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1. Análise de Projeto de Pequenas Hidro Curso Análise de Projeto de Energia Limpa Projeto de pequena hidro à fio dágua, Canadá Foto cedida por: SNC-Lavalin © Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.

2. Objetivos • Revisão dos conceitos básicos Sistemas de Pequenas Hidro • Ilustrar considerações chave para análise de projetos de Pequenas Hidro • Apresentar RETScreen® Modelo de Projeto de Pequenas Hidro © Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.

3. O que fornecem sistemas de pequenas hidro? • Eletricidade para • Rede Central • Redes isoladas • Fornecimentos remotos de energia …mas também… • Confiabilidade • Custos operacionais muito baixos • Exposição reduzida à volatilidade no preço da energia Foto cedida por : Robin Hughes/ PNS © Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.

4. Descrição do Sistema de Pequena Hidro Lâmina d`água Altura (m) Barragem e captação Casa de Força Grade de proteção Painel de contrôle adução Conexão à rede Pátio de manobra Vazão (m3/s) gerador Tubo de dreno turbina Potência ≈7 x Altura xVazão Corredeira

5. Projetos de “Pequenas” Hidro • “Pequena” não é uma definição universal • Porte do projeto relacionado não apenas à capacidade elétrica, porém também altura da queda d`água Potência Típica RETScreen®Vazão RETScreen®diâmetro do fluxo Micro < 100 kW < 0,4 m3/s < 0,3 m Mini 100 a 1,000kW 0,4 a 12,8 m3/s 0,3 a 0,8 m Pequena 1 a 50 MW > 12,8 m3/s > 0,8 m © Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.

6. Tipos de Projetos de Pequenas Hidro • Tipos de rede • Rede central • Rede isolada ou fora da rede • Tipos de obras civis • A fio d`água (de passada) • Sem reservatório de água • Potência varia conforme vazão do rio: menor potência firme • Reservatório • Maior potência firme durante ano • Normalmente necessita grande barragem 17,6-MW Projeto de Hidro à Fio d`água, Massachusetts, EUA Foto cedida por : PG&E National Energy Group/Low Impact Hydropower Institute 4,3-MW Projeto de Hidro à Fio d`água,Oregon, EUA Foto cedida por : FrontierTechnology/ Low Impact Hydropower Institute © Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.

7. Componentes: Obras civis • Tipicamente responsável por 60% dos custos iniciais da planta • Barragem de transbordamento • Barragem baixa de construção simples para fio d`água • Concreto, madeira, alvenaria • Custo da barragem pode inviabilizar projeto • Passagem da Água • Captação com grade e comporta; tubo de descarga na saída • Tunel escavado, tunel subterrâneo ou adutora • Válvulas/comportas na entrada/saída da turbina, para manutenção • Casa de Força • Abriga Turbinas, equipamentos elétricos e mecânicos Foto cedida por : Ottawa Engineering © Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.

8. Componentes: Turbina • Versões reduzidas das grandes turbinas hidro • Possivel eficiência de 90% • Em fio d`água, vazão é bastante variável • Turbina deve funcionar bem para variações de vazão ou utilizar múltiplas turbinas • Reação: Francis, hélices fixas, Kaplan • Para uso em alturas baixas a médias • Turbinas submersas usam pressão da água e energia cinética • Impulso: Pelton, Turgo, fluxo transversal • Para uso em grandes alturas • Usa energia cinética de um jato d`água de alta velocidade Turbina Pelton Foto cedida por : PO Sjöman Hydrotech Consulting Turbina Francis Foto cedida por : PO Sjöman Hydrotech Consulting © Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.

9. Componentes:Equipamentos Elétricos e Outros • Gerador • Indução • Deve ser ligado a outros geradores • Usado para enviar eletricidade a grandes redes • Síncrono • Pode funcionar isoladamente de outros geradores • Para uso individual e redes isoladas • Outros equipamentos • Ampliador de velocidade para compatibilizar turbina ao gerador • Válvulas, controles eletrônicos, dispositivos de proteção • Transformador © Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.

10. Recursos Hídricos Mundiais • Caem mais chuvas nos continentes do que deles se evaporam • Para equilibrio, chuvas devem retornar aos oceanos através dos rios Potencial Técnico (TWh/ano) % Desenvolvido Africa 1.150 3 Sul da Asia e Médio Oriente 2.280 8 China 1.920 6 Antiga União Soviética 3.830 6 América do Norte 970 55 América do Sul 3.190 11 América Central 350 9 Europa 1.070 45 Australásia 200 19 Fonte: Renewable Energy: Sources for Fuels and Electricity, 1993, Island Press. © Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.

11. Recursos Hídricos na Planta • Dependem da planta: um rio explorável é necessário! • Varia a elevação em distancias relativamente pequenas (altura / queda) • Variação aceitável do fluxo ao longo do tempo: curva de duração da vazão • Fluxo residual reduz fluxo disponível para potência • Estimar variação da curva de duração da vazão com base em • Medições da vazão ao longo do tempo • Dimensão do dreno acima da planta, extravazão específica e forma da curva de duração da vazão Curva de duração da vazão 50,0 40,0 30,0 Vazão (m³/s) 20,0 10,0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Porcentagem vazão tempo equalizada ou excedida (%) © Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.

12. Custo do Sistema de Pequena Hidro • 75% dos custos dependem da planta • Altos custos iniciais • Porém obras civis e equipamentos podem durar > 50 anos • Custos de manutenção e operação muito baixos • Um operador a tempo parcial é suficiente • Manutenção periódica de equipamentos principais requer serviço externo • Desenvolvimento de grandes quedas(alturas) tendem a ser menos caro • Faixa típica: 1.200$ a 6.000$ por kW instalado Foto cedida por : Ottawa Engineering © Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.

13. Projeto de Pequenas HidroConsiderações • Manter custos baixos com desenho prático e simples, estruturas civis de fácil construção • Barragens e estruturas civis existentes podem ser utilizadas • Período de desenvolvimento de 2 a 5 anos • Estudos ambientais e de recursos: aprovação • Quatro fases para trabalho de engenharia: • Estudos hidráulicos e pesquisas de reconhecimento • Estudo de pré-viabilidade • Estudo de viabilidade • Planejamento do sistema e projeto de engenharia Foto cedida por : Ottawa Engineering © Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.

14. Pequenas HidroConsiderações Ambientais • Desenvolvimento de pequenas hidro pode mudar • Habitat de peixes • Estética da planta • Uso recreativo / navegacional • Exigências de estudos de impacto e ambientais dependem da planta e do tipo de projeto: • À fio d`água em barragens existentes: relativamente menor • À fio d`água em locais subdesenvolvidos : construção de barragem/vertedouro/extravazadouro • Desenvolvimento do armazenamento de água: impacto maior que aumenta com a escala do projeto © Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.

15. Exemplos: Eslovakia, Canadá e EUASistemas de Pequenas Hidro na Rede Central • Usinas à fio d`água alimentarão a rede quando vazão disponível • De concessionária ou produtor independente com PPA de longo prazo Desenvolvimento Pequena Hidro, Sudeste, EUA Foto cedida por : CHI Energy 2,3-MW, 2 Turbinas, Jasenie, Eslovakia Desenvolvimento Pequena Hidro,Newfoundland,Canadá Foto cedida por : Emil Bedi (Foundation for Alternative Energy)/ Inforse Foto cedida por : CHI Energy © Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.

16. Exemplos: EUA e ChinaSistemas de Pequenas Hidro em Rede Isolada • Comunidades remotas • Residencias remotas & indústria Geradores Pequena Hidro, China Foto cedida por : International Network on Small Hydro Power • Preço mais alto pago pela eletricidade • Projetos à fio d`água tipicamente necessitam de capacidade suplementar e podem ter excesso de vazão King Cove 800 kW Sistema Pequena Hidro,Cidade de 700 Pessoas Foto cedida por : Duane Hippe/ NREL Pix © Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.

17. RETScreen®Pequenas HidroModelo de Projeto • Análise mundial da produção de energia, custo do ciclo de vida e redução das emissões dos gases de efeito estufa • Rede central, rede isolada e fora da rede • Micro hidro de turbina simples apequena hidro de multiplas turbinas • Método de custeio por “Formula” • Atualmente não cobertos: • Variações sazonais em cargas de rede isolada • Variações da altura em projetos de armazenamento (usuário deve fornecer valor médio) © Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.

18. RETScreen®Pequenas Hidro Cálculo de Energia Curva de duração da vazão Curva de duração da carga Cálculo da curva de eficiência da turbina Cálculo da capacidade da planta Cálculo da curva de duração da potência Cálculo da energia renovável disponível Ver e-Manual Análise de Projeto de Energia Limpa: RETScreen® Engenharia e Casos Capítulo de Análise de Projeto de Pequenas Hidro Cálculo da energia renovável despachada (rede isolada e Fora da rede) Cálculo da energia renovável despachada (rede central)

19. Exemplo Validação do RETScreen® Modelo de Projeto de Pequenas Hidro • Eficiência da Turbina • Comparada com dados dos fabricantes para uma instalação de 7 MW GEC turbina Alsthom Francis • Capacidade da planta & saída • Comparado com HydrA para planta na Escócia • Todos os resultados com 6,5% 100% Fabricante 80% RETScreen 60% Eficiência (%) 40% Curvas eficiência turbinas: 20% RETScreen vs. Fabricante 0% 0% 20% 40% 60% 80% 100% Porcentagem vazão nominal • Método de custeio pela fórmula • Comparado com RETScreen®, com 11% da estimativa detalhada de custo para um projeto de 6 MW project em Newfoundland © Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.

20. Conclusões • Projetos de pequenas hidro (até 50 MW) podem fornecer eletricidade para redes central ou isolada e para fornecimento remoto de energia • Projetos à fio d`água: • Menores custos e menor impacto ambiental • Mas necessitam de energia reserva em sistemas isolados • Custos iniciais altos e 75% dependem do local • RETScreen® estima a capacidade, a capacidade firme, saída e custos baseados nas características do local, tais como curva de duração da vazão e queda(altura) • RETScreen® pode trazer economias significativas dos custos do estudo de viabilidade preliminar © Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.

21. Perguntas? Módulo de Análise de Projeto de Pequenas Hidro RETScreen® International Curso de Análise de Projeto de Energia Limpa Para informações adicionais consultar a página Web do RETScreen em www.retscreen.net © Ministro de Recursos Naturais Canada 2001 – 2006.