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SOL Central Geradora Solar Fotovotaica UFV Usina Fotovoltaica UHE Usina Hidrelétrica de Energia UTE Usina Termelétrica de Energia UTN Usina Termonuclear 23 Brasil: A energia elétrica é o serviço público de mais amplo alcance social no país, atendendo cerca de 92% dos domicílios. Introdução/Histórico 24 Potência e energia Heloisa Teixeira Firmo hfirmo@poli.ufrj.br 2562-7991 25 Usinas hidrelétricas: conjunto de dispositivos (obras, reservatório, equipamentos) que permitem transformar energia hidráulica → energia mecânica → energia elétrica circuito hidráulico de geração, principais estruturas : barragem, vertedouro , tomada d´água, barragens, canais de adução, condutos forçados, casa de força. Potência e energia 26 A barragem cria diferença de nível entre o espelho de água do reservatório (montante) e o canal de fuga (jusante). Ela forma um reservatório onde a água, constantemente renovada, é captada para a produção de energia elétrica. Potência e energia 27 Um determinado volume de água caindo de uma certa altura produz o trabalho teórico de: Tt = ƳV H (em tm) Onde Ƴ é o peso específico da água (t/m3); V é o volume em m3 e H é a queda bruta em m. A potência teórica é de Pt = Q H (em tm/s) onde Q é igual à descarga, em m3/s. A unidade de potência é : 1 tm/s = 9,81 kw = 13,33 cv Potência e energia 27 28 Sendo η o fator de rendimento da turbina e do gerador, Hl a queda líquida (bruta menos perdas) nos órgãos de adução , então a potência efetiva é: Pe = 9,81 . η . Q . Hl (em kw) Para cálculos preliminares, pode-se adotar: ηt = 0,90 ηg = 0,95 ηtotal = 0,855 Potência e energia 28 29 Se em cada conjunto turbina-gerador passa a vazão q, “caindo” de uma altura h, produz-se a potência efetiva igual a : Pe = 9,81 . η . Q . Hl (em kw) Potência e energia 30 Então: Pe = 8,3 . Q . Hl (em kw) Energia = ∫ Pe dt Potência e energia 30 31 http://www.fcth.br/Cursos/cursos/phd5706/capacidade_de_reservatorios.pdf Potência e energia http://www.facens.br/alunos/material/Pedrazzi0038/pedrazzi_cap12.pdf 35 O intervalo de tempo compreendido entre os instantes correspondentes aos pontos C e E chama-se período crítico. As ordenadas DG representam os máximos déficits de água durante os períodos críticos. O maior valor da ordenada GD no diagrama de Rippl corresponde ao volume útil do reservatório para atender ao abastecimento de água. Potência e energia http://www.ons.org.br/ons/sin/index.htm www.ana.gov.br/AcoesAdministrativas/CDOC/ doc_Palestras/Usos%20Multiplos%20de%20Reservatorios.pdf 38 UHE Machadinho (1.140 MW) www.machadinho.com.br A Usina Hidrelétrica Machadinho está localizada no Rio Pelotas a 1,2 km a jusante da foz do Rio Inhandava, entre os municípios de Piratuba/SC e Maximiliano de Almeida/RS. 39 Marcos contratuais principais Etapas Licitação Mar/97 Contrato Nov/97 Programa Super Meta Jan/00 Mobilização/Canteiro/Acampamento set/97 mar/98 mar/98 Desvio do Rio out/00 out/99 out/99 Início enchimento do reservatório fev/03 mar/02 set/01 Geração comercial da unidade 1 set/03 ago/02 jan/02 Geração comercial da unidade 2 dez/03 dez/02 abr/02 Geração comercial da unidade 3 mar/04 abr/03 jul/02 UHE Machadinho (1.140 MW) www.machadinho.com.br Clique nas legendas para ver as fotos do local indicado 41 Vista geral por jusante 42 Vista geral da estrada sobre a Barragem Principal 43 Vista geral do Canteiro de obras 45 Vista geral da estrada interestadual sobre a Barragem Principal 46 Vista geral da Casa de Força e Edifício de Comando 47 Torres da saída de linha 48 Vista geral das Unidades Geradoras 1 a 3 49 Vista por montante da Tomada d'água e Vertedouro Primeira abertura das comportas do Vertedouro - 02/10/01 Primeira abertura das comportas do Vertedouro - 02/10/01 Primeira abertura das comportas do Vertedouro - 02/10/01 53 Fases de estudo de um Aproveitamento Hidrelétrico Diversas fases: desde inventário até projeto executivo; Estudos energéticos na fase de Inventário. Objetivo: avaliação das possibilidades de geração de cada aproveitamento inventariado e dos seus benefícios energéticos para o sistema de referência considerado, visando o pré-dimensionamento das principais características dos conjuntos turbinas-geradores e avaliações de competitividade econômica de aproveitamentos ou de alternativas de divisão de queda como um todo; Após essa estimativa inicial, detalhar e rever de acordo com cálculos mais precisos de perdas de carga. Fonte: Manual Inventário ELB ⇐ Fonte: Manual Inventário ELB ⇐ Fonte: Manual Inventário ELB ⇐ 57 Então: Pe = 8,3 . Q . Hl (em kw) Energia = ∫ Pe dt Período Crítico – período em que os reservatórios do sistema partindo cheios e sem reenchimentos totais intermediários sejam deplecionados ao máximo (de uma usina/ do sistema). Atualmente, corresponde ao intervalo entre junho de 1949 a novembro de 1956. Energia Firme – A energia média gerada por cada usina hidrelétrica durante o período crítico é chamada de energia firme ou carga crítica do sistema. Estudos energéticos de aproveitamentos hidrelétricos 57 58 Efi - nos estudos preliminares, energia firme do aproveitamento i, em MW médios ; Hlmi- queda líquida média do aproveitamento i, em m; Qlmi- descarga líquida média do período crítico do aproveitamento i, em m3/s; e 0,0088- coeficiente correspondente ao produto da massa específica da água (1000 kg/m3), pelos rendimentos da turbina (0,93) e do gerador (0,97), pela aceleração da gravidade (9,81 m/s2) e pelo fator 10-6 que permite expressar a energia em MW médios. Estudos energéticos de aproveitamentos hidrelétricos 58 59 Para a determinação dos valores de Hlmi e Qlmi é necessário conhecer, para cada aproveitamento, os parâmetros: NAmax Normal, NA Normal jus, Hb máx, Hb mín, Depleção máx, Vol útil, MA médio, Hl máx. méd, mín. Estudos energéticos de aproveitamentos hidrelétricos 60 A regularização da vazão média é inviável, pois sempre há perdas por evaporação ou extravasamentos. Além disso, há restrições não técnicas à altura da barragem ( financeiras, econômicas, sociais, legais, políticas e ambientais). Chama-se grau de regularização a relação entre a vazão regularizada e a vazão média da bacia. GR = Qregularizada/ Qmédia Estudos energéticos de aproveitamentos hidrelétricos 61 http://www.fcth.br/Cursos/cursos/phd5706/capacidade_de_reservatorios.pdf Estudos energéticos de aproveitamentos hidrelétricos 62 Descarga líquida média do período crítico (Qlmi): corresponde a soma das às vazões naturais afluentes no local do aproveitamento durante o período crítico do sistema de referência + volumes úteis dos reservatórios no local e a montante – evaporações - volumes de espera para controle de cheias correspondentes ao início do período crítico - vazões retiradas para outros usos de água no local e a montante Estudos energéticos de aproveitamentos hidrelétricos Qlmi descarga líquida média do período crítico do sistema de referência no local do aproveitamento i, em m3/s; Qni média durante o período crítico do sistema de referência das vazões naturais no local do aproveitamento i, em m3/s; Qri média durante o período crítico do sistema de referência da soma das retiradas para outros usos no local e à montante do aproveitamento i, em m3/s; T número de segundos do período crítico do sistema de referência do sistema; Vuk volume útil do aproveitamento k, em m3; Vespk volume de espera no início do período crítico no aproveitamento k, em m3; Evapk Evaporação líquida do aproveitamento k durante o período crítico, em m; Amedk área do reservatório no aproveitamento
