Geração de energia
elétrica
Capítulo 2
Centrais hidrelétricas
Lineu Belico dos Reis
Capítulo 2: Centrais hidrelétricas
•Geração hidrelétrica e os outros usos da água
• Aspectos básicos de hidrologia e regularização de vazões
• Tecnologias e características básicas
• Noções básicas de operação e integração ao sistema
• Aspectos ambientais
Capítulo 2: Centrais hidrelétricas
A geração hidrelétrica e a gestão da água:
• Inserção ambiental (EIA, Rima);
• Comitês de Bacias Hidrográficas;
• Agência Nacional de Águas.
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“A Política Nacional de Recursos Hídricos estabelece que:
• A gestão dos recursos hídricos deve sempre proporcionar o uso múltiplo das
águas;
• A bacia hidrográfica é a unidade territorial para implementação da Política
Nacional de Recursos Hídricos;
• A outorga de uso dos recursos hídricos deverá preservar o uso múltiplo destes”.
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•Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos (SNGRH), tem
como objetivos:
• Coordenar a gestão integrada das águas;
• Arbitrar administrativamente os conflitos relacionados com os recursos hídricos;
• Implementar a Política Nacional de Recursos Hídricos;
• Regular e controlar o uso, a preservação e a recuperação dos recursos
hídricos;
• Promover a cobrança pelo uso de recursos hídricos.
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Usos múltiplos da água
Entre os usos conflitantes dos reservatórios, podem-se destacar:
• Abastecimento de água;
• Irrigação;
• Recreação;
• Regularização de vazão mínima para controle da poluição;
• Navegação;
• Geração de energia elétrica.
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A outorga e cobrança dos usos da água
A outorga enfatiza:
• O controle pelo setor público;
• Gestão participativa e descentralizada;
• Gestão por bacia hidrográfica e gestão conjunta dos aspectos qualitativos e
quantitativos.
A cobrança pelo uso da água foi formalmente estabelecida no Brasil pela Lei nº
9.433/97.
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Aspectos básicos de hidrologia:
• Ciclo hidrológico;
• Conceito de bacia hidrográfica: área da superfície do solo capaz de coletar a
água das precipitações meteorológicas e conduzi-las ao curso d'água;
• Vazão em um curso d’água: o volume de água que passa em uma seção reta
do curso d´água na unidade de tempo. Essa variável, usualmente medida em
m3/s, em conjunto com a queda d’água disponível no local, determinará a
potência elétrica que pode ser obtida;
• Curva-chave: obtido o registro das vazões, é possível construir uma curva do
nível de água em função da vazão ou curva-chave;
Fluviograma;
• Curvas de duração ou persistência.
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Regularização de vazões: capacidade de um reservatório
Em muitos casos, pode ser conveniente que se armazene água de forma a
permitir o uso mais constante de uma vazão média d’água superior àquela
garantida apenas pelo comportamento natural do rio. Isso é feito através de
barragens de acumulação (e consequentes reservatórios).
Dois tipos de aproveitamentos podem ser desenvolvidos:
• Aproveitamentos denominados a fio d’ água, sem reservatórios, usando a
vazão primária do rio (vazão disponível, sem regularização, entre 90 e 100% do
tempo). A energia associada a essa vazão recebe o nome de energia primária;
•Aproveitamentos com regularização de vazão, nos quais se associa o nome de
energia firme àquela energia que pode ser garantida durante quase todo o
tempo. Para os aproveitamentos a fio d’ água, a energia firme coincide com a
energia primária.
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Determinação da capacidade de reservatórios pluviais:
• Regularização total;
• Regularização parcial.
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Geração hidrelétrica: esquemas, principais tipos e configurações
Em uma central hidrelétrica:
• A água aciona um conjunto turbina hidráulica – gerador elétrico para produção
de energia elétrica;
• A turbina hidráulica efetua a transformação da energia hidráulica em mecânica;
• O gerador elétrico tem seu rotor acionado por acoplamento mecânico com a
turbina e transforma energia mecânica em elétrica;
• Para controlar a potência elétrica do conjunto, são usados reguladores.
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Reguladores:
• De tensão, que controlam a tensão nos terminais do gerador, atuando na
tensão aplicada (e, portanto, na corrente) no enrolamento do rotor (enrolamento
de excitação);
• De velocidade, que controlam a frequência, através da variação de potência,
atuando na válvula de entrada de água da turbina.
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Principais componentes da central hidrelétrica:
• Barragens;
• Vertedouros;
• Comportas;
• Condutos;
• Chaminés de equilíbrio ou câmaras de descarga;
• Casas de força;
• Eclusas;
• Escadas e elevadores de peixes.
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Tipos de centrais hidrelétricas:
• Usina a fio d´agua;
• Usina com reservatório de acumulação;
• Usina reversível.
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Algumas formas de classificação das centrais hidrelétricas:
Quanto à potência:
• Micro P < 100 kW
• Mini 100 < P < 1.000 kW
• Pequenas 1.000 < p < 30.000 kW
• Médias 10.000 < P < 100.000 kW
• Grandes P ≥ 100.000 kW
Quanto à queda:
• Baixíssima H < 10 m
• Baixa 10 < H < 50 m
• Média 50 < H < 250 m
• Alta H < 250 m
Quanto à forma de captação de água:
• Desvio e em derivação;
• Leito de rio ou de represamento.
Quanto à função no sistema
• Operação na base (da curva de
carga);
• Operação flutuante;
• Operação na ponta (da curva de
carga).
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Maneiras básicas de melhorar a contribuição de centrais hidrelétricas em
sistemas de potência:
• Aumentar a potência de pico, ampliando a capacidade instalada em centrais já
existentes;
• Aumentar a produção total de energia, ampliando a vazão, por meio do
gerenciamento de recursos hídricos da bacia em questão, ou aumentar a
capacidade de armazenamento do reservatório, ampliando a altura das
barragens já existentes;
• Construir, a longo prazo, novas centrais hidrelétricas considerando a
possibilidade de expansão do parque gerador.
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As grandes UHEs caracterizam-se por:
• Providenciar não só reserva girante para situações de emergência ocorridas no
sistema, mas também condições de suprir o pico de demanda;
• Apresentar altas economias de escala: em particular, para instalações com
grandes reservatórios, o custo marginal de capacidade adicional de geração
tende a ser irrisório;
• Possuir grande energia firme;
• Apresentar maiores problemas ambientais.
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As principais características das PCHs são:
• Possuir rápida entrada no sistema de potência e flexibilidade para mudar
rapidamente a quantidade de energia fornecida ao sistema por causa das
mudanças a demanda. Usinas com essa característica são especialmente úteis
para aumentar o rendimento e melhorar o desempenho de um sistema elétrico
interligado;
• Apresentar baixos custos de operação e manutenção, bem como de produção
de energia;
• Apresentar características mais suaves (soft) de inserção ambiental.
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Recapacitação
• Repotenciação: aumento da potência de saída e/ou do valor da eficiência da
turbina e do gerador;
• Tempo de parada: redução do tempo de parada para manutenção, preditiva e
não preditiva;
• Sobrevida: aumento da vida útil dos equipamentos principais da usina;
• Disponibilidade: redução de problemas com vibração e cavitação, além de
redução de problemas mecânicos que poderiam resultar numa falha catastrófica.
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Potência Gerada e Energia Produzida
As principais variáveis de uma central hidrelétrica que atuam diretamente na
potência elétrica possível de ser gerada são a altura de queda d’água e a vazão
da água passando pelas turbinas.
P = TOT* g * QH
Em que: TOT : rendimento total do conjunto
g: aceleração da gravidade (9,8 m/s2)
Q: vazão (m3/s)
H: queda bruta (m)
P: potência elétrica (kW)
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A energia produzida por essa central, durante um ano, é dada por:
E = P. FCU . 8.760 horas
Em que: P é a potência máxima fornecida durante o ano (que pode se confundir
com a potência instalada)
FCU é o Fator de Capacidade da Usina, ou seja, a relação entre a potência
média no ano e a potência máxima (de pico)
8760 é o número de horas no ano.
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Aspectos básicos para inserção no meio ambiente
Identificação dos principais impactos ambientais:
• Estabilidade das encostas;
• Assoreamento;
• Aspectos paisagísticos;
• Recursos minerais;
• Hidrogeologia;
• Qualidade das águas;
• Solos;
• Vegetação e fauna.
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Identificação dos principais impactos ambientais
Socioeconomia:
• Impacto demográfico;
• A qualidade de vida da população;
• As oportunidades de trabalho;
• A desapropriação de terras produtivas;
• Durante o período de construção, alterações de várias ordens irão ocorrer,
provocando transtornos à população local;
• As obras das represas produzirão acidentes de trabalho, aumento de doenças
sexualmente transmissíveis e da violência;
• O incremento do tráfego, sobretudo de veículos pesados, poderá acarretar um
aumento de acidentes de trânsito;
• A restrição de áreas normalmente utilizadas para o lazer;
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• O enchimento dos reservatórios levará a um aumento dos acidentes com
animais peçonhentos;
• Uma vez cheio o lago, haverá a formação de ambientes propícios à proliferação
de diversos outros vetores;
• Do ponto de vista econômico, a construção das hidrelétricas poderá criar
potencial para promover o desenvolvimento regional;
• Ao término das obras de uma infraestrutura que poderá ser reaproveitada sob
diversas formas, a serem definidas.
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