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Energia Hidrocinética no Norte do Brasil
Prof. Dr. Geraldo Lúcio Tiago Filho
Eng. Msc. Antonio Carlos Barkett Botan
Eng. Dr. Júlio César Silva de Souza
Centro Nacional de Referências em Pequenas Centrais Hidrelétricas –CERPCH
Universidade Federal de Itajubá- UNFEI
UNIFEI
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SUMÁRIO
Introdução
Princípio de funcionamento
Estado da arte
Projetos no mundo
Projetos em países emergentes
Ciclo de vida da tecnologia
Projeto: Developing a hydrokinetic park downstream of Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants.
ConclusõesConclusãoRecomendações
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INTRODUÇÃO
Energia hidrocinética • É a energia extraída da energia cinética contida nas correntezas naturais e artificiais
dos oceanos, rios e canais• Baixo impacto ambiental• A sua implantação depende da avaliação do potencial disponível e a criação de
políticas favoráveis focadas a incentivar os incentivos, o mercado e a regulação.
Estado atual: • Crescimento, diferentes projetos de pesquisa em temas da engenharia, • Carece de análise econômica • Projetos em diferentes fases• Alto custo .
Situação em Países emergentes: • Recurso disponível. • Tecnologia pode ser desenvolvida, • criação de mercado, • sistemas acessíveis e relativamente eficientes.
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SUMÁRIO
Introdução
Princípio de funcionamento
Estado da arte
Projetos no mundo
Projetos em países emergentes
Ciclo de vida da tecnologia
Projeto: Developing a hydrokinetic park downstream of Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants.
ConclusõesConclusãoRecomendações
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INTRODUÇÃO
Energia hidrocinética extrai energia de correntezas naturais e artificiais em oceanos e curso d´água.Opção renovável disponível presente em lugares estratégicos: nos oceanos cujo potencial é relativamente alto, e nos rios em trechos com:
declividades mais fortes com estreitamento da seção transversalcom potenciais remanescentes
𝐸𝐶 = 𝐶𝑝1
2𝜌𝐴𝑟𝑉1
3 = 𝑃𝑒
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PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO
Máximo coeficiente de potência: Relação de velocidades igual a 1/3.
A potência máxima extraída é devida só a dois terços da velocidade 𝑉1.
Normalmente, um sistema comum tem uma eficiência global de 0,35
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SUMÁRIO
Introdução
Princípio de funcionamento
Estado da arte
Projetos no mundo
Projetos em países emergentes
Ciclo de vida da tecnologia
Projeto: Developing a hydrokinetic park downstream of Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants.
ConclusõesConclusãoRecomendações
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ESTADO DA ARTE : Mundo
Departamento de Energia, Estados Unidos
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Tipos de Turbinas para aproveitamentos Hidrocinéticos (maremotrizes)
Fab. Verdante
Turbina Axial , eixo horizontal
East River, New York, NY
Turbinas de Correntes marinhas
Sea Flow MCT Ltda In-Stream Device – Lunar Energy
SMD Hydrovision
ESTADO DA ARTE : Mundo
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Tipos de Turbinas para aproveitamentos Hidrocinéticos (maremotrizes)
Turbinas de Arrasto
Underwater Electric Kite (UEK)
Irish company partnered with Nova Scotia Power (NSP)
Scot RenewableHydrokinetic turbine
ESTADO DA ARTE : Mundo
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Eixo Horizontal
Turbina Tipo Darrieus, Gorlov – Turbina Fluxo Cruzado
Eixo Vertical
ESTADO DA ARTE : Mundo
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ESTADO DA ARTE : Mundo
(a) ENERMAR, Italia - 20 kW Fase 4, (b) Rio Atchafalaya, Estados Unidos – Fase 1, (c) Smart Grid, Canada - Fase 3, (d) SEAFLOW, Inglaterra – 300 Kw.
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SUMÁRIO
Introdução
Princípio de funcionamento
Estado da arte
Projetos no mundo
Projetos em países emergentes
Ciclo de vida da tecnologia
Projeto: Developing a hydrokinetic park downstream of Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants.
ConclusõesConclusãoRecomendações
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ESTADO DA ARTE : Paísesemergentes
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ESTADO DA ARTE : países emergentes
(a) Invap, Argentina - 4,5 kW Fase 2, (b) Fedeta, Equador – 1,5 kW Fase 3, (c) Brasil, UnB/Eletronorte – Fases 1, 2 e 3 ( Tucunaré)
C-1 C-2 C-2 C-3
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SUMÁRIO
Introdução
Princípio de funcionamento
Estado da arte
Projetos no mundo
Projetos em países emergentes
Ciclo de vida da tecnologia
Projeto: Developing a hydrokinetic park downstream of Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants.
ConclusõesConclusãoRecomendações
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ESTADO DA ARTE : Ciclo de vida
Renováveis: Mercado e regulaçãoDesenvolvimento da Tecnologia hidrocinética
Descobrimento, definição do conceito, desenvolvimento inicial, engenharia.
Prova do conceito, ensaios em laboratório, demonstração em local, aplicação real.
Produção e comercialização, aplicação real.
1,68 Cpb
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SUMÁRIO
Introdução
Princípio de funcionamento
Estado da arte
Projetos no mundo
Projetos em países emergentes
Ciclo de vida da tecnologia
Projeto: Developing a hydrokinetic park downstream of Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants.
ConclusõesConclusãoRecomendações
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Development and implementation of procedures for developing a hydrokinetic park and the survey of applicable
technologies downstream of hydropower plants. Case studies: Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants.
PROJETO
Financiamento Beneficiária Executora
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EQUIPE• Prof. Dr. Geraldo Lucio Tiago FilhoProfessor e Diretor do Instituto de Recursos NaturaisCoordenador Geral
• Prof. Dr. Ramiro Gustavo Ramirez CamachoProfessor do Instituto de Engenharia MecânicaPesquisador orientador
• Msc. Camila Rocha GalhardoDoutoranda em Engenharia da ProduçãoGerente
• Eng. Msc. Antonio Carlos Barkett BotanDoutorando em Engenharia MecânicaCoordenador
• Eng. Msc. Ivan Felipe Silva dos SantosDoutorando em Engenharia MecânicaPesquisador
• Eng. Dr. Júlio César Silva de SouzaDoutor em Engenharia MecânicaPesquisador
• Eng. Msc. Roberto Meira JuniorDoutorando em Engenharia MecânicaPesquisador
• Eng. Laura Dardot CampelloMestrando em Engenharia da EnergiaPesquisador
• Pedro Henrique de Oliveira Azevedo LobãoGraduando em Engenharia Mecânica Pesquisador
PROJETO
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HISTORICO
• Em março de 2015 submissão do projeto em parceria com a Universidade Federal do Maranhão –Canal do Varador
• Beneficiaria Eletronorte – Sugestão de estudo do potencial hidrocinético a jusante de duas usinas hidrelétricas na região Norte do país.
PROJETO
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PROPOSTA
• Levantamento do potencial a jusante das usinas de Curua Una e Samuel
• 5 km a jusante da barragem;
• Topo batimétrica do leito do rio e topografia das margens .
• Modelagem do fenômeno e calculo do potencial hidrocinético
• Método computacional CFD;
• Estudo do regime hidrológico ao longo do ano;
• Definição do potencial hidrocinético
• Escolha do melhor trecho
• Calculo do potencial teórico
PROJETO
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METODOLOGIA
• 1° Etapa – Definição de locais para realização do estudo
• 2° Etapa - Coleta de dados primários
• 3° Etapa – Planejamento de campo
• 4° Etapa - Coleta de dados de campo
• 5° Etapa –Tratamento dos dados
• 6° Etapa – Modelagem computacional
• 7° Etapa –Geração dos cenários
• 8° Etapa – Seleção do melhor trecho
• 9° Etapa – Definição do potencial
PROJETO
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TRABALHO DE CAMPO - UHE SAMUEL
Potência 216 MW
Localização Rio Jamari
Estado Rondônia
Município Candeias do Jamari
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PROJETO
TRABALHO DE CAMPO –UHE SAMUEL
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TRABALHO DE CAMPO - UHE CURUÁ-UNA
Potência 30.3 MW
Localização Rio Curuá-Una
Estado Pará
Município Santarém
PROJETO
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TRABALHO DE CAMPO –UHE CURUÁ-UNA
PROJETO
![Page 28: Painel 4 – Energia Hidrocinética no Norte do Brasil](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022051706/587aa5001a28abed218b45fb/html5/thumbnails/28.jpg)
TRABALHO DE CAMPO – EQUIPAMENTOS
PROJETO
Coletora Garmin 50DV
ADCP Work Horse Sentinel
DGPS
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TRABALHO DE CAMPO
PROJETO
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TRABALHO DE CAMPO PROJETO
Software Winriver II® para coleta e integração dos dados de correntometria
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TRABALHO DE CAMPO
PROJETO
ADCP
Ecobatímetro
DGPS
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MODELAGEM COMPUTACIONAL
• Análise dos dados obtidos em campo;
• Seleção das seções e trechos de interesse;
• Geração da geometria utilizando os dados da batimetria – ICEM CFD;
• Geração das malhas – ICEM CFD;
• Seleção das condições de contorno utilizando os dados obtidos com ADCP –CFX-Pre
• Cálculo computacional –CFX Solver Manager
• Processamento e análise dos resultados –CFD Post
PROJETO
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MODELAGEM COMPUTACIONAL
• Critério de Escolha das Seções:
• Velocidade média acima de 1,0 m/s
PROJETO
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MODELAGEM COMPUTACIONAL
PROJETO
Rio Jamari - RO
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MODELAGEM COMPUTACIONAL
PROJETO
Rio Curuá-Una - PA
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MODELAGEM COMPUTACIONAL
• Geometria e Malha
Entrada
Lado 1
Fundo
Lado 2
Superficie
Saida
PROJETO
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MODELAGEM COMPUTACIONAL -RESULTADOS
PROJETO
Seção de Entrada
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MODELAGEM COMPUTACIONAL -RESULTADOS
PROJETO
Seção de Saída
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MODELAGEM COMPUTACIONAL -RESULTADOS
PROJETO
Seção Intermediária
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MODELAGEM COMPUTACIONAL -RESULTADOS
v
PROJETO
![Page 42: Painel 4 – Energia Hidrocinética no Norte do Brasil](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022051706/587aa5001a28abed218b45fb/html5/thumbnails/42.jpg)
MODELAGEM COMPUTACIONAL -RESULTADOS
v
PROJETO
![Page 43: Painel 4 – Energia Hidrocinética no Norte do Brasil](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022051706/587aa5001a28abed218b45fb/html5/thumbnails/43.jpg)
DEFINIÇÃO DO TRECHO PARA IMPLANTAÇÃO DO PARQUE HIDROCINÉTICO
• UHE Curuá-Una
• Velocidade Média 2,5m/s
• Localização entre as seções de 25 à 28
• Trecho de estreitamento do leito do rio
PROJETO
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DEFINIÇÃO DO TRECHO PARA IMPLANTAÇÃO DO PARQUE HIDROCINÉTICO
PROJETO
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DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL HIDROCINÉTICO DO TRECHO
• Levantamento dos níveis e vazões calculadas trimestralmente pela curva-chave
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez
Q [
m³/
s]
Vazões defluentes ao reservatório da UHE Curuá-Una.
PROJETO
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DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL HIDROCINÉTICO DO TRECHO
A = 103,0ym - 122,8R² = 0,999
P = 83,97ym0,137
R² = 0,999
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
0
100
200
300
400
500
600
0 1 2 3 4 5 6 7 8
ymáx [m]
P [
m]
A [
m²]
A X y
P X y
y = 642,2621x - 2.308,1406R² = 0,9629
0
500
1000
1500
2000
2500
3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7
Q [
m³/
s]
ymáx [m]
Variação do perímetro e área molhada em função da profundidade máxima ymáx.
Curva chave do trecho de rio a ser simulado.
PROJETO
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DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL HIDROCINÉTICO DO TRECHO
PROJETO
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RESULTADOS
PROJETO
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RESULTADOS
Seção Potencia Hidráulica
Disponível [kW]
Energia Hidráulica
Disponível [MWh/ano]
Potência
Instalada [kW]
Fator de
Capacidade
Energia Gerada
[MWh/ano]
1 472.15 4136.06 190 0.43 713.14
2 251.50 2203.17 100 0.60 527.67
3 639.15 5598.95 260 0.63 1425.41
4 1579.22 13833.97 630 0.68 3755.80
5 1459.29 12783.38 580 0.69 3497.02
6 963.37 8439.13 390 0.57 1934.29
7 584.72 5122.19 230 0.67 1354.38
Σ 2380 Média: 0.63 13207.70
PROJETO
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SUMÁRIO
Introdução
Princípio de funcionamento
Estado da arte
Projetos no mundo
Projetos em países emergentes
Ciclo de vida da tecnologia
Projeto: Developing a hydrokinetic park downstream of Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants.
ConclusõesConclusõesRecomendações
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• Existe tecnologia nacional para a prospecção de potencial hidrocinético
• Identificado um trecho passível de se instalar um parque hidrocinético
• Trecho selecionado:
• Seções 25,26,27 e 28 da Jusante da UHE Curuá-Uma
• Velocidades médias: 2,7 m/s
• Potencia Instalada: 2.380 kW
• Energia gerada anual: 13.207 MWh/ano
• Fator de capacidade: 0,63
CONCLUSÕES
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Recomendações
• Identificar tecnologias que se adaptem às condições do trecho identificado;
• Definir e dimensionar o sistema de fixação da turbinas hidrocinéticas e do sistema de conexão elétrica à Usina Hidrelétrica de Curuá-Una;
• Conceber e dimensionar um sistema de proteção contra materiais em suspensão no rio;
• Buscar a viabilidade técnica e econômica do parque hidrocinético;
CONCLUSÕES
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Recomendações
• Implementar parcerias e intercâmbios com as instituições de pesquisa e desenvolvimento tecnologia a área de energias hidrocinéticas, tais como : Heriot Watt University, EMEC, Aquatera, Scott Renewables e MeyGen
• Criar sinergias com instituições nacionais para o desenvolvimento tecnológico em energias hidrocinéticas fluviais e oceânicas, tais como: UNIFEI, UNB, UFMA e UFRJ.
• Desenvolver tecnologias nacionais visando ganhos de eficiência nos componentes hidro-elétricos e de controle de parques hidrocinético;
• Elaborar procedimentos para a concepção, dimensionamento, arranjo e de implantação de parques hidrocinético,
• Promover um programa de prospecção do potencial hidrocinético na bacias amazônicas e dos trechos de potenciais remanescentes dos rios das regiões sul e sudeste
• Promover um programa de prospecção do potencial hidrocinético, de maré motriz e de ondas no litoral brasileiro, (iniciando pelos litorais das regiões Norte e Sul)
CONCLUSÕES
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CONCLUSÕES
Ilha MaracáCanal do Varador
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Agradecimentos
• À Embaixada do Reino Unido
• À Eletronorte
• À Fapepe
• À Equipe do CERPCH
• À Unifei
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OBRIGADO !!!www.cerpch.org.br