Tema_2_2012h

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UFRJ 
1 
Tema 2: Mercado de 
energia elétrica 
Heloisa Teixeira Firmo 
hfirmo@poli.ufrj.br 
 
2562-7991 
25000
30000
35000
40000
45000
50000
55000
00:00 02:30 05:00 07:30 10:00 12:30 15:00 17:30 20:00 22:30
D ia T íp ico
D ia 2 6 / 0 6 B rasil x Turquia
D ia 17/ 0 6 B rasil x B elg ica
MW
Hora
Início do jogo
Início do 2º tempo
Término do jogo
Término do 1º tempo
Rampa de 7.305 MW 
em 18 min
Rampa de 3.207 MW
em 09 min
Qua. 
Qua. 
Curvas de carga jogos do Brasil X Turquia e Brasil X Bélgica 
UFRJ 
4 
Mercado(demanda): 
potência e energia 
UFRJ 
5 
Mercado Consumidor de energia elétrica 
1 - Tipos de consumidores. 
2 - Características básicas dos mercados. 
3 - Parâmetros quantificadores do mercado. 
4 - Curva representativa. 
5 - Mercados interligados. 
6 - Projeção da demanda. 
Mercado (demanda) de energia elétrica 
UFRJ 
6 
1 - Tipos de consumidores. 
 
Residenciais, casas; 
Comerciais – lojas (horário comercial de funcionamento – 
varia conforme o consumidor); 
Públicos – prédios públicos, iluminação nas ruas; 
Cada tipo de consumidor tem um comportamento, um 
perfil de consumo. A maneira como se comportam defina 
as características básicas do mercado; 
Indústrias; 
 
Mercado (demanda) de energia elétrica 
UFRJ 
7 
1 - Tipos de consumidores. 
 
Indústrias – o ideal seria funcionar 24 horas por dia. O 
consumidor industrial precisa de energia 24 h/dia no 
máximo de suas máquinas, a não ser que haja ociosidade. 
Indústria de alumínio - 80% do alumínio é energia 
elétrica; 
Indústria de eletrointensivos – têm incentivos fiscais 
do governo porque têm altíssimo consumo energético. 
Como são grandes empresas, pagam bem suas contas, 
são empresas boas para terem concessões. 
Mercado (demanda) de energia elétrica 
UFRJ 
8 
1 - Tipos de consumidores. 
 
Ex: Volta Redonda – na década de 40, Getulio fez uma 
das maiores siderúrgicas do mundo, a CSN. Aquela 
cidade, antes residencial e comercial, passou a ter 
altíssimo consumo de energia. As características 
básicas de consumo de Volta Redonda foram alteradas. 
Mercado (demanda) de energia elétrica 
UFRJ 
10 
Mercado Consumidor de energia elétrica 
1 - Tipos de consumidores. 
2 - Características básicas dos mercados. 
3 - Parâmetros quantificadores do mercado. 
4 - Curva representativa. 
5 - Mercados interligados. 
6 - Projeção da demanda. 
Mercado (demanda) de energia elétrica 
UFRJ 
11 
Mercado Consumidor de energia elétrica 
2 - Características básicas dos mercados 
Quantificando a demanda, podemos quantificar a 
oferta. 
“Mercado estruturado pela demanda “ → energia 
elétrica . A concessionária tem que fornecer a energia 
para o consumidor. Não se aceitam falhas. A presença 
da energia elétrica aumenta a qualidade de vida das 
pessoas, permite a chegada da informação aos 
lugares. 
Mercado (demanda) de energia elétrica 
UFRJ 
12 
Mercado Consumidor de energia elétrica 
2 - Características básicas dos mercados 
 
Demanda: potência média requerida no consumo de 
energia durante uma hora. 
 
Demanda máxima – maior demanda do dia. 
 
Demanda média – demanda média no dia. 
Mercado (demanda) de energia elétrica 
UFRJ 
13 
Mercado Consumidor de energia elétrica 
1 - Tipos de consumidores. 
2 - Características básicas dos mercados. 
3 - Parâmetros quantificadores do mercado. 
4 - Curva representativa. 
5 - Mercados interligados. 
6 - Projeção da demanda. 
Mercado (demanda) de energia elétrica 
UFRJ 
14 
Mercado Consumidor de energia elétrica 
3 - Parâmetros quantificadores do mercado. 
 
Fator de carga = demanda média 0,55 no Sudeste 
 Demanda máxima 
 
Mercado (demanda) de energia elétrica 
http://www.maxwell.lambda.ele.puc-rio.br/18618/18618_5.PDF 
15 http://www.maxwell.lambda.ele.puc-rio.br/18618/18618_5.PDF 
UFRJ 
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Mercado (demanda) de energia elétrica 
http://www.maxwell.lambda.ele.puc-rio.br/18618/18618_5.PDF 
UFRJ 
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Mercado (demanda) de energia elétrica 
http://www.maxwell.lambda.ele.puc-rio.br/18618/18618_5.PDF 
UFRJ 
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Mercado (demanda) de energia elétrica 
http://www.maxwell.lambda.ele.puc-rio.br/18618/18618_5.PDF 
UFRJ 
19 
Mercado Consumidor de energia elétrica 
4 - Curva representativa. 
Curva de carga diária (pode ser mensal) 
Mercado (demanda) de energia elétrica 
Qua. 
Curva de carga : residencial e industrial. 
Horário de verão 2008/2009. 
Fonte: http://www.ons.org.br/download/sala_imprensa/ONS_NT-016-2009.pdf 
Fonte: http://www.ons.org.br/download/sala_imprensa/Boletim%20Especial%20-%2020120217.pdf 
UFRJ 
24 
Heloisa Teixeira Firmo 
hfirmo@poli.ufrj.br 
2562-7991 
 
Tema 2 – Mercado de energia 
elétrica – Oferta: UHE´s 
Reservatórios 
25 
 
 
26 
 
 
UFRJ 
27 
Sumário 
1. Bibliografia. 
2. Tipos de aproveitamentos hidrelétricos. 
3. Características de uma usina hidrelétrica. 
4. Cálculo do volume de um reservatório. 
5. Critérios básicos de arranjos. 
 
UFRJ 
28 
1. Bibliografia 
 
INTERNET Site da Eletrobras, do MME, do ONS, 
ABRH etc 
Usinas Hidrelétricas, Gerhard P. Schreiber 
Manuais ELB (Inventário, PCH, Viabilidade) site Eletrobras 
 
 
 
UFRJ 
29 
2. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
 
Quanto à sua principal utilização em termos da 
curva de carga: 
 
 UHE de base: quando ela é acionada para atender 
à demanda na base da curva de carga. 
 UHE de ponta: quando ela é acionada para 
atender à demanda na ponta da curva de carga 
 
 
 
 
 
 
 
UFRJ 
30 
2. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
 Quanto à capacidade de regularização do 
reservatório: 
 UHE a fio d´água: quando as vazões de estiagem 
do rio são iguais ou maiores que a descarga 
necessária à potência a ser instalada para atender 
à demanda máxima prevista. 
A usina a fio d'água, não possui reservatório com 
dimensões que lhe permitam grandes 
regularizações, porém ela pode fazer 
regularizações em nível horário e diário. 
 
 
 
 
 
 
UFRJ 
31 
2. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
 
Quanto à capacidade de regularização do 
reservatório: 
 UHE com regularização: quando as vazões de 
estiagem do rio são inferiores à necessária para 
fornecer a potência para suprir a demanda máxima 
do mercado consumidor e ocorrem com risco 
superior ao adotado no projeto. Regularização de 
reservatórios pode ser semanal, mensal, 
semestral, anual, plurianual, etc. 
 
. 
 
 
 
 
 
 
UFRJ 
32 
2. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
 
Quanto à capacidade de regularização (potência, 
vazão, queda) do reservatório: 
 UHE com regularização: 
Regularização de reservatórios pode ser: 
 semanal; 
 mensal; 
 semestral; 
 anual; 
 plurianual, etc. 
 
. 
 
 
 
 
 
 
UFRJ 
33 
2. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
 
Quanto à capacidade de regularização (potência, vazão, 
queda) do reservatório: 
Da regularização para vazão constante resulta, muitas 
vezes, produção total maior que a alcançada pela 
regularização a potência constante. Porém , a produção é 
inconstante e a potência disponível cai em muitas regiões 
do país, principalmente em épocas de secas, quando em 
geral a demanda é maior, de modo que a geração garantida 
é menor e a produção ocasional, gerada principalmente no 
tempo das enchentes, com reservatório cheio, tem valor 
muito menor, mesmo que possa ser vendida. 
 
34 http://www.ons.org.br/download/biblioteca_virtual/palestras/2009_04_
02_COPPEAD.pdf 
35 http://www.ons.org.br/download/biblioteca_virtual/palestras/2009_04_
02_COPPEAD.pdf 
UFRJ 
36 
MWmed: Megawatt médio - 1 MWmed = 8.760 MWh/ano (energia média 
no intervalo de tempo considerado) 
MWmês: Megawatt mês - 1 MWmed = 720 MWh/mês (medida de 
armazenamento) 
 
 
 
MW Médio = Megawatt Médio = ∑ cargas de demanda de energia em 
determinado tempo / correspondente período de tempo (carga de 
energia) (relatórioanual de sustentabilidade, 2009, Eletrobras) 
http://www.ons.org.br/download/biblioteca_virtual/publicaco
es/dados_relevantes_2009/09-Siglas-e-Unidades-de-
Medidas-Utilizadas.html 
37 http://www.ons.org.br/download/biblioteca_virtual/palestras/2009_04_
02_COPPEAD.pdf 
38 http://www.ons.org.br/download/biblioteca_virtual/palestras/2009_04_
02_COPPEAD.pdf 
UFRJ 
39 http://www.ons.org.br/download/biblioteca_virtual/palestras/2009_04_
02_COPPEAD.pdf 
UFRJ 
Ertan
Tarbela
Nam Ngum
Akosombo/Volta
Bakun
Grand Coulee
Kedung Ombo
Cabora Bassa
Victoria
Ataturk
Tehri
Aswan High
Yacyreta
Ghazi Barotha
Pak Mun
Narmada Sagar
Kainji
Khao Laen
Three Gorges
Nam Theun 2
Mangla
Kopienga
Belo Monte
Complexo Madeira
Balbina
Sobradinho
Ilha Solteira
Tucurui
Itaipu
0,1
1
10
100
1000
1 10 100 1000
ha/MW
As
se
nt
ad
os
/M
W
Internacional
Nacional
Interferências Socioambientais 
Adaptado do Banco Mundial 
Fonte: Palestras Decio Michellis, 2011. 
UFRJ 
fonte: ONS 
134 % 
30 % 
UFRJ 
1. Drástica redução da capacidade de armazenamento dos reservatórios 
das novas hidrelétricas; 
2. Redução de área inundada sem redução da potência a ser instalada; 
3. Destroem a vantagem comparativa das usinas hidrelétricas; 
4. O equilíbrio do mercado interno de energia se dará contratando 
majoritariamente usinas térmicas convencionais mais caras e 
carbonizando a matriz elétrica; 
5. Freio à competitividade da cadeia produtiva nacional. Contribui para a 
exportação de investimentos, empregos e aumento das importações de 
insumos intermediários (não ferrosos, aço, celulose, químicos e 
petroquímicos, abrasivos, refratários, fertilizantes e capazes de hoje 
assumir a inserção do Brasil numa era pós-industrial); 
6. Necessidade de construção usinas adicionais – hidrelétricas ou 
térmicas – custos mais altos, tarifas ainda mais elevadas E MENOR 
EFICIÊNCIA AMBIENTAL GLOBAL. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Desvantagens Potenciais – Fio d’água. 
Fonte: Palestras Decio Michellis, 2011. 
UFRJ 
Vazões Ambientais 
(1) Vazão mínima em cada mês (necessária para não reduzir o tamanho do habitat); 
(2) Máxima vazão durante a estiagem (necessária para interromper a ligação entre a lagoa A e o 
trecho de rio B e para secar área inundável E no trecho de rio F, ou expor os bancos de areia); 
(3) Mínima vazão de cheia (necessária para estabelecer ligação entre o trecho de rio C e a lagoa 
D, reconhecido berçário da espécie X); 
(4) Pequenas cheias no início do verão sincronizadas com os eventos chuvosos. 
Lagoa (A) Trecho de rio (B) 
Fonte: Palestras Decio Michellis, 2011. 
UFRJ 
1. Fluxos ambientais adequados (vazão ambiental - hidrograma ecológico 
prescrito ); 
2. Redução de poluição; 
3. Controle de atividades fluviais tais como a pesca e recreação; 
4. Manutenção e recuperação de áreas de preservação permanente (faixa 
de proteção e matas de galeria) lindeiras ao reservatório e em toda bacia 
incremental à montante e à jusante; 
5. Estabelecimento de objetivos ecológicos específicos (considerando 
toda a interferência antrópica na bacia hidrográfica e não apenas da UHE); 
6. O enfoque em fluxos ambientais desenquadrados dificilmente trará 
bons resultados e pode até alienar as comunidades; 
7. Algumas necessidades de vazão dos ecossistemas não serão 
atendidas; 
8. Incompatibilidades entre usos humanos e o hidrograma ecológico 
prescrito podem ser bastante diferentes ao longo dos trechos do rio ou da 
bacia e ao longo do tempo 
 
 
 
 
Sistema Fluvial Salubre 
Fonte: Palestras Decio Michellis 
UFRJ 
1. Geração de energia durante a estiagem (uso humano) x vazões baixas 
durante a estiagem (hidrograma ecológico); 
2. Atenuação de grandes cheias para evitar inundações em cidades (uso 
humano) x cheias para inundar planícies e conectar lagos marginais 
(hidrograma ecológico); 
3. Atenuação de pequenas cheias no início do período úmido para recuperar o 
armazenamento em reservatórios (uso humano) x necessidade de pequenas 
cheias que atuam como gatilhos para disparar processos ecológicos como a 
migração (hidrograma ecológico); 
4. Retirada de água durante a estiagem para irrigação (uso humano) x 
necessidade de água no rio durante a estiagem (hidrograma ecológico); 
5. Flutuações de alta frequência na vazão turbinada de uma usina para atender 
demanda de pico (uso humano) x necessidade de estabilidade da vazão (uso 
ecológico); 
6. Necessidade de níveis (e vazões) altos durante a estiagem para a navegação 
(uso humano) x vazões baixas durante a estiagem (hidrograma ecológico); 
 
 
 
 
 
 
Vazões Ambientais - Conflitos 
Fonte: Palestras Decio Michellis, 2011. 
UFRJ 
7. Necessidade de liberar vazões para criar volume de espera em reservatórios 
de uso múltiplo x vazões baixas durante a estiagem (hidrograma ecológico). 
8. Os vários usos de recursos fluviais em competição são feitos à custa de 
outros usuários e ecossistemas aquáticos a jusante. 
9. Conciliar as necessidades aquáticas com outros usos de água significará 
frequentemente decidir quais dos usuários terão que ceder para priorizar as 
necessidades desses ecossistemas. 
10. Significa a renúncia a benefícios líquidos relativos à geração de energia. Os 
ecossistemas aquáticos a jusante e os usuários de água arcarão com os custos 
associados a essas escolhas. 
11. O ambiente pode não receber todos os seus requerimentos ecológicos 
aquáticos e os usuários de água podem precisar fazer mudanças onerosas 
em seus hábitos, por exemplo, melhorar a eficiência aquática. 
12. Quando se manipula o fluxo regulado para fornecer fluxos ambientais, haverá 
inevitavelmente custos tanto para os usuários outorgados como os não-
usuários. 
 
 
 
 
 
Vazões Ambientais - Conflitos 
Fonte: Palestras Decio Michellis, 2011. 
UFRJ 
1. Perda de receita que gera uma perda adicional de rentabilidade e 
déficit operacional de caixa exigindo maior aporte de capital 
próprio para fazer frente ao serviço da dívida a serem financiados por 
empréstimos de curto prazo. 
2. O tempo de retorno sobre o capital dos investidores é dilatado; 
3. Indisponibilidade da energia contratada e sobrecusto de 
recontratação de fornecimento da energia não produzida; 
4. Os investidores podem incorrer em rentabilidade abaixo do seu 
custo de capital. 
5. Os empreendedores interessados em participar da expansão da 
infraestrutura serão obrigados a aumentar sua remuneração (spread 
de risco) para fazer frente ao acréscimo de risco devido às restrições 
impostas, podendo causar o efeito inverso àquele vinculado por força 
de lei ao agente regulatório, qual seja, a busca de modicidade 
tarifária. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Alteração nas regras operativas de 
deplecionamento dos reservatórios 
Fonte: Palestras Decio Michellis, 2011. 
UFRJ 
Fonte: Palestras Decio Michellis , 2011. 
UFRJ 
0
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
jan
/95 jul/
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/96 jul/
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/97 jul/
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/04 jul/
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/05 jul/
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/07 jul/
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/08 jul/
08
jan
/09
Meses
MW
mé
dio
s
Geração Hidrelétrica Geração Termelétrica Mercado
Fonte do gráfico: FMASE 
Complementaridade térmica e a 
carbonização da matriz elétrica 
 Fontes ALTERNATIVAS RENOVÁVEIS não são 
"despacháveis“ 
 "Podemos fingir o quanto quisermos, mas, cedo ou tarde, 
a conta sempre chega". Alexandre Schwartsman 
Fonte: Palestras Decio Michellis , 2011. 
UFRJ 
1. Criar mais valor com menos impacto ambiental por meio do conceito de 
ecoeficiência, reduzindo o consumo de recursos naturais (renováveis ou não) e 
o impacto sobre a natureza; 
2. Avaliação de impactos sinérgicos e cumulativos da hidreletricidade na matriz 
elétrica, na definição de uso da terra e nas prioridades ambientais, assim como 
objetivospara redução da pobreza e crescimento econômico; 
3. Definição e defesa sobre quais custos sociais devem ser arcados pelos 
empreendedores e quais devem ser de responsabilidade do governo (déficits de 
investimentos públicos); 
4. Explicitar o papel da hidreletricidade (com reservação) no desenvolvimento de 
fontes renováveis de energia: fornecer um produto flexível e confiável que suporta 
outros sistemas menos flexíveis na matriz elétrica; 
5. Reservatórios com regularização (abandono das UHEs a fio d´água) como 
“seguro” às mudanças climáticas (aumento do intemperismo e ocorrências de 
eventos críticos) para amortecer frentes de cheia e estocagem para as secas (menor 
despacho de termelétricas); 
6. Obs: opinião compartilhada por diversos profissionais, inclusive Jerson Kelman 
(UFRJ, 2011). 
Fatores de competitividade socioambiental 
das hidrelétricas 
Fonte: Palestras Decio Michellis, 2011. 
UFRJ 
52 
2. Tipos de usinas hidrelétricas. 
 
Quanto ao modo de criar o desnível: 
 - usina de represamento: a barragem represa o rio 
efetuando a concentração do desnível e a casa de força se 
encontra diretamente ao pé da barragem; 
 - usina de desvio: da barragem sai um canal aberto, ou 
um túnel adutor ou uma tubulação, que conduz a água à 
chaminé de equilíbrio e desta às turbinas, na casa de 
força, por tubulações forçadas ou por túnel forçado; 
 - usina de derivação: a barragem represa um rio e a 
água é conduzida por um canal ou túnel para a encosta ou 
vale de outro rio, onde são construídos a chaminé de 
equilíbrio, a tubulação forçada e a casa de força. 
UFRJ 
53 
2. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
 Usina de represamento: a barragem represa o rio efetuando 
a concentração do desnível e a casa de força se encontra 
diretamente ao pé da barragem. 
 
 
 
 
 
 
Aproveitamento com tomada d’água e casa de força integrados na mesma estrutura (UHE 
Esperança) . Fonte: Manual inventário, Eletrobras. 
UFRJ 
54 
2. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
 
Usina de represamento: o arranjo das usinas de 
represamento depende da altura da barragem e da 
topografia local. Usinas com baixa queda, inferior a 20 m, 
antes raras no Brasil, agora mais frequentes. O 
represamento não aumenta muito a seção transversal do rio 
e, por isso, durante as enchentes, a velocidade da água é 
relativamente grande, provocando trubilhonamento. 
Exemplo: UHEs Canoas I e II pois foram as primeiras, no 
Brasil, a utilizar turbinas do tipo bulbo, próprias para baixas 
quedas (ambas possuem quedas no entorno de 15 m). 
 
 
 
 
UFRJ 
55 
2. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
 
Exemplo: UHE Porto Colômbia (desenhar no quadro: vert. TA, 
muro de transição, flexão no eixo para evitar vórtices e 
evitar diminuição na energia gerada). 
Foi construída para aproveitar o alto grau de regularização 
de descargas, promovido pelo reservatório da Usina de 
Furnas. A usina de Porto Colômbia é a única hidrelétrica de 
baixa queda no Sistema FURNAS, aproximadamente 20m, um 
tipo raro no Brasil. 
 
 
 
 
 
 
UHE Porto Colombia 320 MW 
http://www.furnas.com.br/ 
UHE Porto Colombia 320 MW 
http://www.polmil.sp.gov.br/unidades/cpfm/hidreletrica_colomb
ia.htm 
UFRJ 
58 
2. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
 
Usina de desvio: da barragem sai um canal aberto, 
ou um túnel adutor, ou uma tubulação, que conduz a 
água à chaminé de equilíbrio (ou não) e desta às 
turbinas, na casa de força, por tubulações 
forçadas ou por túnel forçado. 
 
 
 
 
 
 
UFRJ 
59 
. 
 
 
Exemplo: Aproveitamento Hidrelétrico de Ponte 
de Pedra explora uma 
•queda líquida de projeto de 243,25 m ; 
•vazão de projeto de 80,7 m3/s do rio Correntes; 
•potência instalada final de 176,1 MW 
 
Situa-se no rio Correntes, divisa entre os estados 
de Mato Grosso e Mato Grosso do Sul. 
2. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
UFRJ 
60 
. 
 
 
Exemplo: Aproveitamento Hidrelétrico de Ponte 
de Pedra O eixo do barramento está localizado a 
cerca de 8,0 km a noroeste da sede municipal de 
Sonora, a aproximadamente 1,0 km a montante do 
local denominado “Sumidouro”, onde o rio 
Correntes desaparece completamente, passando a 
constituir-se em um rio subterrâneo que volta a 
surgir na superfície do terreno a cerca de 330,0 
m a jusante . 
 
 
2. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
. 
 
 
http://www.ppesa.com.br/oprojeto.htm 
UFRJ 
62 
. 
 
 
http://www.quata.com.br/ 
. 
 
 
 
 Contendo as fissuras 
Nesta foto a 1400 metros de profundidade, a tubulação de ar esta fechada (o ventilador que 
manda ar para dentro do túnel parou inesperadamente) e os trabalhadores foram retirados 
imediatamente, 
UFRJ 
64 
. 
 
 
. 
 
 
. 
 
 
UFRJ 
67 
. 
 
 
UFRJ 
68 
. 
 
 
UFRJ 
69 
. 
 
 
UFRJ 
70 
. 
 
 
. 
 
 
UFRJ 
72 
2. Tipos de aproveitamentos 
hidrelétricos. 
 
Usina de derivação: a barragem represa um rio e a 
água é conduzida por um canal ou túnel para a 
encosta do vale de outro rio, onde são construídos a 
chaminé de equilíbrio, a tubulação forçada e a casa 
de força. 
 
Exemplo: http://wikimapia.org/1008670/pt/Usina-hidrelétrica-Derivação-
do-Rio-Jordão 
 
 
 
 
 
 
73 
http://www.ppgcc.ufpr.br/dissertacoes/d0111.pdf 
UFRJ 
74 
3. Características de uma UHE. 
 
Estudos energéticos: viabilidade econômica de uma 
UHE – despesas anuais com juros do capital 
investido, custo da operação , manutenção e 
encargos administrativos 
 X 
 
Renda proporcionada com a venda da energia 
 
Potência = cte * H * Q (estudos hidrológicos, 
otimização projeto, equipamentos etc) 
 
 
 
 
 
 
UFRJ 
75 
3. Características de uma UHE. 
 
Potência instalada – somas das potências dos 
geradores, máxima potência gerada na UHE. 
 
Potência firme correspondente a 95 % de 
permanência ; garantida 95% do tempo (risco de 
déficit 5%). 
 
 
 
 
 
 
 
UFRJ 
76 
3. Características de uma UHE. 
 
Antes de construir, estima-se 
Fator de capacidade = potência firme 
 Potência instalada 
 
Com a UHE em operação: 
Fator de capacidade= potência média anual gerada 
 Potência instalada 
 
 
Fator de reserva = potência instalada UHE 
 Demanda máxima mercado 
 
 
 
UFRJ 
77 
3. Características de uma UHE. 
 
UHE de base: trabalha em geral, 
ininterruptamente. Exemplo: nucleares, 
hidrelétricas a fio d’água (Santo Antonio e Jirau, 
no rio Madeira). 
 
 UHE de ponta: garante nos horários de ponta . 
Por exemplo, termelétricas a gás e hidrelétricas 
com grandes reservatórios. 
 
 
 
 
 
 
UFRJ 
78 
3. Características de uma UHE. 
 
A seguir, serão apresentados alguns gráficos dos 
tipos de usinas versus potências disponíveis e 
demandas para um mercado isolado. 
 
 
 
 
 
 
UHE a Fio d´água Dmáx <= P mín
0
50
100
150
200
250
300
350
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
% tempo
Po
tê
nc
ia
Potência
Dmáx FA
p mín
UHE com regul. Dmax < Pmed
0
50
100
150
200
250
300
350
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
% tempo
Po
tên
cia
 (M
W)
Potência Dmáx
P med p mín
UHE com regul. Máx. Dmáx = P méd
0
50
100
150
200
250
300
350
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Potência Dmáx
P med p mín
UHE com máx regul. e complementação 
por outra fonte de energia (Dmáx > Pméd)
0
50
100
150
200
250
300
350
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
% tempo
Po
tên
cia
 (M
W)
Potência
Dmáx 
P med
p mín
UFRJ 
83 
4. Cálculo do volume 
de um reservatório. 
 
Se apenas para geração hidrelétrica: 
Barragem e cálculo do volume útil (Rippl , vazão 
máxima regularizável). 
UFRJ 
84 
4. Cálculo do volume 
de um reservatório. 
 
Dimensionar o volume dos reservatórios de com finalidades 
múltiplas 
•Abastecimento urbano e agrícola•controle de nível d’água e cheias 
•geração hidrelétrica 
•recreação e lazer 
•piscicultura e aquicultura 
•navegação 
UFRJ 
85 
Volume Morto 
Altura para evitar 
arraste de 
sedimentos na 
tomada d’água 
Submergência mínima da tomada d’agua 
Volume útil de 
regularização 
Compensação de perdas 
Controle de cheias (espera) 
Amortecimento de cheias 
Ondas, recalque e etc 
4. Cálculo do volume 
de um reservatório. 
 
UFRJ 
86 
•Métodos Simplificados - diagramas de massa (Rippl) 
 
•Métodos de Otimização (programação linear e 
dinâmica) 
 
•Métodos de Simulação 
 
4. Cálculo do volume 
de um reservatório. 
 
D
ia
g
ra
m
a
 d
e 
M
a
ss
a
s 
0
1 0 0 0 0
2 0 0 0 0
3 0 0 0 0
4 0 0 0 0
5 0 0 0 0
6 0 0 0 0
7 0 0 0 0
8 0 0 0 0
9 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0
1
9
7
0
1
9
8
0
1
9
9
0
2
0
0
0
A n o
V
o
lu
m
e
 (
h
m
³)
Q m e d = 1 2 6 3 9 m ³/s
UFRJ 
88 
Métodos de Simulação 
tttttt LEDQZZ 1
Balanço 
Hídrico 
P = Probabilidade de Falha 
4. Cálculo do volume 
de um reservatório. 
 
UFRJ 
89 
Série História de Vazões 
Afluentes 
0
50
100
150
200
250
300
350
400
1970 1980 1990 2000
An o
Q
 m
³/s
UFRJ 
90 
Método da Otimização 
•Maximizar a Função F=Qf 
 
•sujeito às restrições: Qf<Qdem 
 Vres>Vmin 
•Equação do balanço de massa: 
Vi+1=Vi-(Qaf-Qf).t 
4. Cálculo do volume 
de um reservatório. 
 
UFRJ 
91 
Perdas por Evaporação 
Evaporímetros  medição direta 
Transferência de massa 
Equações empíricas 
Balanço hídrico 
4. Cálculo do volume 
de um reservatório. 
 
UFRJ 
92 
Volume Morto 
O reservatório funciona como bacia de detenção de 
sedimentos 
 
As águas saem claras do reservatório 
4. Cálculo do volume 
de um reservatório. 
 
UFRJ 
93 
Tipos de depósito no reservatório 
Depósito de remanso 
Delta - depósito de margem – depósito de leito 
Depósito de várzea ou planície de inundação 
 
4. Cálculo do volume 
de um reservatório. 
 
Exemplos de depósitos 
UFRJ 
95 
Volume de Controle de Cheias 
Volume de Espera (conflito com geração e abastecimento) 
 
 
Volume de Amortecimento de Cheias (routing) 
4. Cálculo do volume 
de um reservatório. 
 
UFRJ 
96 
Rounting de Reservatórios 
Admite reservatório horizontal 
Translação instantânea da onda de cheia 
Equação da Continuidade 
 
 
 V V Qe Qs ti i   1 *
4. Cálculo do volume 
de um reservatório. 
 
Resultados 
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00
Tempo (h)
Va
zã
o 
(m
³/s
)
733.00
735.00
737.00
739.00
741.00
743.00
745.00
747.00
749.00
751.00
Qa (m³/s)
Qe (m³/s)
NA (m)
UFRJ 
98 
Otimização do Volume de Espera 
Geração x Controle de Cheia 
UFRJ 
99 
 4. Cálculo do volume de um reservatório: 
questões ambientais. 
 
http://www.amazonia.org.br/arquivos/26382.doc 
UFRJ 
100 
5. Critérios básicos de arranjos. 
Manual de inventário. 
 
Critérios básicos para arranjos: 
Nos vales mediamente encaixados, onde a relação entre o 
comprimento da crista do barramento e sua altura máxima 
for menor do que 10 e onde a rocha de fundação estiver 
próxima da superfície, a solução preferencial deve 
corresponder à barragem de terra ou enrocamento com o 
vertedouro e tomada de água encaixados nas ombreiras, 
adjacentes à barragem . 
 
 
10
H
L
Ensecadeira
Túnel de
desvio
Vertedouro
Barragem
Casa de força
Tomada
de água
Arranjo típico em vale medianamente encaixado: UHE Foz do Areia. 
Fonte: Manual Inventário ELB. 
UFRJ 
102 
Critérios básicos para arranjos: 
Nos vales menos encaixados: 
 o vertedouro e o circuito de geração devem ser 
implantados adjacentes um ao outro, concentrando as 
obras de concreto junto a uma das ombreiras. 
 o desvio, normalmente, é feito por adufas na 
estrutura do vertedouro, após uma primeira fase realizada 
mediante uma constrição do leito do rio. 
 o fechamento do vale é então completado por 
barragens de terra ou enrocamento, conforme a 
disponibilidade de materiais de construção, em um ou ambos 
os lados das estruturas de concreto. 
 
 
5. Critérios básicos de arranjos. 
Manual de inventário. 
 
Casa de Força
Barragem
Vertedouro
Canal de fuga
Eclusa
Barragem
Arranjo típico em vale aberto (UHE Tucuruí) 
Fonte: Manual Inventário ELB. 
 
UFRJ 
104 
Critérios básicos para arranjos: 
Nos vales estreitos em que, por razões topográficas ou 
geológicas, não for possível encaixar as estruturas do 
circuito de geração e do vertedouro nas ombreiras, ou então 
nos casos em que as obras da usina e do vertedouro abranjam 
mais de 80% da largura do vale na cota da crista do 
barramento, o fechamento deve ser completado com 
barragem de concreto tipo gravidade. 
Nos casos de vales muito encaixados, o desvio pode ser 
feito por meio de túneis e, numa segunda etapa, através do 
vertedouro, por meio de adufas. 
 
 
5. Critérios básicos de arranjos. 
Manual de inventário. 
 
Barragem 
Tomada de água 
Vertedouro 
Casa de 
força 
Arranjo típico em vale estreito: UHE Yoshida. 
Fonte: Manual Inventário ELB. 
UFRJ 
106 
Critérios básicos para arranjos: 
Os vertedouros devem ser, sempre que possível, de 
superfície, preferencialmente controlados por comportas 
tipo segmento. 
Normalmente, não devem ser considerados vertedouros de 
emergência no inventário — tipo fusível ou outros — visando 
reduzir a capacidade requerida dos órgãos de descarga de 
cheia. 
A utilização de vertedouros de fundo somente deve ser 
considerada se condicionamentos de jusante requererem 
descargas em condições que não possam ser atendidas pelo 
descarregador de superfície. 
 
5. Critérios básicos de arranjos. 
Manual de inventário. 
 
UFRJ 
107 
Critérios básicos para arranjos: 
O conjunto adução, casa de força e canal de fuga deve 
ser definido procurando-se reduzir o comprimento do 
circuito hidráulico como um todo, minimizando o trecho 
sujeito às pressões mais altas. 
Se as características topográficas e geológicas indicarem a 
possibilidade de estruturas total ou parcialmente 
subterrâneas, esta solução deve ser cotejada 
economicamente com a solução a céu aberto . 
Considerar hipótese de transposição de águas para outro 
rio (usina de derivação). 
 
5. Critérios básicos de arranjos. 
Manual de inventário. 
 
UFRJ 
108 
Coleta e análise de dados: 
 Cartografia: imagens de satélites, radar, fotografias aéreas, mapas e 
plantas, apoio geodésico e topográfico; 
 Hidrometeorologia e Sedimentologia: séries de descargas diárias 
líquidas e sólidas e dados meteorológicos — precipitação, vento, insolação, 
temperatura, etc. — das estações já existentes na bacia, com dados 
confiáveis e período de registro suficientemente longo , verificar estudos 
anteriores; 
 Geologia e Geotecnia condições de fundação e materiais naturais de 
construção a serem utilizados nos estudos dos sítios dos barramentos; 
 Meio Ambiente; 
 Outros Usos da água: verificar a compatibilidade e atualidade dos 
planos setoriais e integrados disponíveis, visando a elaboração de cenários 
para a utilização da água na bacia 
 
5. Critérios básicos de arranjos. 
Manual de inventário. 
 
UFRJ 
109 
A seguir... 
 Circuito hidráulico de geração. 
 
Um circuito hidráulico de geração pode ser composto das 
seguintes estruturas: 
 canal /conduto de adução; 
 tomada d’água; 
 conduto adutor; 
 chaminé de equilíbrio; 
 conduto ou túnel forçado; 
 casa de força; e 
 canal ou túnel de fuga.