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k correspondente a Namk, em m2. 64 Energia Firme de uma alternativa: Estudos energéticos de aproveitamentos hidrelétricos 65 1 2 3 4 3 1 2 Importância Estratégica da Etapa de Inventário Hidrelétrico avaliação das múltiplas implicações dos aproveitamentos, visando o melhor aproveitamento do potencial hidroenergético existente na bacia. articulação com o planejamento de outros setores atuantes na bacia. avaliação dos impactos causados pelo conjunto de aproveitamentos sobre a bacia hidrográfica (efeitos cumulativos e sinérgicos) . http://www.ana.gov.br/semanadaagua/Palestra_docs/24/silvia.pps 66 O conceito de energia firme, estendido para um conjunto de usinas, permite definir a “divisão de quedas” de cada rio. Posteriormente, o critério de dimensionamento passou a ser probabilístico: Ao invés de garantir o atendimento no caso de ocorrência da pior seca registrada no histórico, passou-se a calcular a energia assegurada, definida como a máxima produção que pode ser mantida em uma determinada porcentagem –por exemplo, 95%- dos anos hidrológicos simulados. Estudos energéticos de aproveitamentos hidrelétricos 67 queda líquida disponível em uma usina hidrelétrica depende dos níveis d'água a montante e a jusante da usina, ou seja, do nível do reservatório e do nível do canal de fuga. Essa queda varia com a operação da usina. Para o projeto das turbinas de uma usina hidrelétrica, quatro parâmetros básicos são determinados: queda de referência, de projeto, máxima e mínima. Estudos energéticos de aproveitamentos hidrelétricos 68 Entende-se por queda de referência, Href., a queda líquida para a qual a turbina, com abertura total do distribuidor, fornece a potência nominal do gerador. A queda de referência é dimensionada para a permanência de 95% do tempo na curva de distribuição de quedas da usina, em simulação para todo o histórico de vazões. Este critério considera que, em 95% do tempo, a turbina deve ser capaz de fornecer a potência nominal do gerador Estudos energéticos de aproveitamentos hidrelétricos 69 Permanência de Queda no Tempo Fonte: Manual PCH Eletrobras Estudos energéticos de aproveitamentos hidrelétricos 70 Curva de carga Fator de Carga (demanda) - A proporção de carga média para a carga de ponta durante um período específico, expressa em porcentagem. O fator de carga indica com que grau a energia tem sido consumida comparada com a demanda máxima ou a utilização de unidades com relação à capacidade total do sistema. O fator de carga de um sistema elétrico mostra a variabilidade das demandas de todos os consumidores. Fator de Capacidade (oferta)- Relação entre a carga própria de energia e a capacidade instalada de uma instalação ou conjunto de instalações. Estudos energéticos de aproveitamentos hidrelétricos 71 3. Exemplo. usinas a fio d´água sem reservatório ou com pequeno reservatório aproveita apenas a água que aflui no regime natural do rio Nesse caso é interessante saber em que percentagem quanto tempo durante o ano certa descarga estará provavelmente disponível ou ultrapassada e concomitantemente a queda correspondente e a potência resultante dos dois fatores Com essa finalidade, usam-se curvas de duração da queda e do fator de rendimento das máquinas 72 3. Exemplo. Exemplo: pequena usina a fio d´água (procura-se manter o nível d´água na barragem na altura da crista das comportas do vertedouro, obtendo-se assim a queda mais alta sem o desperdício de água) com canal adutor tubulação forçada duas turbinas do tipo Francis cada uma dimensionada para fornecer 2100 KW queda líquida de 16 m engolimento unitário de 16 m3 /s Fonte: Usinas Hidrelétricas, Schreiber 74 3. Exemplo. Em 31% do tempo, a descarga afluente ultrapassa o engolimento das turbinas, de 32 m3/s; Vazão > 32 m3/s ⇒ excesso sai pelo vertedouro; Curva de rendimentos é obtida para turbinas de mesma velocidade específica; Deve-se ter por objetivo o aproveitamento máximo possível de toda a água afluente; Para determinar quanto de queda e de vazão estará provavelmente disponível ou ultrapassada ⇒ curvas de duração 75 3. Exemplo. Em 80% do tempo, o gerador da primeira turbina já alcançou sua potência máxima (h=19,7m) e, para se aproveitarem as descargas maiores, a segunda unidade deve ser posta em operação As duas turbinas nesse momento trabalharão com carga parcial e consequentemente com rendimento menor Por esse motivo, aparece, nesse ponto, uma mudança brusca na curva de rendimentos. 76 3. Exemplo. Com base nas curvas da queda, da descarga e do fator de rendimento, pode ser traçada a curva da potência segundo a fórmula: A área limitada pela curva de duração da potência representa a produção média anual em KWh 77 Extras (duke energy) Energia Firme (Firm Energy) energia firme de uma usina isolada é definida como a máxima demanda energética que a usina poderia atender sem falhas. (livro Águas Doces no Brasil) Energia Firme (Firm Energy) Vendas de energia que, embora não sujeitas à interrupção por motivos econômicos, podem ser interrompidas em condições de força maior. (EUA) Energia Assegurada (Assured Power) A energia assegurada de cada usina hidrelétrica constitui o seu limite de contratação. Considera-se energia assegurada de cada usina hidrelétrica a fração a ela alocada da energia assegurada global do sistema. Esta alocação da energia assegurada e suas revisões são propostas em conjunto pelo ONS e o planejamento setorial, sendo homologadas pela ANEEL. Decreto no 2.655, de 2 de julho de 1998. 78 Extras (http://ppe.ufrj.br/ppe/production/tesis/mapdelgado.pdf) Assim, a "energia firme" da unidade geradora era definida pela sua contribuição de energia ao sistema, quando da ocorrência do período crítico do mesmo. Ou seja, período de vazões históricas em que o armazenamento de energia do sistema parte de seu nível máximo ao seu nível mínimo, sem a ocorrência de déficits de suprimento. Sob este conceito, a complementação térmica acrescenta à “energia firme” do sistema um montante equivalente à potência máxima contínua disponível em suas respectivas plantas. 79 Extras (http://ppe.ufrj.br/ppe/production/tesis/mapdelgado.pdf) Atualmente, o critério de “energia firme” foi subjugado pelo de “energia garantida” ou probabilística. Parte do pressuposto de que o histórico de vazões naturais é, em termos estatísticos, uma amostra do processo estocástico de gerações de vazões da natureza. Logo, é possível, por algoritmos adequados, gerar séries sintéticas de vazões prováveis vinculadas às características reais das vazões verificadas na natureza. Neste caso, o sistema é dimensionado para atender o mercado sob um dado nível de risco de déficit aceitável. O risco anual é obtido pela relação entre a quantidade de séries sintéticas que ocasionam déficit e o número de séries - em média 2000 – sintetizadas (Eletrobras, plano 2015) ����������������������Quadro 1.5.01 - Fluxograma do Estudo de Inventário Hidrelétrico de Bacias Hidrográficas � HIDROMETEORO LOGIA SEDIMENTOLOGIA RELATÓRIO GERENCIAL PROGRAMA DE TRABALHOS A EXECUTAR IDENTIFICAÇÃO PRELIMINAR DE ALTERNATIVAS E ESTIMATIVA DO POTENCIAL ENERGÉTICO RECONHECIMENTO�DE CAMPO IDENTIFICAÇÃO DE LOCAIS BARRÁVEIS OUTROS USOS DA ÁGUA MEIO AMBIENTE GEOLOGIA�GEOTECNIA CARTOGRAFIA COLETA E ANALISE DE DADOS DISPONÍVEIS PLANEJAMENTO DOS ESTUDOS ���������Quadro 1.5.01 - Fluxograma do Estudo de Inventário Hidrelétrico de Bacias Hidrográficas ������������������������ OUTROS USOS DA ÁGUA MEIO AMBIENTE GEOLOGIA E GEOTECNIA CARTOGRAFIA HIDROMETEO-ROLOGIA SEDIMENTOLOGIA AVALIAÇÃO DOS IMPACTOS AMBIENTAIS POR APROVEITAMENTO ESTUDOS ENERGÉTICOS FICHA TÉCNICA DOS APROVEITAMENTOS IDENTIFICAÇÃO DE ALTERNATIVAS DE DIVISÃO DIAGNÓSTICO AMBIENTAL SELEÇÃO DAS ALTERNATIVAS ÍNDICE CUSTO BENEFICIO ÍNDICE AMBIENTAL CONCEPÇÃO DOS ARRANJOS DIMENSIONAMENTO E ESTIMATIVA DE CUSTOS LEVANTAMENTO
