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FURNAS CENTRAIS ELÉTRICAS S.A.

USINAS HIDRELÉTRICASUSINAS HIDRELÉTRICAS

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GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

EMPREENDIMENTOS DO SETOR ELÉTRICO

HIDROELETRICOS

CGH Potência Instalada ≤3,0 MW

TERMOELÉTRICOS

PCH

UHE

3,0 MW < Potência Instalada ≤ 30 MW

Potência Instalada > 30,0 MW

TERMONUCLEARES

ÁREA

FONTES ALTERNATIVAS: Eólica, Solar etc

MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA

Empreendimentos em Operação

Tipo QuantidadePotência

Outorgada (kW)Potência

Fiscalizada (kW)%

CGH 557 434.990 437.072 0,3EOL 382 9.390.808 9.318.630 6,32PCH 449 4.859.582 4.841.818 3,28UFV 40 26.962 22.962 0,02UHE 220 101.063.425 90.166.353 61,16

O Brasil possui no total 4.563 empreendimentos em operação , totalizando 147.417.686 kW de potência instalada. [BIG ANEEL 2016]

BIG ANEEL - Atualização:15.09.2010

UHE 220 101.063.425 90.166.353 61,16UTE 2.913 42.343.413 40.640.851 27,57UTN 2 1.990.000 1.990.000 1,35Total 4.563 160.109.180 147.417.686 100

Os valores de porcentagem são referentes a Potência Fiscalizada. A Potência Outorgada é igual a considerada no Ato de Outorga. APotência Fiscalizada é igual a considerada a partir da operação comercial da primeira unidade geradora.

MATRIZ ENERGÉTICA BRASILEIRA

Empreendimentos em Construção

Tipo QuantidadePotência

Outorgada (kW)%

CGH 1 848 0,01EOL 145 3.309.930 37,35PCH 34 454.959 5,13UFV 3 90.000 1,02

Está prevista para os próximos anos uma adição de 26.698.673 kW na capacidade de geração do País, proveniente dos 215 empreendimentos atualmente em construção e mais 655 em Empreendimentos com Construção não iniciada. [BIG ANEEL 2016]

BIG ANEEL - Atualização:15.09.2010

UFV 3 90.000 1,02UHE 7 1.967.100 22,2UTE 24 1.689.646 19,07UTN 1 1.350.000 15,23Total 215 8.862.483 100

CICLO DE IMPLANTAÇÃO DE UHE

ESTIMATIVA DO POTENCIAL HIDRELÉTRICO

ESTUDOS DE VIABILIDADE DO APROVEITAMENTO HIDRELÉTRICO

ESTUDOS DE INVENTÁRIO DA BACIA HIDROGRÁFICA

PROJETO BÁSICO DA USINA HIDRELÉTRICA

PROJETO EXECUTIVO DA USINA HIDRELÉTRICA

Leilão de

Energia

CONSTRUÇÃO

ESTUDOS DE INVENTÁRIO

ALTERNATIVAS DE DIVISÃO DE QUEDAS

ESTUDO DA BACIA HIDROGRÁFICA

Custos de Implantação

Equilíbrio

Custos de Implantação

Benefícios Energéticos

Impactos Ambientais

SELEÇÃO DA MELHOR DIVISÃO DE QUEDAS


Pin

dam

on

hag

aba

Pau

lista AN

TA

SIM

PLÍ

CIO

Itao

cara

São

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élis

BACIA DO PARAÍBA DO SUL

DEFINIÇÃO DA DIVISÃO DE QUEDAS Bacia do Rio Paraíba do Sul – SP/MG/RJG

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Sta. B

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BARRAGEM EXISTENTE

BARRAGEM FUTURA


BARRAG

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DEFINIÇÃO DA DIVISÃO DE QUEDAS Perfil do Rio Paraíba do Sul – MG/RJ

BARRAG

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ESTUDOS DE VIABILIDADE

ESTUDO DO APROVEITAMENTO HIDRELÉTRICO

Técnica

Análise da Viabilidade

APROVEITAMENTO ÓTIMO

Técnica

Energética

Econômica

Ambiental

ESTUDOS DE VIABILIDADE

VertedouroTomada d’água

Barragem

UHE SIMPLÍCIO QUEDA ÚNICA – PCH ANTA

Acesso

Casa de força

PROJETO BÁSICO

DETALHAMENTO DO APROVEITAMENTO CONCEBIDO NO ESTUDO DE VIABILIDADE

Definir com maior precisão

Características Técnicas do Projeto

Especificações Técnicas de Obras Civis

Especificações Técnicas Eletromecânicas

Programas Ambientais

maior precisão

PROJETO EXECUTIVO

ELABORAÇÃO DOS DESENHOS

Desenhos de Detalhamento

Obras Civis

Equipamentos Eletromecânicos

Detalhamento

EXECUÇÃO DA OBRA E MONTAGEM DE EQUIPAMENTOS

LINHA DO TEMPO

Avaliação AmbientalIntegrada

Estudos de Impacto Ambiental

(EIA/RIMA)

Projeto Básico Ambiental

Projeto Executivo Ambiental

Aprovação pelo órgão ambiental

L

EPE

engenharia

meio ambiente

Estudos de Inventário de Bacia Hidrográfica

Estudos de Viabilidade

Projeto Básico

Projeto Executivo

LP LI LO

Aprovação pela ANEEL

LEILÃO

AHE – Aproveitamento Hidrelétrico

CARACTERÍSTICAS DE PRODUÇÃO DA ENERGIA

Usina sem capacidade de acumulação À fio d’água NA constanteUsina sem capacidade de acumulação

Usina com reservatório de acumulação

À fio d’água NA constante

NA variável

deplecionamento



Usina sem reservatório

AHE Teles Pires NA max normal 220,00NA min normal 220,00

AHE Pai-Querê

Usina com reservatório

AHE Couto de Magalhães NA max normal 620,00NA min normal 620,00

NA max normal 797,00NA min normal 762,00



UHE Funil

Usina com reservatório

NA max normal 466,50NA min normal 444,00

PI = 216 MW

Rio Paraíba do Sul - RJ

Perfil Esquemático de UHE

ReservatórioCasa de Força

LT

Tomada d’Água

TurbinaGerador

Uma usina hidrelétrica pode ser definida como um conjunto de obras e equipamentoscuja finalidade é a geração de energia elétrica, através de aproveitamento do potencialhidráulico existente em um rio.

O potencial hidráulico é proporcionado pela vazão hidráulica e pela concentração dosdesníveis existentes ao longo do curso de um rio.

Perfil Esquemático de UHE

CONCEPÇÃO DE ARRANJO GERAL

Cada sitio escolhido para uma usina hidroelétrica é único, com condições topográficas,geológicas e hidrológicas particulares.

O melhor arranjo para um determinado aproveitamento hidroelétrico é aquele queconsegue posicionar todos os elementos do empreendimento de maneira a combinara segurança requerida pelo projeto e as facilidades de operação e manutenção com ocusto global mais baixo.

Arranjo típico em vale aberto

Arranjo típico em vale medianamente estreito

Arranjo típico em vale estreito

custo global mais baixo.



UHE TUCURUÍ

8.370 MW

Rio Tocantins PA



UHE TUCURUÍ


Arranjo típico em vale medianamente estreito

1.050 MW

UHE LCBC (Estreito)

Rio Grande MG/SP


Arranjo típico em vale estreito

140 MW

UHE CANDONGA

Rio Doce MG

ELEMENTOS DE ARRANJO GERAL

Barragem

estrutura em solo ou concreto construída no vale do rio, da ombreira de uma margempara a da outra, com o objetivo de elevar o nível de água do rio até o nível máximonormal do reservatório


Dique

estrutura usualmente em solo que fecha eventuais selas topográficas, para evitar fugasda água do reservatório

Barragem


Sistema de Desvio do Rio

Em geral, fica localizado junto a barragem com o objetivo de desviar as águas do rio por

Barragem

Dique

Em geral, fica localizado junto a barragem com o objetivo de desviar as águas do rio pormeio de canal, galerias, adufas, túneis ou mesmo estrangulamento do leito do rio demodo a permitir a construção das estruturas localizadas no leito do rio à seco.


Barragem

Dique


Circuito de Geração

Constituído por canais, tomadas d’água, condutos ou túneis de adução de baixapressão, eventuais chaminés de equilíbrio ou câmaras de carga, condutos ou túneisforçados de alta pressão, casa de forca externa ou subterrânea e canal ou túneis defuga. O circuito de geração tem por finalidade aduzir a água para a transformação deenergia mecânica em energia elétrica.


Barragem

Dique


Estrutura de Vertimento

Composto de canal de aproximação, vertedouro com ou sem controle (comportas),dissipador de energia e canal de restituição. Como no caso do circuito de geração, asobras das estruturas de vertimento podem ficar localizadas junto ou distante dabarragem, dependendo das características particulares do sítio em estudo.



Barragem

Dique


Descarregador de Fundo

Estrutura dotada de comportas ou válvulas para liberar as águas para jusante dabarragem.




Barragem

Dique


Sistema de Transposição de Desnível

estruturas que permitem a transposição de cargas ou passageiros transportados pela vianavegável, superando o desnível decorrente da implantação da barragem.





Barragem

Dique


Sistema de Transposição de Fauna Aquática Migratória

estruturas que permitem a transposição da fauna aquática, superando o desníveldecorrente da implantação da barragem.




Sistema de Transposição de Desnível

BARRAGENS


A escolha do tipo de barragem dependerá, principalmente, da existência de materialqualificado para sua construção, dos aspectos geológicos e geotécnicos, e daconformação topográfica do local da obra.

Terra

Enrocamento com núcleo de argila

Enrocamento com face de concreto

Enrocamento com núcleo asfáltico

Concreto gravidade

conformação topográfica do local da obra.


BARRAGENS Terra

Um local poderá ser considerado propício para construção de barragem de terrahomogênea quando o reconhecimento de campo indicar que a rocha se encontra aprofundidade grande na área em consideração.

Esse tipo de barragem exige menor declividade nos paramentos de montante e jusantee, portanto, resultam mais volumosas. Por isso, é utilizado para pequenas e mediasalturas.


BARRAGENS Enrocamento com núcleo de argila

Enrocamento com face de concreto

Quando reconhecimento de campo indica, na área selecionada, a existência de rocha sã e de boa qualidade ao longo do eixo a pequena profundidade.

Esse tipo de barragem não necessita de condições especiais de fundação.

Grandes volumes de escavação em rocha na casa de forca, em canais e vertedouros são um bom indicativo para a utilização deste tipo de barragem. Além disso, se existirem períodos chuvosos ou excessiva umidade que prejudique a execução de núcleos de argila, ou a dificuldade na obtenção de material adequado para o núcleo, a solução com face de concreto é mais indicada.


BARRAGENS

As principais vantagens desta em relação às demais barragens de enrocamento é ocurto tempo de construção (especialmente em locais chuvosos), maior esbeltez, com

Enrocamento com núcleo asfáltico

curto tempo de construção (especialmente em locais chuvosos), maior esbeltez, comconsequente menor consumo de materiais.

A primeira barragem do Brasil é a UHE Foz do Chapecó – rio Uruguai – SC/RS


BARRAGENS Concreto a gravidade

Quando o reconhecimento de campo indica, na área selecionada, existência de rocha sãe com compressibilidade pequena ao longo de todo o eixo, por exercerem maiorespressões nas fundações, a pequena profundidade.

A estabilidade e garantida principalmente pelos esforços de gravidade. A não ser emcasos excepcionais, somente deverão ser consideradas barragens de concreto tipogravidade maciça.

Concreto convencional ou concreto compactado com rolo (CCR).


Fluxo Rio Uruguai

Barragem de Fechamento de

UHE FOZ DO CHAPECO

Vertedouro de Superfície

Barragem de Fechamento de Enrocamento com Núcleo Asfáltico


UHE FOZ DO CHAPECO

Barragem de Fechamento de Enrocamento com Núcleo Asfáltico


DESVIO DO RIO

Para a construção das diversas estruturas é feito o desvio do rio, em uma ou maisetapas, utilizando-se ensecadeiras.

Ensecadeira: estrutura provisória que permite o ensecamento de determinadas áreaspara construção das obras definitivas da usina.

Existem vários tipos de ensecadeira, sendo as mais comuns as de enrocamento, as de

Características topográficas da região

Regime hidrológico do rio.

Características das obras definitivas a serem construídas, principalmente do tipo e altura máxima da barragem.

Características geológicas da área.

Avaliação dos riscos permissíveis no local e a jusante.

Existem vários tipos de ensecadeira, sendo as mais comuns as de enrocamento, as deterra e enrocamento e as de concreto.


TIPOS DE ESTRUTURAS DE DESVIO

definidos em função das características da barragem

Barragem de concreto tipo gravidade adufas pelo corpo da barragem

DESVIO DO RIO

Os esquemas concebidos deverão ter características conservadoras. Preferencialmente,deverão ser adotadas soluções enquadráveis em um dos seguintes esquemas típicos ouna combinação destes.

Barragem de concreto tipo gravidade adufas pelo corpo da barragem

Barragens de terra e enrocamento galeria, adufas ou túnel


Desvio do rio através de túneis escavados em uma das ombreiras, comensecamento total da área de construção mediante ensecadeiras construídas amontante e a jusante. Fechamento dos túneis feito por meio de comporta.

DESVIO DO RIO


DESVIO ATRAVÉS DE TÚNEL

UHE BATALHA

Curso natural do rioCurso desviado do rio



Vista de montante

UHE BATALHACurso desviado do rio

Vista de jusante



UHE BATALHA

Curso desviado do rio

Curso natural do rio


Desvio do rio através de galerias construídas sob a barragem.Fechamento das galerias feito por meio de comporta ou ensecadeiras, dependendo de condições hidrológicas favoráveis.

DESVIO DO RIO


Desvio em várias etapas:

Desvio de 1ª Fase:

fechamento parcial do rio por meio deensecadeira longitudinal para construção deobras de concreto – vertedouro, barrageme/ou tomada d’água – na área ensecada.

DESVIO DO RIO

Fechamento final na estrutura de concreto por meio de comporta ou outros dispositivos

e/ou tomada d’água – na área ensecada.

Desvio de 2ª Fase:

Através de adufas ou passagens provisóriasnas estruturas de concreto, parcial outotalmente construídas, ao mesmo tempo emque se completa a construção da obra norestante da seção protegida por ensecadeirasde 2ª fase.


DESVIO DE 2ª FASE - ADUFAS

UHE FOZ DO CHAPECO


CIRCUITO HIDRÁULICO DE GERAÇÃO

CANAL DE ADUÇÃO

CONDUTOS FORÇADOS

Conduz o fluxo para a Tomada d’Água.

Liga a tomada d’água à casa de força, funcionando sob pressão.

CANAL OU TUNEL DE FUGA

Liga a tomada d’água à casa de força, funcionando sob pressão.Podem ser externos ou em túneis.A seleção pelo tipo de conduto, dependerá da topografia local, das condiçõesgeológicas e custos da solução sugerida.

Restituição da vazão turbinada ao rio. Pode ser feita por:- Canal aberto, quando a casa de força for externa.- Túnel operando à superfície livre, em casas de força subterrâneas equipadas comturbinas tipo Pelton, necessariamente, ou Francis, opcionalmente.- Túnel em carga, em casas de força subterrâneas equipadas com turbinasFrancis.


TOMADA D’ÁGUA

Torre


Gravidade

Integrada a CF


Torre

TOMADA D’ÁGUA


Geralmente empregadas em aproveitamentos onde se utiliza o túnel ou galeria dedesvio também para adução.


TOMADA D’ÁGUA

Gravidade


Integradas ou não à barragem e a adução é feita para condutos forçados externos.

Essas tomadas são empregadas em aproveitamentos equipados com turbinas tipoPelton, Francis ou Kaplan com caixa espiral de aço.

Gravidade Aliviada

Normalmente apoiada em maciço rochoso.Neste tipo de tomada d’água, a adução é feita para túneis, sejam eles forçados ou não.


TA GRAVIDADE ALIVIADA

1.450 MW

UHE ITÁ

Rio Uruguai


Integrada a CF

TOMADA D’ÁGUA


É recomendado para aproveitamentos equipados com turbinas tipo Bulbo ou Kaplan com caixa semi-espiral de concreto.


CASA DE FORÇA


Subterrânea

ExternaArranjo

Possui superestrutura completa e cobertura

Abrigada

Semi-AbrigadaSuperestrutura

Aberta

Possui superestrutura sem altura suficiente paraoperação de uma ponte rolante auxiliar. Amovimentação das peças pesadas é feita compórtico rolante externo através de coberturasmóveis.

Possui superestrutura completa e coberturapermanente. Movimentação das peças pesadas éfeita através de ponte rolante.

Não possui superestrutura. O pórtico rolante operano nível do piso do gerador e os equipamentos sãoprotegidos por coberturas móveis.


CASA DE FORÇA

Subterrânea


rocha

Escavada em rocha


CASA DE FORÇA

Abrigada


Possui superestrutura completa e coberturapermanente. Movimentação das peças pesadas éfeita através de ponte rolante.


Casa de Força Abrigada

UHE FOZ DO CHAPECO

Tomada d’Água tipo Gravidade


CASA DE FORÇA

Semiabrigada


Possui superestrutura sem altura suficiente paraoperação de uma ponte rolante auxiliar. Amovimentação das peças pesadas é feita com pórticorolante externo através de coberturas móveis.


CASA DE FORÇA

Aberta


Não possui superestrutura. O pórtico rolante opera nonível do piso do gerador e os equipamentos sãoprotegidos por coberturas móveis.


ESTRUTURA DE VERTIMENTO

VERTEDOURO

Finalidade de descarregar as cheias para a manutenção do nível d’água de umreservatório em uma cota desejável. Deverá ser adotada uma vazão de projetocom um período de recorrência de 10.000 anos, o que corresponde a um riscode 1% de ser igualada ou superada durante uma vida estimada de 100 anos.

Fundo

Superfície Livre

Controlado

Ogiva alta

Ogiva baixa

de encosta

A escolha do tipo de vertedouro e sua localização dependerá da concepção doarranjo geral, do tipo de desvio e das características geológicas do local.


VERTEDOURO

Superfície Livre

Aplicação típica em usinas a fio d’água, cuja barragem pode ter uma soleiravertente. Acarretam maior sobrelevação no reservatório.


Outros tipos de vertedouro livre, tais como os do tipo tulipa e sifão, são poucoutilizados, e, quando o são, normalmente a vazão de vertimento é pequena.

Livre Ogiva Alta


VERTEDOURO

Superfície Livre / Controlado

composto por uma soleira vertente, dealtura significativa, controlada ou não

Ogiva Alta


Controladoaltura significativa, controlada ou nãopor comportas do tipo segmento, e umdissipador de energia. É utilizado, emgeral, em aproveitamentos combarragens de altura média e serve comoestrutura de desvio – através de adufascolocadas em seu corpo.


VERTEDOURO

Superfície

composto por uma soleira vertente baixa,controlada ou não por comportas do tipo

Ogiva Baixa


Livre / Controlado

Controladocontrolada ou não por comportas do tiposegmento, e um dissipador de energia. Éutilizado, em geral, em aproveitamentoscom barragens baixas e pode servir comoestrutura de desvio do rio.


VERTEDOURO

Superfície

composto por uma pequena soleira vertente, seguida de uma calha e umdissipador de energia. Pode ser controlado ou não por comportas do tipo

de Encosta


Livre / Controlado

dissipador de energia. Pode ser controlado ou não por comportas do tiposegmento. É utilizado, em geral, em aproveitamentos com barragens altas deaterro fechando a totalidade da seção do vale e com desvio do rio por túneis ougalerias. São colocados numa das ombreiras ou eventualmente numa sela,aproveitando ou não a existência de uma volta do rio.

Canal de aproximação.Estrutura da crista e equipamento de controle.Calha e muros laterais.Estrutura de restituição e dissipação de energia.Canal de restituição ao leito do rio

Controlado

Aproveitamento com TA integrada a CF

Aproveitamento com Condutos Forçados (CF não incorporada)


Aproveitamentos de baixa queda, sem condutos forçados, com tomada d’água e casa deforça integradas na mesma estrutura e turbinas Kaplan com caixa semi-espiral deconcreto ou turbinas Bulbo.

Aproveitamento com derivação (túnel e canal)

Aproveitamentos de queda média ou baixa, com tomada d’água do tipo gravidadefazendo parte do barramento, e com condutos forçados parcial ou totalmente embutidosno concreto da tomada d’água.

O arranjo do circuito hidráulico de geração depende, basicamente, das característicastopográficas e geológicas do local, da vazão máxima turbinada e do deplecionamentomáximo do reservatório.


EIXO DA BARRAGEM

NA MAX NORMAL 287,00

EIXO DAS UNIDADES


COMPORTA ENSECADEIRA COMPORTA VAGÃO



1.050 MW

UHE MACHADINHO

Rio Pelotas


Esquemas Típicos


EIXO DA BARRAGEM

EIXO DAS UNIDADES

COMPORTA ENSECADEIRA

COMPORTA VAGÃO CONDUTO FORÇADO

UHE LCBC (Estreito)



855 MW

UHE FOZ DO CHAPECO

Rio Uruguai SC/RS


TIPOS DE TURBINAS

Turbinas Hidráulicas

Pelton

Kaplan

Francis

Bulbo


TIPOS DE TURBINAS


Pelton

Altas Quedas: 350 m até 1100 m.

Os jatos de água ao se chocarem com as "conchas" do rotor geram o impulso.

Dificuldades: erosão provocada pelo efeito abrasivo da areia misturada com a água, devido à alta velocidade com que a água se choca com o rotor.


TIPOS DE TURBINAS


Pelton


TIPOS DE TURBINAS


Francis

Queda: 40 m até 400 m.

Exemplos: Tucuruí, Itaipu, Furnas e outras no Brasil funcionam com turbinas tipo Francis com cerca de 100 m de queda d' água.


TIPOS DE TURBINAS


Francis


TIPOS DE TURBINAS


Kaplan

Queda: 20 m até 50 m.

Diferença entre Francis e Kaplan: rotor

Assemelha-se a um propulsor de navio (hélice) com duas a seis as pás móveis.


TIPOS DE TURBINAS


Kaplan


TIPOS DE TURBINAS


Bulbo

Queda: < 20m.

Possui a turbina similar a uma turbina Kaplan horizontal, porem devido a baixa queda, o gerador hidraulico encontra-se em um bulbo por onde a água flui ao seu redor antes de chegar as pás da Turbina.


TIPOS DE TURBINAS


Bulbo

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