PEA - 2420 : Produ

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PEA - 2420 Produção de Energia Elétrica
Edição 2012
Programa da Disciplina
Profs Drs Dorel Soares Ramos e José Aquiles
Baesso Grimoni Sala de Aulas B2-10 Aulas 3as
feiras 1400 às 1550 h e 6as feiras 1550 às
1740h Emails dorelram_at_pea.usp.br e
aquiles_at_pea.usp.br
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PEA - 2420 Produção de Energia Elétrica
Edição 2012
Programa da Disciplina
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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

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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.
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Classificação das fontes de energia elétrica

• Convencionais e não-convencionais
• (alternativas)
• Renováveis e não-renováveis

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Potencial Hidrelétrico
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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.v2
• Obs 1/2 m.v2 em geral pode ser desprezada pois
  v é muita pequena

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Função de Produção
Troca-se m/seg por Q (vazão)
m3/s
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
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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
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Prioridades de Enchimento e Deplecionamento
P g.(? H . ?T . ?G) Q . H
U1
U2
Exemplo P9,81x(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)
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ASPECTOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Postos de medição existentes em diversos locais
das bacias hidrográficas recebem o nome de posto
fluviométrico
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CONCEITO DE TRANSPOSIÇÃO
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Fluviograma representa o comportamento da vazão
em uma seção reta (local) do rio ao longo do tempo
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
24
Assegurada
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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.
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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.
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Curvas Cota x Área / Volume

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(No Transcript)
29
(No Transcript)
30
(No Transcript)
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Operação de Sistema Hidrelétrico
o i d é m L A R U T A N A I G R E N E
15000
ENERGIA SECUNDÁRIA
10000
ENERGIA FIRME HIDROELÉTRICA
5000
0
s ê m W M A D A N E Z A M R A A I G R E N E
15000
10000
5000
PERÍODO CRÍTICO
0
j
M
A
F
M
J
S
O
A
D
N
J
M
A
F
M
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O
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j
F
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M
S
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N
J
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J
J
M
A
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J
M
A
S
O
D
N
J
1º ano
2º
3º
4º
Fonte CANAMBRA 1964
SISTEMA HIDRÁULICO
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Operação de Sistema Hidrotérmico
15000
o i d é m L A R U T A N A I G R E N E
ENERGIA SECUNDÁRIA
CAPACIDADE TERMICA
TERMICA
10000
ENERGIA FIRME HIDROTÉRMICA
5000
ENERGIA FIRME HIDRELÉTRICA
0
s ê m W M A D A N E Z A M R A A I G R E N E
15000
10000
5000
PERÍODO CRÍTICO
0
M
F
O
A
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N
M
F
M
J
F
j
A
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S
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M
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J
N
J
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J
J
M
A
F
J
M
A
S
O
D
N
J
1º ano
2º
3º
4º
SISTEMA HIDROTÉRMICO
Fonte CANAMBRA 1964
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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
dágua ou com reservatório), com sua
regularização e com o tipo de uso que se fará da
vazão regularizada
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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

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Subsistemas Sul / Sudeste - Energia Armazenada
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Quadrilátero dos Grandes Reservatórios
37
Características dos Subsistemas

• 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.
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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
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Diagrama Geral de uma Hidrelétrica

(Distribuidor)
40
Principais Componentes
Comportas e grades
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Usina Hidrelétrica
Linhas de transmissão
Barragem
Conduto Forçado
Geradores
Turbinas
Seção Transversal de uma Usina Hidrelétrica Típica
42
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

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VERTEDOUROS OU EXTRAVASORES
Ilha Solteira
São necessários para descarregar as cheias e
evitar que a barragem seja danificada
Itaipú
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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 dágua permitir a retirada de
água do reservatório e proteger a entrada do
conduto de danos e obstruções.
45
CONDUTOS
Podem ser livres ou forçados
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CHAMINÉ DE EQUILÍBRIO PO CÂMARA DE DESCARGA
Função principal aliviar o excesso de pressões
causado pelo golpe de aríete
47
Configuração de uma Casa de Força
Ponte Rolante
Arranjo de eixo vertical
Canal de Fuga
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TURBINA DE ITAIPÚ
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TIPOS DE CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
Classificação

• Quanto ao uso das vazões naturais
• À potência
• À forma de captação de água
• Função no sistema

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Tipos de Centrais Hidrelétricas

• Quanto ao uso das vazões naturais
• Centrais a fio dágua
• Centrais de acumulação
• Centrais reversíveis

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Central a Fio dágua
Tem uma capacidade de armazenamento muito pequena
e, em geral, dispõe somente da vazão natural do
curso dágua
52
Central de Acumulação
53
Central Reversível
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Tipos de Centrais Hidrelétricas

• Quanto à potência
• micro P lt 100 kW
• mini 100 lt P lt 1.000 kW
• pequenas 1.000 lt P lt 30.000 kW
• médias 30.000 lt P lt 150.000 kW
• grandes P gt 150.000 kW

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Tipos de Centrais Hidrelétricas

• Quanto à altura de queda dágua
• baixíssima H lt 10 metros
• baixa 10 lt H lt 50 metros
• média 50 lt H lt 250 metros
• alta H lt 250 metros

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Tipos de Centrais Hidrelétricas

• Quanto à forma de captação da água
• leito de rio ou de barramento
• desvio ou em derivação

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(No Transcript)
58
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