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Energia hidroeléctricaEnergias Renováveis

Miguel Centeno Brito

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ENERGIA HÍDRICA

Qual a energia potencial

gravítica num volume de água?

h0

h

( ) ( )dhAghdmdEp ==

( )22

00

2

0

00

00

hgAh

hAg

dhAghdhdEE

hh

pp

==

==

VgEp 2

1=

e.g. Alto Rabagão

Área 2200ha;

Desnível 130m;

Produção média anual 115 ×106 kWh5

ENERGIA HÍDRICA

Qual a potência mecânica de um

curso de água?

0hQgPm =

h0 Q

= m

s

m

s

m

m

kgW

3

23

Qual a potência eléctrica produzida por de um curso de água?

0hQgP ete =

eficiência da turbina (80%) x eficiência gerador (98%)

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ENERGIA HÍDRICA

Curva (média) de duração de caudais (médios diários)

7

Na realidade o caudal não é constante.

ENERGIA HÍDRICA

Curva (média) de duração de caudais (médios diários)

8

Na realidade o caudal não é constante.

ENERGIA HÍDRICA

Curva (média) de duração de caudais (médios diários)

9

Na realidade o caudal não é constante.

Adimensionalização:Caudal “por unidade”Tempo medido em percentagem

TIPOS DE APROVEITAMENTO HIDROELÉCTRICOS

Fio de água ou

Albufeira, reversível ou não.

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Source: Ramage (1996, Renewable Energy, Power for a Sustainable Future, Oxford University Press, 183-226 ) 11

Source: Ramage (1996, Renewable Energy, Power for a Sustainable Future, Oxford University Press, 183-226 ) 12

Source: Ramage (1996, Renewable Energy, Power for a Sustainable Future, Oxford University Press, 183-226 ) 13

Source: Ramage (1996, Renewable Energy, Power for a Sustainable Future, Oxford University Press, 183-226 )

Fixed blades

Adjustable blades (Kaplan)

a) b) c)

d)

TIPOS DE TURBINA

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Turbina Kaplan

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Turbina Francis

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Turbina Francis

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Turbina Pelton

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Turbina Banki (cross flow)

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Source: Ramage (1996, Renewable Energy, Power for a Sustainable Future, Oxford University Press, 183-226 )

TIPOS DE TURBINA

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Source: Paish (2002, Renewable and Sustainable Energy Reviews 6, 537–556) http://www.sciencedirect.com/science/journal/13640321)

Pelton

PropellerFrancis

Crossflow

Flow as a Proportion of Design Flow

Effic

iency (

%)

100

80

60

40

20

00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

TIPOS DE TURBINA

21

TIPOS DE TURBINA

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Limites de exploração das turbinas

ENERGIA PRODUZIDA POR UMA CENTRAL HÍDRICA

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Qmin

Qmax

t0 – n.º de dias que o caudal de cheia é excedidot1 – n.º de dias que o caudal máximo é excedidot2 – n.º de dias que o caudal mínimo é excedido

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As maiores barragens do mundo

Installed Annual Area

capacity production flooded

(MW) (TWh) (km²)

Three Gorges Dam Yangtze 22500 103.1 1084 2008/2012

Xiluodu Jinsha 13,860 55.2 2014

Belo Monte Xingu 11,233 39.5 441 2016-2019

Guri Caroní 10235 53.41 4250 1978, 1986

Tucuruí Tocantins 8370 41.43 3014 1984, 2007

Grand Coulee Columbia 6809 20 324 1942- 1991

Xiangjiaba Jinsha 6448 30.7 95.6 2014

Longtan Dam Hongshui 6426 18.7 2007/2009

Sayano-Shushenskaya Yenisei 6400 26.8 621 1989, 2014

Krasnoyarsk Yenisei 6000 15 2000 1967/1972

Name

River

Years of completion

Itaipu Dam Paraná 14000 103 1350 1984/1991, 2003

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28

China

29

Global pumped storage installed capacity

CAPACIDADE INSTALADAPequena hídrica (<10MW)

< 10 MW Percentagem do total

PAÍS GW TWh/yr Potência Energia

China 9.5 5%

Japão 3.48 13%

EUA 2.84 10.7 4% 4%

Itália 2.41 7.6 14% 21%

França 2.02 5.8 8% 10%

Espanha 1.79 4.7 10% 20%

Brazil 1.43 6.7 2% 2%

Austria 0.99 4 8% 10%

Suécia 0.99 3.8 6% 5%

Républica Checa 0.28 1.1 28% 45%

Peru 0.23 1 7% 6%

Europa 12.5 10%

América Norte 5.130

POTENCIAL HIDROELÉCTRICO

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Africa Asia Australasia Europe N & C America

S America

Ele

ctr

icit

y P

rod

uc

tio

n (

TW

h/y

r)

Technical Potential

Economic Potential

Existing

Total Electricity Demand

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32

O potencial das mini-hídricas para a eletrificação remota

DENSIDADE DE POTÊNCIA

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Source: Paish (2002, Renewable and Sustainable Energy Reviews 6, 537–556, http://www.sciencedirect.com/science/journal/13640321)

CUSTOS INVESTIMENTO

Pequena hídrica, $1000-3000/kW, países em desenvolvimento

Pequena hídrica, $2000-9000/kW, países desenvolvidos

Grande hídrica (incluíndo barragem e albufeira), $2000-8000/kW

34

CUSTOS INVESTIMENTOPequena hídrica (<10MW)

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Depende da queda de água e potência, e do factor de utilização

CUSTOS INVESTIMENTOPequena hídrica (<10MW)

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Depende da queda de água e potência, e do factor de utilização

a = 7%n = 25 anosdom = 2% It

Tarifário verde80€/MWh

25 anos

APENAS VIÁVEL PARA CUSTOS INFERIORES A 2000€/KW.Na realidade o período de vida é muito mais longo pelo que a viabilidade económica é de facto mais favorável

CENÁRIO SECO

CENÁRIO HÚMIDO

IMPACTOS POSITIVOS

Impactos económicos & energéticos

Custo da energia

Segurança energética (fonte endógena, ou quase)

Valorização recurso eólico (PNBEPH: 1MW de bombeagem/ 3.5MW de eólico)

Aproveitamento água para consumo das populações e/ou irrigação

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IMPACTOS NEGATIVOS

Impactos sociais

Deslocamento população

Reservatório pode promover desenvolvimento vectores

transmissão doenças

(Acidentes: Banqiao, 170000 mortos em 1975)

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IMPACTOS NEGATIVOS

Impactos ambientais

Maior área de superfície = maiores perdas evaporação

Sedimentação antes da barragem (= custos manutenção)

Menos sedimentação depois da barragem (= erosão costeira)

Fragmentação ecosistema fluvial (efeito na biodiversidade)

Alteração paisagem

Desflorestação

Emissões metano

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0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Tu

cu

rui

Sa

mu

el

Xin

go

Se

rra

da

Me

sa

Tre

s M

ari

as

Mir

an

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Ba

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a

Bo

rea

l

Eq

uiv

ale

nt C

O2E

mis

sio

n (k

gC

/kW

h)

dos Santos

Fearnside

Natural gas at 60% efficiency

Coal at 45% efficiency

8.0

EMISSÕESEmissões GHG barragens Brasil

40

0

100

200

300

400

500

600

0 2 4 6 8

Annual Average Power Density (W/m2)

CO

2-e

q E

mis

sio

ns (

gC

/kW

h)

Samuel

Tres Marias

Barra Bonita

Serra da Mesa

Tucurui

Miranda Itaipu Segredo

EMISSÕESEmissões GHG barragens Brasil (excepto Boreal)

41

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 2 4 6 8

CO

2-e

qE

mis

sio

ns

(gC

/kW

h)

Annual Average Power Density (W/m2)

Sainte-Marguerite

Churchill/Nelson

Manic Complex

La Grande Complex

Churchill Falls

EMISSÕESEmissões GHG barragens Quebec

42

PORTUGALGrande hídrica

43

PORTUGAL(Nova) grande hídrica

44

PORTUGALPequena hídrica

45

0.0E+00

1.0E+03

2.0E+03

3.0E+03

Ita

ly

Fra

nce

Sp

ain

Ge

rma

ny

Au

str

ia

Sw

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Hu

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ary

Esto

nia

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the

rla

nd

s

2005

2006

0%

25%

50%

75%

100%

Italy

Fra

nce

Spain

Germ

any

Austr

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Sw

eden

Pola

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Fin

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CzechR

ep

Port

ugal

UK

Slo

venia

Gre

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Slo

vakia

Belg

ium

Latv

ia

Luxem

bourg

Irela

nd

Lithuania

Denm

ark

Hungary

Esto

nia

Neth

erlands

115 pequenos aproveitamentos hidroeléctricos (<= 10 MW), com potência global de cerca de 340 MW.