa 56 plantas c/ 467MWa

35 RESULTADOS Resultados da prospecção - a bacia do Taquari-Antas foi subdividida em 81 unidades (sub-bacias) em uma ordem de divisão de Otto Pfafstetter de nível 2; - o MDT utilizado foi uma imagem SRTM com resolução de aproximadamente 90x90m; - as principais características fisiográficas de cada sub-bacia foram calculadas no pré-processamento; 79 sítios 94 alternativas c/ 552 MWa 56 plantas c/ 467MWa A etapa de prospecção de potenciais foi finalizada com 1933 sítios, com um total de alternativas: - 55 sítios oram descartados por interferência do barramento com API; sítios foram descartadas por baixo potencial (

36 RESULTADOS 2600 m

37 RESULTADOS 7600 m

38 RESULTADOS

39

40

41 Resultados da seleção 79 sítios 94 alternativas c/ 552 MWa 56 plantas c/ 467MWa Os resultados de PTH foram: - total de 252 plantas (alternativas de projeto); - potencial hipotético de 741,6 MWa; - plantas variando entre 10 kWa e 58 MWa; plantas à fio-dágua; - 75 plantas c/ reservação (vazão regularizada maior que a Q 95 ); plantas c/ derivação por túnel (curto-circuito) ou pela margem; - 8 dependem apenas da queda gerada pela barragem (geração no pé). Ajuste tentando alcançar a configuração do inventário de 93 Resultado: - grandes alterações locacionais; - estatísticas gerais foram bastante similares (O PTH foi levemente inferior, de 736 MWa, distribuído em 275 plantas).

42 RESULTADOS

43

44 Resultados da seleção 79 sítios 94 alternativas c/ 552 MWa 56 plantas c/ 467MWa Para a definição do cenário base foram estabelecidos: - vazão ambiental a jusante de barramento: 25% da Q 95 ; - comprimento máximo da alça de vazão reduzida dispensada de vazão ambiental (CMAVR = 250 m); - critério de corte por trecho de rio livre de barramento ativo; - critério de corte por rio de Classe Especial (CONAMA 357) ativo. Total de 90 plantas PGV = 69% do PTH PGV = 508 MWa


Carregar ppt "METODOLOGIA PARA ESTIMATIVA DE POTENCIAL HIDROELÉTRICO REMANESCENTE Parte 1: Conceitos e Metodologia Dante Gama Larentis, Eng. Civ., MsC., Dr."

Apresentações semelhantes


Anúncios Google