produção hidrica e suas mais valias
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Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Centrais e Subestações
Produção Hídrica e suas mais-valias hoje
Carlos Jorge Araújo Nunes
David Pereira Nogueira Gomez
João Henrique Ferreira e Costa Tavares
Turma 9
22 de Dezembro de 2014
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Índice
Introdução ............................................................................................................................... 3
Produção Hídrica .................................................................................................................... 4
Funcionamento de uma central hidroelétrica...................................................................... 6
Mini-hídricas ...................................................................................................................... 7
Tipos de turbinas ................................................................................................................ 9
Aproveitamentos Hidrelétricos em Portugal ........................................................................ 10
Exemplos de aproveitamentos hidrelétricos – PRO ......................................................... 11
Mais valias da produção hídrica ........................................................................................... 12
Impactos negativos da produção hídrica. ............................................................................. 14
Conclusão ............................................................................................................................. 15
Referências ........................................................................................................................... 16
Anexos .................................................................................................................................. 17
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Introdução
A produção hidroelétrica tem um impacto muito significado nos dias de hoje,
embora muita gente não se aperceba, ao nível do custo da tarifa elétrica que é paga mas sua
importância não pára por aí. No decorrer deste trabalho serão estudados os vários tipos de
aproveitamentos hidroelétricos, tento em conta especialmente o caso português, será
analisada a sua constituição e forma como atuam no meio envolvente, principalmente no rio
onde estão inseridos.
Desde que o ser humano ganhou consciência que a
água é essencial à vida e o porquê de o ser, o nosso próprio
organismo é constituído por mais de 60% de água. No
princípio era apenas utilizada para consumo próprio, para
dar de beber aos animais e como um elemento essencial na
agricultura, não só para o cultivo dos alimentos mas também
para o seu processamento, como exemplo disso podem ser
considerados os moinhos. Como se sabe agora podem ainda
ser utilizadas das mais diversas formas para ajudar o
Homem, desde a produção hidroelétrica até aos tratamentos
medicinais.
Com o aparecimento do gerador elétrico e da
crescente evolução da eficiência das turbinas começou a
produzir-se energia partir da água que corria nos rios,
começando com centrais de pequenas dimensões que
produziam apenas para o consumo local até atingir
atualmente grandes dimensões com potências instaladas
proporcionais ao seu tamanho.
A energia hídrica é de origem renovável e limpa, ou
seja, não causa poluição. Como se sabe, os combustíveis fósseis não vão durar para sempre
e a sua utilização não é boa para o planeta, embora as tecnologias tenham evoluído ao
longo dos anos. A hídrica é uma fonte de energia que perdurará, se bem aproveitada e com
o aumento da eficiência das turbinas poderá vir a ser a alternativa mais forte em relação às
fontes não renováveis.
Em Portugal a energia hídrica foi a primeira forma de produção de eletricidade a ser
implementada, continua a estar principalmente concentrada a norte do país e constitui uma
fonte de energia indispensável ao sistema elétrico nacional. O sistema hidroelétrico
Figura 1. Moinho
Figura 2. A Barragem das Três
Gargantas é a maior do mundo e tem
uma potência instalada de 22,5GW
4
nacional é bastante desenvolvido mas mesmo assim poderia ser melhor aproveitado mas
com o tempo com certeza irá evoluir pois as vantagens que trás não são apenas a nível
energético mas se feito corretamente poderá melhorar as condições de vida de várias
populações.
Produção Hídrica
A produção hídrica em Portugal sempre teve importância no setor energético
nacional pois foi das primeiras formas de produção de energia neste país, ao longo dos anos
foram sendo feitos investimentos consideráveis neste setor:
Gráfico 1. Aumentos de potência instalada em grandes aproveitamentos hidroelétricos
Como se pode ver a potência que se tem vindo a acrescentar ao longo dos anos tem
vindo a aumentar, embora nos últimos anos tenha sofrido um abrandamento,
principalmente devido à crise económica.
O potencial hidrelétrico português e o seu aproveitamento são estimados em cerca
de 32TWh (potencial energético bruto), dos quais apenas 25TWh são tecnicamente a
aproveitáveis, aprofundando um pouco mais a questão, pode-se ainda dizer que apenas
21TWh são economicamente aproveitáveis. O gráfico seguinte divide os vários setores da
produção hídrica onde esse potencial pode ser aumentado:
150
1043
366
817 864 907
428
0
200
400
600
800
1000
1200
Antes de 1950
1951-1960 1961-1970 1971-1980 1981-1990 1991-2000 2001-2010
MW
Potência instalada
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Gráfico 2. Potencial por explorar em Portugal
Para terminar veremos agora os valores registados de produção hídrica nos últimos
anos:
Gráfico 3. Produção hídrica nos últimos anos em Portugal
Nota-se uma ligeira evolução na quantidade de energia elétrica produzida a partir
das centrais hidroelétricas ao longo dos anos, não é muito notório porque o caudal que
circula nos rios é claramente influenciado pela precipitação anual e pela sua distribuição
geográfica.
41%
41%
18%
POTENCIAL POR EXPLORAR (Potência disponível: 21 TWh)
Geração hidríca turbinavél Geração hidríca reversivél
Pequenas centrais hidrielétricas
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
GW
h
Evolução da produção ao longo dos últimos anos
Produção Hídrica
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Figura 3. Esquema de um Gerador / Turbina de uma
Barragem Hidroelétrica
Funcionamento de uma central hidroelétrica
Uma central hidroelétrica tem como
objetivo converter a energia mecânica
produzida pela rotação das pás de uma turbina
hidráulica (o que é descrito pela figura ao
lado), que por sua vez converte essa energia
em energia elétrica por meio de um gerador,
depois é ligada às linhas de transmissão
através dos transformadores. Nas instalações
hidroelétricas são utilizados diferentes tipos de
turbina, variando normalmente de acordo com
altura de queda e do caudal do rio para que
estão destinadas, assunto que será falado mais
à frente.
O esquema de funcionamento de um aproveitamento hidroelétrico pode ser
resumido no esquema seguinte:
Figura 4. Esquema de funcionamento de um aproveitamento hidroelétrico
A seguir é apresentado o esquema da barragem hidroelétrica do Alto Lindoso no rio
Lima:
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Figura 5. Esquema da barragem do Alto Lindoso
As centrais hidroelétricas podem ser divididas em três tipos, sendo eles:
Centrais de Alta Queda – Centrais com alturas de queda superiores a 200 metros.
Centrais de Média Queda – Centrais com alturas de queda entre 20 e 200 metros.
Centrais de Pequena Queda – Centrais com alturas de queda inferiores a 20 metros.
Estas por sua vez podem ser classificadas quando á sua capacidade regularizar o
caudal:
Centrais de albufeira (com ou sem bombagem) – Boa capacidade de regularização de
caudal, dependendo claro da sua capacidade de armazenamento.
Centrais a fio de água – Centrais sem capacidade de armazenamento, não
conseguindo assim regular os caudais.
Mini-hídricas
Embora se chamem mini-hídricas, estas não são centrais hídricas em tamanho
pequeno, pois têm em si características especiais. Nelas são aplicadas novas tecnologias por
forma a diminuir os seus custos, são desenhadas para serem simples e compactas e incluem
sistemas de automatização total da central. As turbinas utilizadas têm um rendimento
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bastante bom para variados regimes de funcionamento, utilizam também máquinas
síncronas como geradores.
As principais vantagens deste tipo de tecnologia são as seguintes:
Tem uma elevada eficiência, que se situa entre 70% e 90%;
Remuneras em regime especial;
A água que circula nos percursos hídricos não é difícil de prever;
Baixas taxas de variação;
Não tem impactos ambientais muito significativos;
A tecnologia já é utilizada há mais de 40 anos.
Existem vários tipos de configurações para as mini-hídricas:
Central com canal de adução e conduta forçada (exemplo apresentado na figura
abaixo) – São de alta-queda e situam-se longe da barragem;
Central apenas com conduta forçada – Centrais de baixa queda e situam-se perto das
barragens;
Central encastrada na barragem – São centrais de baixa queda e situam-se nas
próprias barragens;
Central só com canal de adução e câmara de carga – Centrais de baixa queda e que
se situam longe das barragens.
A composição geral de uma mini-hídrica pode ser representada pela seguinte figura:
Figura 6. Composição de uma mini-hídrica
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Este tipo de centrais está essencialmente ligada á produção dispersa e Portugal é um
país com condições para receber este tipo de estruturas e com conhecimento suficientes
para as explorar da melhor maneira.
Tipos de turbinas
O objetivo das turbinas hidráulicas é transformar a energia mecânica provocada
pelo fluxo de água ao fazer girar as pás de uma turbina que por sua vez colocam em
funcionamento um alternador que irá produzir eletricidade. Existem três tipos de turbinas
que são utilizadas em aproveitamentos hidroelétricos:
Turbinas Pelton – Também são conhecidas por “turbinas de ação”, apenas
funcionam submersas na água turbinada, a água ao incidir a roda móvel através de
jatos individualizados. É utilizada em aproveitamentos de baixo caudal e alta queda.
Figura 7. Turbinas Pelton
Turbinas Francis – Também conhecidas por “turbinas de reação”, a água penetra na
roda móvel por toda a periferia e trabalham no seio de um fluido turbinado. Este
tipo de turbinas é especialmente utilizado em aproveitamentos de média ou baixa
queda.
Figura 8. Turbinas Francis
Turbinas Kaplan – Este tipo de turbinas também são consideradas de “reação” mas
em relação às turbinas Francis diferem no número de pás pois nas Kaplan é menor,
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têm inclinação regulável e são em forma de hélice. É normalmente utilizada em
aproveitamentos a fio de água, destinadas para aproveitamentos de baixa queda e
grande caudal.
Em alguns aproveitamentos hidroelétricos é utilizada a bombagem e por vezes são
utilizados grupos de turbina-alternador-bomba.
Aproveitamentos Hidrelétricos em Portugal
Dada a dispersão geográfica das instalações de
produção hidroelétrica a EDP produção, responsável pela
gestão da maioria destes aproveitamentos, agrupou-os em
centros de produção, organizados de acordo com um critério
que agrupa as instalações de produção em função da bacia
hidrográfica onde se localizam. Dado que a zona norte e centro
do país tem um maior índice de pluviosidade as instalações
encontram-se, predominantemente, localizadas a norte do rio
Tejo (Figura 9), sendo a maior concentração nas bacias dos rios
Cávado, Lima, Ave, Douro, Mondego e Tejo. Alguns destes
cursos de água têm também centros electroprodutores nos seus
afluentes.
Assim, os centros estão organizados da seguinte forma:
Centro de Produção Cávado-Lima: agrupa as
instalações localizadas nas bacias hidrográficas do rio Cávado
(rios Cávado, Rabagão e Homem) e rio Lima;
Centro de Produção Douro: agrupa as instalações de produção localizadas na bacia
hidrográfica do rio Douro (nacional e internacional);
Centro de Produção Tejo-Mondego: agrupa as instalações localizadas nas bacias
hidrográficas dos rios Tejo, Mondego, Guadiana e na cascata da Serra da Estrela.
Além da produção em regime ordinário (PRO) relativa aos grandes aproveitamentos
hídricos do país englobados nos centros de produção acima referidos e que constituem
grande parte da produção hidroelétrica nacional, existe também a produção em regime
especial (PRE) relativa aos pequenos aproveitamentos, com uma potência instalada inferior
a 10 MW. Estas pequenas centrais hidrelétricas estão espelhadas quase na totalidade pelo
norte e centro do país algumas das quais com peso histórico ligado ao desenvolvimento
Figura 9. Aproveitamentos em
Portugal
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local e têm sofrido renovações ao longo dos anos devido aos seus numerosos anos de
serviço.
Exemplos de aproveitamentos hidrelétricos – PRO
Sistema Cávado-Lima
o Alto do Lindoso – é um aproveitamento de albufeira, entrou ao serviço em
1992 e situa-se no rio Lima, localizada a pouca distância da fronteira com
Espanha. É o centro produtor hidroelétrico mais potente instalado em
Portugal com 630 MW de potência total instalada. Caracteriza-se pela
capacidade de rápida entrada em serviço (cerca de 90 segundos) e tem uma
produtibilidade média anual de 909,6 GWh.
o Frades – é um aproveitamento de albufeira, entrou em serviço em 2005 e
situa-se no rio Rabagão. Tem capacidade de bombagem e conta com uma
potência instalada de 191 MW tendo uma produtibilidade média anual de
439 GWh.
Sistema Douro
o Miranda – é um aproveitamento de fio de água, entrou em serviço em 1960 e
conta com um reforço de potência em 1995, tendo atualmente 369 MW de
potência instalada. Situa-se no Douro internacional e tem uma
produtibilidade média anual de 879 GWh.
o Picote – é um aproveitamento de fio de água situado no Douro internacional,
entrou em serviço em 1958 e sofreu recentemente um reforço de potência
(2011), conta atualmente com uma potência instalada de 441 MW e tem uma
produtibilidade média anual de 1077 GWh.
o Bemposta – é um aproveitamento de fio de água situado no Douro
internacional, entrou em serviço em 1964 e em 2011 recebeu um reforço de
potência que contribui para uma potência instalada atualmente de 431 MW
tendo uma produtibilidade de 1052 GWh.
Sistema Tejo-Mondego
o Castelo do Bode – É um dos mais conhecidos e emblemáticos
aproveitamentos portugueses, entrou em serviço em 1951 e é um
aproveitamento de albufeira. Situa-se no rio Zêzere e conta com uma
potência total de 159 MW e uma produtibilidade média anual de 361 GWh.
o Alqueva – É um dos mais recentes aproveitamentos hidroelétricos
construídos em Portugal, situa-se no rio Guadiana e entrou em serviço em
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2003. Conta com um reforço de potência em 2012 o que lhe permite ter
atualmente uma potência instalada de 511 MW, tem uma produtibilidade
média anual de 300 GWh. É também o maior reservatório de água em
território nacional e o maior lago artificial da Europa devido à sua enorme
albufeira com 25000 ha.
Além destes exemplos, no final deste documento, em anexo, encontram-se uma lista
detalhada de todos os aproveitamentos pertencentes os dois regimes (ordinário e especial),
com informação detalhada de cada um e com valores da produção no ano de 2013.
Mais valias da produção hídrica
Complementaridade hídrica-eólica:
As centrais hidroelétricas equipadas com bombagem, permitem o uso eficiente do
excesso da produção eólica, armazenando nas horas de vazio para posterior turbinamento
nas horas de ponta. Nos períodos de maior produção de energia eólica, como por exemplo
durante a noite onde o consumo é geralmente reduzido (horas de vazio) levam a que exista
um excesso de energia. Essa energia é aproveitada pelas centrais hidroelétricas para
efetuarem bombagem voltando a encher as albufeiras e ficando com água disponível para
ser turbinada quando necessário.
O que permite um melhor aproveitamento tanto para os parques eólicos como para
as centrais hidroelétricas.
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Figura 30. Complementaridade hídrica-eólica
A nível ambiental:
o Contribuem amplamente para a redução da dependência energética e ajudam
na redução de emissões de ;
o Garantia de caudais de estiagem;
o Inexistência de resíduos de efeitos poluentes;
o Diminuição do risco inerente ao transporte marítimo e terrestre de
combustíveis fósseis.
Atenuam as anomalias pontuais do sistema:
o Possibilitam uma rápida resposta a variações bruscas de produção eólica por
ausência de vento;
o Atuam como fonte de segurança da rede em caso de falha do fornecimento;
o Mantém em níveis aceitáveis o recurso à reserva operacional térmica.
Aumenta a margem de manobra do Operador de Sistema na gestão diária do
diagrama de cargas, o que tem impacto nos preços e nas trocas do MIBEL;
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Bombagem em período de vazio aumenta a capacidade de turbinamento nas horas
cheias e pode reforçar exportações;
Tecnologia que melhor responde às flutuações da procura;
Sócios-económicos:
o Abastecimento de água;
o Regularização de caudais e controlo de cheias;
o Lazer e turismo;
o Reserva estratégica de água;
o Redução da dependência externa a nível de importação de combustíveis;
o Diminuição dos custos por emissões evitadas;
o Geração de emprego direto e indireto.
Impactos negativos da produção hídrica.
Como vimos anteriormente a produção hídrica trás muitas vantagens mas
infelizmente nem tudo é perfeito e a hídrica também trás consigo algumas desvantagens.
Desde logo podemos ver que implementar estruturas do tamanho de barragens com grandes
capacidades, exige consequentemente que tenha uma grande albufeira, têm impactos
consideráveis nos ecossistemas. Serão agora inumerados os principais impactos da
introdução de unidades de produção de energia hidroelétricas, serão também indicadas
formas se evitar ou mitigar esses impactos:
Impacto visual – Este é possivelmente o problema que a população se aperceba
melhor, por vezes estas estruturas maciças de betão cinzento encontram-se rodeadas
pela natureza o que distorce a naturalidade das coisas, e pode causar perturbações
aos animais que aí habitam. Os fatores ambientais já são muito ponderados no
planeamento das construções mas uma das formas de minimizar poderia ser pintar
parte dessas estruturas para que se misturem melhor com a natureza, mas é claro
que acarreta custos consideráveis.
Impacto na fauna do rio – Os percursos de migração dos peixes no rio são alterados,
o que pode colocar em causa a sobrevivência algumas espécies que aí habitam.
Quando se constroem as barragens são criados locais por onde estes animais podem
circular sempre que quiserem, o que minimiza bruscamente impacto negativo. Por
exemplo, a barragem do Touvedo possuí um dispositivo (elevador) para
transposição de peixes.
Alteração do caudal natural do rio – Este impacto existe mas praticamente já não
prejudica a população pois as barragens fazem o seu melhor para tentar minimizar o
número de inundações quando chove em demasia. Para o ser humano introdução de
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barragens teve impactos positivos pois permitiu fazer a regulação dos caudais dos
rios.
Alteração do ecossistema local – Com uma obra desta envergadura a fauna e a flora
são afetadas, algo que até já tinha sido referido em tópicos anteriores. A flora onde
assentar a estrutura será destruída e quanto a isso não há muito a fazer, na melhor os
estudos efetuados tentam evitar que espécies raras de plantas possam ser destruídas.
Quanto aos animais as coisas são diferentes pois estes com o decorrer das obras vão
abandonando o local, podem também descolocar-se alguns tipos de animais para
outros locais, a fim de os preservar.
Deslocação de populações – Algumas vezes os melhores locais para fazer estas
instalações encontram-se habitados e nesses casos é necessário deslocar a
população. Como exemplo podemos considerar a barragem do Alqueva pois a sua
construção exigiu o deslocamento da população que vivia naquele local. Mais uma
vez este problema foi resolvido pois a população foi realojada numa nova aldeia,
chamada Aldeia da Luz, com melhores condições do que a anterior.
Como se pode ver as construções das instalações de produção hídrica acarretam
também alguns problemas mas todos para a grande maioria deles existem soluções,
algumas inclusive são muito boas e melhoram a vida das pessoas.
Conclusão
Do presente trabalho podemos ver que Portugal é um país que apresenta boas
características para a implementação da produção hídrica dai ser um país com vários
aproveitamentos hidroelétricos.
O desenvolvimento da hidroeletricidade deve visto num perspetiva de
desenvolvimento sustentável, ou seja, economicamente viável, ambientalmente seguro e
socialmente responsável.
A produção hídrica representa uma opção de produção de eletricidade para a qual
estão bem identificados os impactos positivos e negativos associados. Cada vez mais os
aproveitamentos hidroelétricos têm demonstrado as suas mais-valias associadas e os
benefícios que trazem para o sistema electroprodutor. Face ao potencial demonstrado e as
suas características intrínsecas associadas a hidroeletricidade tem de ser valorizada como
parte fundamental do sistema electroprodutor nacional.
Pelo fato de a situação energética portuguesa ser difícil, isto é, ter uma forte
dependência externa, dependemos muito da importação de petróleo como energia primária,
e não termos ainda usado convenientemente os recursos endógenos de que dispomos torna-
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se importante olhar para outras formas de produção de energia, neste contexto a produção
hidroelétrica é uma alternativa bastante viável a que se deve dar importância.
Referências
[1]http://www.anossaenergia.edp.pt/centros_produtores/complementariedade_hidroeolica_
pe.php
[2] Hidroeletricidade em Portugal, Memória e Desafio, REN
[3] Em nome da energia hidroelétrica, da memória centenária ao futuro sustentável,
António Eira Leitão
[4] A hidroenergia no contexto nacional, Luís Braga da Cruz
[5] http://www.apren.pt/pt/energias-renovaveis/hidrica/
[6] Slides teóricos da unidade curricular Sistemas Elétricos de Energia
[7] Slides teóricos da unidade curricular Produção Dispersa
[8] Slides teóricos da unidade curricular Centrais e Subestações
[9] http://pt.wikipedia.org/wiki/Hidroel%C3%A9ctricas_em_Portugal
[10] http://pt.wikipedia.org/wiki/Usina_hidrel%C3%A9trica
[11] http://pt.wikipedia.org/wiki/Turbina_hidr%C3%A1ulica
[12] http://www.a-nossa-energia.edp.pt/centros_produtores/producao.php?cp_type=he&map_type=he
[13] Declaração ambiental 2012, Aproveitamentos Hidroelétricos da Direção de Produção
Hidráulica, EDP
[14] Sistema Electroprodutor da EDP, Fernando Faria, Museu da Eletricidade, EDP
[15] Produção Números 2013, EDP