Análise de Projeto de Pequenas Hidro
Curso Análise de Projeto de Energia Limpa
Projeto de pequena hidro à fio dágua, Canadá
Foto cedida por: SNC-Lavalin
© Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.
Objetivos
• Revisão dos conceitos básicos
Sistemas de Pequenas Hidro
• Ilustrar considerações chave para
análise de projetos de Pequenas Hidro
• Apresentar RETScreen® Modelo de Projeto de Pequenas
Hidro
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O que fornecem sistemas de pequenas
hidro?
• Eletricidade para

Rede Central

Redes isoladas

Fornecimentos remotos de
energia
…mas também…

Confiabilidade

Custos operacionais muito baixos

Exposição reduzida à volatilidade no preço
da energia
Foto cedida por : Robin Hughes/ PNS
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Descrição do Sistema de Pequena
Hidro
Lâmina d`água
Barragem
e captação
Altura (m)
Casa de Força
Grade de proteção
Painel de contrôle
Conexão à rede
Pátio de
manobra
Vazão (m3/s)
gerador
Potência ≈ 7 x Altura x Vazão
turbina
Corredeira
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Projetos de “Pequenas” Hidro
• “Pequena” não é uma definição universal

Porte do projeto relacionado não apenas à capacidade elétrica,
porém também altura da queda d`água
Típica
RETScreen®
Vazão
RETScreen®
diâmetro do fluxo
< 100 kW
< 0,4 m3/s
< 0,3 m
100 a 1,000 kW
0,4 a 12,8 m3/s
0,3 a 0,8 m
1 a 50 MW
> 12,8 m3/s
> 0,8 m
Potência
Micro
Mini
Pequena
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Tipos de Projetos de Pequenas Hidro
• Tipos de rede

Rede central

Rede isolada ou fora da rede
17,6-MW Projeto de Hidro à Fio d`água,
Massachusetts, EUA
• Tipos de obras civis


A fio d`água (de passada)

Sem reservatório de água

Potência varia conforme vazão do rio:
menor potência firme
Foto cedida por : PG&E National Energy Group/
Low Impact Hydropower Institute
4,3-MW Projeto de Hidro à Fio d`água,
Oregon, EUA
Reservatório

Maior potência firme durante ano

Normalmente necessita grande barragem
Foto cedida por : Frontier
Technology/ Low Impact Hydropower Institute
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Componentes: Obras civis
• Tipicamente responsável por 60% dos custos iniciais da planta
• Barragem de transbordamento

Barragem baixa de construção simples para fio d`água

Concreto, madeira, alvenaria

Custo da barragem pode inviabilizar projeto
• Passagem da Água



Captação com grade e comporta; tubo de descarga
na saída
Tunel escavado, tunel subterrâneo ou adutora
Válvulas/comportas na entrada/saída da turbina,
para manutenção
Foto cedida por : Ottawa Engineering
• Casa de Força

Abriga Turbinas, equipamentos elétricos e mecânicos
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Componentes: Turbina
• Versões reduzidas das grandes turbinas hidro
Turbina Pelton
• Possivel eficiência de 90%
• Em fio d`água, vazão é bastante variável

Turbina deve funcionar bem para variações de vazão
ou utilizar múltiplas turbinas
• Reação: Francis, hélices fixas, Kaplan


Foto cedida por : PO Sjöman Hydrotech
Consulting
Turbina Francis
Para uso em alturas baixas a médias
Turbinas submersas usam pressão da água e energia
cinética
• Impulso: Pelton, Turgo, fluxo transversal

Para uso em grandes alturas

Usa energia cinética de um jato d`água de alta velocidade
Foto cedida por : PO Sjöman Hydrotech
Consulting
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Componentes:
Equipamentos Elétricos e Outros
• Gerador


Indução

Deve ser ligado a outros geradores

Usado para enviar eletricidade a grandes redes
Síncrono

Pode funcionar isoladamente de outros geradores

Para uso individual e redes isoladas
• Outros equipamentos

Ampliador de velocidade para compatibilizar turbina ao gerador

Válvulas, controles eletrônicos, dispositivos de proteção

Transformador
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Recursos Hídricos Mundiais
• Caem mais chuvas nos continentes do que deles se evaporam
• Para equilibrio, chuvas devem retornar aos oceanos através
dos rios
Potencial Técnico
(TWh/ano)
% Desenvolvido
Africa
1.150
3
Sul da Asia e Médio Oriente
2.280
8
China
1.920
6
Antiga União Soviética
3.830
6
970
55
3.190
11
350
9
1.070
45
200
19
América do Norte
América do Sul
América Central
Europa
Australásia
Fonte: Renewable Energy: Sources for Fuels and Electricity, 1993, Island Press.
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Recursos Hídricos na Planta
• Dependem da planta: um rio explorável é necessário!


Varia a elevação em distancias relativamente pequenas (altura / queda)
Variação aceitável do fluxo ao longo do tempo: curva de duração da
vazão

Fluxo residual reduz fluxo disponível para potência
• Estimar variação da


Medições da vazão ao
longo do tempo
Dimensão do dreno acima
da planta, extravazão
específica e forma da
curva de duração da
vazão
Vazão (m³/s)
curva de duração da
vazão com base em
50,0
Curva de duração da vazão
40,0
30,0
20,0
10,0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Porcentagem vazão tempo equalizada ou excedida (%)
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Custo do Sistema de Pequena Hidro
•
75% dos custos dependem da planta
•
Altos custos iniciais

•
Porém obras civis e equipamentos podem durar > 50 anos
Custos de manutenção e operação muito baixos
Foto cedida por : Ottawa Engineering

Um operador a tempo parcial é suficiente

Manutenção periódica de equipamentos principais requer serviço externo
•
Desenvolvimento de grandes quedas(alturas) tendem a ser menos caro
•
Faixa típica: 1.200$ a 6.000$ por kW instalado
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Projeto de Pequenas Hidro
Considerações
•
Manter custos baixos com desenho prático e simples, estruturas
civis de fácil construção
•
Barragens e estruturas civis existentes podem ser utilizadas
•
Período de desenvolvimento de 2 a 5 anos

•
Estudos ambientais e de recursos: aprovação
Quatro fases para trabalho de engenharia:

Estudos hidráulicos e pesquisas de
reconhecimento

Estudo de pré-viabilidade

Estudo de viabilidade

Planejamento do sistema e projeto de engenharia
Foto cedida por : Ottawa Engineering
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Pequenas Hidro
Considerações Ambientais
•
•
Desenvolvimento de pequenas hidro pode mudar

Habitat de peixes

Estética da planta

Uso recreativo / navegacional
Exigências de estudos de impacto e ambientais dependem da planta e
do tipo de projeto:



À fio d`água em barragens existentes: relativamente menor
À fio d`água em locais subdesenvolvidos : construção de
barragem/vertedouro/extravazadouro
Desenvolvimento do armazenamento de água: impacto maior que
aumenta com a escala do projeto
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Exemplos: Eslovakia, Canadá e EUA
Sistemas de Pequenas Hidro
na Rede Central
• Usinas à fio d`água alimentarão a rede
Desenvolvimento Pequena
Hidro, Sudeste, EUA
quando vazão disponível
• De concessionária ou produtor independente
com PPA de longo prazo
Foto cedida por : CHI Energy
2,3-MW, 2 Turbinas, Jasenie, Eslovakia
Foto cedida por : Emil Bedi (Foundation for Alternative Energy)/ Inforse
Desenvolvimento Pequena Hidro,Newfoundland,Canadá
Foto cedida por : CHI Energy
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Exemplos: EUA e China
Sistemas de Pequenas Hidro em Rede
Isolada
Geradores Pequena Hidro, China
• Comunidades remotas
• Residencias remotas &
indústria
Foto cedida por : International Network
on Small Hydro Power
• Preço mais alto pago pela
eletricidade
• Projetos à fio d`água
King Cove 800 kW Sistema Pequena Hidro,
Cidade de 700 Pessoas
tipicamente necessitam de
capacidade suplementar e
podem ter excesso de vazão
Foto cedida por : Duane Hippe/ NREL Pix
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RETScreen® Pequenas Hidro
Modelo de Projeto
• Análise mundial da produção de energia, custo do ciclo de
vida e redução das emissões dos gases de efeito estufa



Rede central, rede isolada e fora
da rede
Micro hidro de turbina simples a
pequena hidro de multiplas turbinas
Método de custeio por “Formula”
• Atualmente não cobertos:


Variações sazonais em cargas
de rede isolada
Variações da altura em projetos
de armazenamento (usuário deve
fornecer valor médio)
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RETScreen® Pequenas
Hidro Cálculo de Energia
Curva de
duração da
vazão
Curva de
duração da
carga
Cálculo da curva
de eficiência da
turbina
Cálculo da
capacidade da
planta
Cálculo da curva
de duração da
potência
Cálculo da energia
renovável disponível
Ver e-Manual
Análise de Projeto de Energia Limpa:
RETScreen® Engenharia e Casos
Capítulo de Análise de Projeto de Pequenas Hidro
Cálculo da energia
renovável
despachada (rede
central)
Cálculo da energia
renovável
despachada (rede
isolada e Fora da
rede)
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Exemplo Validação do RETScreen® Modelo
de Projeto de Pequenas Hidro
• Eficiência da Turbina
Comparada com dados
dos fabricantes para uma
instalação de 7 MW GEC
turbina Alsthom Francis
• Capacidade da planta &
saída


Comparado com HydrA
para planta na Escócia
100%
Eficiência (%)

Fabricante
80%
RETScreen
60%
40%
Curvas eficiência turbinas:
RETScreen vs. Fabricante
20%
0%
Todos os resultados com
6,5%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Porcentagem vazão nominal
• Método de custeio pela fórmula

Comparado com RETScreen®, com 11% da estimativa detalhada de custo
para um projeto de 6 MW project em Newfoundland
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Conclusões
•
Projetos de pequenas hidro (até 50 MW) podem fornecer eletricidade
para redes central ou isolada e para fornecimento remoto de energia
•
Projetos à fio d`água:

Menores custos e menor impacto ambiental

Mas necessitam de energia reserva em sistemas isolados
•
Custos iniciais altos e 75% dependem do local
•
RETScreen® estima a capacidade, a capacidade firme, saída e
custos baseados nas características do local, tais como curva de
duração da vazão e queda(altura)
•
RETScreen® pode trazer economias significativas dos custos do
estudo de viabilidade preliminar
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Perguntas?
Módulo de Análise de Projeto de Pequenas Hidro
RETScreen® International Curso de Análise de Projeto de Energia Limpa
Para informações adicionais consultar a página Web do RETScreen em
www.retscreen.net
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