Geração de Energia e Matriz Elétrica Brasileira

RECURSOS HÍDRICOS II Professora Mirian Desplanches mirianmercadoupedubr 3 GERAÇÃO DE ENERGIA Energia Capacidade de um sistema de realizar trabalho Imagem MMA 2017 4 GERAÇÃO DE ENERGIA MATRIZ ELÉTRICA BRASILEIRA Fonte ANEEL 2022 httpsapppowerbicomviewreyJrIjoiNjc4OGYyYjQtYWM2ZC00YjllLWJlYmEtYzdkNTQ1MTc1NjM2Iiwid CI6IjQwZDZmOWI4LWVjYTctNDZhMi05MmQ0LWVhNGU5YzAxNzBlMSIsImMiOjR9 5 GERAÇÃO DE ENERGIA MATRIZ ELÉTRICA BRASILEIRA As PCH foram concebidas para atender a demanda em pequenos centros urbanos e regiões rurais Possuem importante papel na descentralização de geração de eletricidade principalmente quando implantadas em locais isolados para atender comunidades carentes de energia Geralmente abastecem pequenos centros consumidores e não necessitam de instalações tão complexas para transmitir energia São implantadas junto a baixas quedas dáguas uma queda é considerada baixa quando inferior a 40 m entre 40 e 80 m média e acima de 80 m alta 6 GERAÇÃO DE ENERGIA MATRIZ ELÉTRICA BRASILEIRA Fonte ANEEL 2022 7 GERAÇÃO DE ENERGIA MATRIZ ELÉTRICA BRASILEIRA Fonte ANEEL 2022 8 GERAÇÃO DE ENERGIA Fonte VECHIA 2022 9 PRODUÇÃO E CONSUMO DEMANDA DE ENERGIA Fator de Carga Apresenta o comportamento típico da demanda diária mensal anual Ditada pelo mercado consumidor Definido como a razão entre a demanda média e a demanda máxima da unidade consumidora ocorridas no mesmo intervalo 10 PRODUÇÃO E CONSUMO DEMANDA DE ENERGIA 𝐹𝐶 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑀é𝑑𝑖𝑎 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 Ainda podese dizer que o FC é a razão entre a energia ativa consumida e a energia máxima que poderia ser utilizada em um intervalo de tempo 11 PRODUÇÃO E CONSUMO DEMANDA DE ENERGIA O fator de carga é um índice adimensional varia de 0 a 1 sendo que quanto mais próximo de 1 menor a diferença entre o consumo medido e a demanda máxima registrada O resultado próximo de 1 indica que as demandas instantâneas ao longo do tempo são próximas da demanda máxima 12 PRODUÇÃO E CONSUMO DEMANDA DE ENERGIA Quanto menor a variação da curva de carga em relação à potência média mais próximo da unidade estará o fator de carga 13 PRODUÇÃO E CONSUMO DEMANDA DE ENERGIA Fator de carga valores típicos Edificações residenciais 30 Edificações industriais 80 Sistema interligado 55 14 PRODUÇÃO DE ENERGIA SISTEMAS INTERLIGADOS O Sistema Interligado SIN é um sistema hidrotérmico de grande porte com forte predominância de usinas hidrelétricas e com múltiplos proprietários O SIN é formado pelas empresas das regiões Sul Sudeste CentroOeste Nordeste e parte da região Norte 4 subsistemas Apenas 17 da capacidade de produção de eletricidade do país encontrase fora do sistema interligado 212 sistemas isolados 15 PRODUÇÃO DE ENERGIA A água represada em reservatórios é uma bateria de armazenamento de energia Possui potencial gravitacional que se converte em energia cinética e se transfere para uma turbina a qual é formada por uma série de pás ligadas a um eixo conectado a um gerador A pressão da água sobre essas pás produz um movimento giratório no eixo da turbina gera um campo eletromagnético dentro do gerador e produz energia que passa por um transformador para aumentar a voltagem e facilitar a movimentação Passam cerca de 700 mil Ls de água em cada turbina 16 PRODUÇÃO DE ENERGIA httpswwwyoutubecomwatchvOkhEAVvRhQQ 17 PRODUÇÃO DE ENERGIA 𝑃 981 𝑄 𝐻 𝜂 P potência instalada kW Q vazão de engolimento m³s H queda m η rendimento ou eficiência do conjunto turbinagerador adimensional Potência instalada P máxima potência para a queda nominal e a vazão de projeto 18 CONSUMO DE ENERGIA 𝐸 𝑃 𝑡 P potência instalada kW t tempo h E energia gerada kWh Energia E Energia quantidade associada a um intervalo de tempo Potência valor instantâneo no tempo 19 PRODUÇÃO E CONSUMO DE ENERGIA Custo unitário da usina 𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑢𝑛𝑖𝑡á𝑟𝑖𝑜 𝐶𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑃𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎 20 PRODUÇÃO E CONSUMO DE ENERGIA Fator de capacidade da usina 𝐹𝑐𝑎𝑝 ത𝑃 𝑃𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎 ത𝐸 𝐸 E energia gerada a partir da capacidade máxima ou da máxima potência instalada 21 PRODUÇÃO E CONSUMO DE ENERGIA Idealmente é que o fator de capacidade seja o mais próximo possível de 1 Em geral usinas que operam na base operação constante tem alto fator de capacidade enquanto as usinas que operam na ponta operação não constante tem baixo fator de capacidade Potência firme ou primária PF potência garantida durante 100 do tempo equivale a vazão firme 22 PRODUÇÃO E CONSUMO DE ENERGIA 𝑃𝐹 981 𝑄𝐹 𝐻 𝜂 Energia firme ou primária EF energia produzida durante 100 do tempo equivalente a potência firme 𝐸𝐹 𝑃𝐹 𝑡 Potência e Energia Secundárias PS e ES potência ou energia que excede a potência ou energia firme Tratase da energia obtida pelos excessos de vazão afluente 23 PRODUÇÃO E CONSUMO DE ENERGIA O instrumento utilizado para a determinação das energias primária e secundária é a Curva de Permanência de Potências 24 PRODUÇÃO E CONSUMO DE ENERGIA Na curva de permanência de potências o volume de regularização indicado pela área hachurada passa a ser a quantidade de energia extra necessária para garantir a potência firme 25 EXERCÍCIO 1PRODUÇÃO E CONSUMO DE ENERGIA Dada uma vazão de 650000 ls uma queda nominal de 131 m e um rendimento do conjunto turbina gerador de 90 determinar a potência gerada 26 EXERCÍCIO 2PRODUÇÃO E CONSUMO DE ENERGIA Para uma usina com potência instalada de 1000 kW determine a energia possível de ser gerada 27 EXERCÍCIO 3PRODUÇÃO E CONSUMO DE ENERGIA Estimar o fator de capacidade associado a Usina Hidrelétrica de Itaipu sabendose que a potencia instalada é de 18 turbinas com capacidade de geração de 700000 kW cada a vazão média é de 7800 m³s e a queda nominal de 1184 m Adotar rendimento de 90 para o conjunto turbinagerador e trabalhar com a hipótese de que a usina opere em 100 do tempo e que utilize a vazão média para a geração durante todo o período de funcionamento 28 EXERCÍCIO 4PRODUÇÃO E CONSUMO DE ENERGIA Estime a capacidade de energia fornecida pela usina de Itaipu no período de um ano Além disso estime a quantidade de edificações residenciais que poderiam ser atendidas pela energia produzida na usina Adotar fator de capacidade determinado no exercício anterior e consumo médio residencial de 200 kWhmês Atividade avaliativa Resolução do exercício proposto 1 pertinente à produção e consumo de energia 30 PRODUÇÃO E CONSUMO DE ENERGIA 31 ATIVIDADE PROPOSTAEX 1 O hidrograma de vazões médias mensais de um trecho de rio em um ano de estiagem é apresentado na Tabela Neste trecho pretendese construir uma usina hidrelétrica com queda líquida de 20 m e eficiência do conjunto gerador de 90 Mês Q m³s J 1170 F 1500 M 2030 A 1170 M 800 J 1180 J 820 A 790 S 580 O 450 N 570 D 1520 32 ATIVIDADE PROPOSTAEX 1 1 Considerando que a máxima vazão utilizável está limitada a 150 m³s construa a curva de permanência de potências e determine a potência e energia firme disponíveis MW mês 2 Determine a capacidade do reservatório necessário para atender uma demanda de potência firme de 15 MW