PEA - 2420 : Produção de Energia Elétrica – Edição 2012 Programa da Disciplina Prof’s Dr’s Dorel Soares Ramos e José Aquiles Baesso Grimoni Sala de Aulas : B2-10 Aulas : 3as feiras 14:00 às 15:50 h e 6as feiras 15:50 às 17:40h Emails: dorelram@pea.usp.br e aquiles@pea.usp.br

PEA - 2420 : Produção de Energia Elétrica – Edição 2012 Programa da Disciplina

PEA - 2420 : Produção de Energia Elétrica – Edição 2012 Programa da Disciplina Bibliografia Básica: Notas de aula REIS, L.B. Geração de Energia Elétrica. Tecnologia, Inserção Ambiental, Planejamento, Operação e Análise de Viabilidade. Ed. Manole, São Paulo, 2003, 324p. SOUZA, Z.; FUCHS, R. D.; SANTOS, A . H. M. Centrais Hidro e Termelétricas. SIMONE, G; A Centrais e Aproveitamento Hidrelétricos, Ed Érica, 246p. LORA,E.E.S; NASCIMENTO,M.AR. Geração Termelétrica: Planejamento, Projeto e Operação. Volumes 1 e 2, Editora Intersciência, Rio de Janeiro, 2004 Apostilas do curso Eliane Fadigas. Energia Eólica, Ed Manole.     Critério de avaliação:      Homepage da disciplina: http://disciplinas.stoa.usp.br

PEA - 2420 : Produção de Energia Elétrica Geração Hidrelétrica Prof. Dr. Dorel Soares Ramos Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Parte 1 São Paulo, 31 de Julho de 2012.

Classificação das fontes de energia elétrica Convencionais e não-convencionais (alternativas) Renováveis e não-renováveis

Potencial Hidrelétrico

Princípio de Funcionamento Potência = m.g.HQ m = massa que cai / seg g = aceleração da gravidade HQ = queda bruta Se a água que cai, vem de um rio com velocidade v’ P= m.g.H + 1/2 m.v’2 Obs: 1/2 m.v’2 em geral pode ser desprezada pois v’ é muita pequena

Troca-se m/seg por Q (vazão) Função de Produção Troca-se m/seg por Q (vazão) m3/s = m/Q Q = volume de água que escoa por segundo através do tubo (vazão) P = g.H.Q g = aceleração da gravidade - 9,81m/s2 = 1.000 kg/m3 Potência = 9,81 HQ (kW) sendo H - metros e Q - m3/s

Hidrelétrica - Características Rendimento ou eficiência: onde - Rendimento do sistema hidráulico - Rendimento da turbina - Rendimento do gerador com Valores típicos são: onde E - Energia produzida no ano FC - Fator de capacidade da usina

Prioridades de Enchimento e Deplecionamento P = g.( H . T . G) Q . H U1 U2 Exemplo: P=9,81x(0,94 x 0,98)x40x450/1000= 162,7 MW U3 U4 Q = m3/s= vazão turbinada g= aceleração da gravidade H = altura de queda (m)

ASPECTOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA

Postos de medição existentes em diversos locais das bacias hidrográficas recebem o nome de posto fluviométrico

CONCEITO DE TRANSPOSIÇÃO

Fluviograma: representa o comportamento da vazão em uma seção reta (local) do rio ao longo do tempo

Assegurada

REGULARIZAÇÃO DE VAZÕES CAPACIDADE DOS RESERVATÓRIOS Considerando-se o comportamento variável das vazões no rio, pode-se concluir que, se nada for feito, apenas uma vazão muito pequena poderia ser usada na maior parte do tempo.

A vazão média obtida após a instalação de barragem no rio recebe o nome de vazão regularizada. O processo de armazenamento de água e obtenção da vazão regularizada recebe o nome de regularização do rio.

Curvas Cota x Área / Volume

Operação de Sistema Hidrelétrico U T N I G E 15000 ENERGIA SECUNDÁRIA 10000 ENERGIA FIRME HIDROELÉTRICA 5000 s ê m W M A D N E Z R I G 15000 10000 5000 PERÍODO CRÍTICO j F M A M J J A S O N D j F M A M J J A S O N D j F M A M J J A S O D N J F M A J M J A S O N D 1º ano 2º 3º 4º Fonte: CANAMBRA 1964 SISTEMA HIDRÁULICO

Operação de Sistema Hidrotérmico L A R U T N I G E 15000 ENERGIA SECUNDÁRIA CAPACIDADE TERMICA TERMICA 10000 ENERGIA FIRME HIDROTÉRMICA 5000 ENERGIA FIRME HIDRELÉTRICA s ê m W M A D N E Z R I G 15000 10000 5000 PERÍODO CRÍTICO j F M A M J J A S O N D j F M A M J J A S O N D j F M A M J J A S O D N J F M A J M J A S O N D 1º ano 2º 3º 4º SISTEMA HIDROTÉRMICO Fonte: CANAMBRA 1964

PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA A produção de energia elétrica, dependerá, dentre outros fatores, da vazão de água efetivamente usada para produzir a energia mecânica que acionará o gerador elétrico Esta vazão recebe o nome de vazão turbinável (ou turbinada), pois deverá acionar a turbina que transmitirá energia ao gerador O valor dessa vazão turbinável e suas características ao longo do tempo estarão relacionadas com o tipo de aproveitamento (fio d’água ou com reservatório), com sua regularização e com o tipo de uso que se fará da vazão regularizada

Sistema Elétrico Brasileiro - Estrutura Regional 4 grandes Subsistemas Interligados 110.000 MW de capacidade instalada, com cerca de 100 usinas com mais de 30 MW (além de quase toda parcela paraguaia de Itaipú) ~ 82 % hidrelétrico 43 grandes reservatórios em 12 Bacias Hidrográficas Produção superior a 482.000 GWh ano (55.0 GWm) Demanda Máxima de quase 80.000 MW 70.000 km de linhas de transmissão (230 kV e acima) Faturamento anual estimado em mais de 30 bilhões de Reais 55 % do mercado da América do Sul

Subsistemas Sul / Sudeste - Energia Armazenada

Quadrilátero dos Grandes Reservatórios

Características dos Subsistemas Capac. Armaz. 10.693 MWmês 4,5% 50.193 MWmês 21,2% 160.844 MWmês 68,0% 14.794 MWmês 6,3% Sistema Interligado Norte Exportador 9 meses do ano Sistema Interligado Nordeste Crescentemente mercado de demanda, com reversão do quadro em função da intensificação do aproveitamento da energia eólica. Sistema Interligado Sudeste/Centro-Oeste Grande mercado de demanda no país. Importador de outras regiões e países vizinhos, na maior parte do ano. Grande capacidade de armazenamento em múltiplos reservatórios. Sistema de dimensão continental com predominância hidrelétrica. Quatro submercados, sendo que o Norte cada vez mais será exportador, seguido pelo Sul. Sistema Interligado SUL Hoje : Sistema hidrotérmico com grande variabilidade de armazenamento: intercâmbios com SE/CO variando de sentido. Futuro : Expansão da geração e intercâmbios internacionais o tornam exportador em potencial.

Hidrelétrica - Principais componentes Barragens Vertedouros Comportas Stop logs Condutos Chaminés de equilíbrio ou câmera de descarga Casas de força Comporta Soleira Livre Tulipa Descarregador de Fundo Bacia de Dissipação

Diagrama Geral de uma Hidrelétrica Entrada de Água -Válvula- Reg. Veloc. Turbina Gerador Regulação de Tensão Erro de Freqüência (ou Potência) Energia Elétrica Pmec Rotor do Gerador (Distribuidor)

Principais Componentes Comportas e grades

Usina Hidrelétrica Barragem Linhas de transmissão Conduto Forçado Geradores Turbinas Seção Transversal de uma Usina Hidrelétrica Típica

BARRAGEM DE TRÊS GARGANTAS - CHINA Finalidade: Represar a água para captação e desvio Elevar o nível da água para aproveitamento elétrico e navegação Represar a água para regularização de vazões e amortecimentos de cheias

VERTEDOUROS OU EXTRAVASORES Ilha Solteira São necessários para descarregar as cheias e evitar que a barragem seja danificada Itaipú

COMPORTAS E TOMADA DÁ AGUA Comportas: permitem isolar a água do sistema final de produção de energia elétrica, tornando possível por exemplo, trabalhos de manutenção. Tomada d´água: permitir a retirada de água do reservatório e proteger a entrada do conduto de danos e obstruções.

Podem ser livres ou forçados CONDUTOS Podem ser livres ou forçados

CHAMINÉ DE EQUILÍBRIO PO CÂMARA DE DESCARGA Função principal : aliviar o excesso de pressões causado pelo golpe de aríete

Configuração de uma Casa de Força Ponte Rolante Arranjo de eixo vertical Canal de Fuga

TURBINA DE ITAIPÚ

TIPOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS Classificação: Quanto ao uso das vazões naturais À potência À forma de captação de água Função no sistema

Tipos de Centrais Hidrelétricas Quanto ao uso das vazões naturais Centrais a fio d’água Centrais de acumulação Centrais reversíveis

Central a Fio d’água Tem uma capacidade de armazenamento muito pequena e, em geral, dispõe somente da vazão natural do curso d´água

Central de Acumulação

Central Reversível

Tipos de Centrais Hidrelétricas Quanto à potência micro P < 100 kW mini 100 < P < 1.000 kW pequenas 1.000 < P < 30.000 kW médias 30.000 < P < 150.000 kW grandes P > 150.000 kW

Tipos de Centrais Hidrelétricas Quanto à altura de queda d’água: baixíssima H < 10 metros baixa 10 < H < 50 metros média 50 < H < 250 metros alta H < 250 metros

Tipos de Centrais Hidrelétricas Quanto à forma de captação da água leito de rio ou de barramento desvio ou em derivação

Potência mecânico –hidráulica disponível Pontos a serem analisados quando da instalação de uma Central Hidrelétrica Potência mecânico –hidráulica disponível Potência utilizável Possibilidade de transporte dos componentes ao parque gerador Custo das obras civis Custos dos equipamentos de ação direta e dos equipamentos auxiliares Custo de manutenção Rendimento dos equipamentos de ação direta (turbina e gerador) Custo das áreas inundáveis Valores da áreas no entorno do reservatório Aspectos ligados à geologia e à localização do reservatório e da barragem