Energia Hidrocinética no Norte do Brasil

(1)

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

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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.

Conclusões

Conclusão

(3)

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,

(4)

SUMÁRIO

Introdução

Princípio de funcionamento

Estado da arte

Projetos no mundo

Projeto:

Developing a hydrokinetic park

downstream of Samuel and Curuá-Una

Hydropower Plants.

Conclusões

Conclusão

(5)

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 transversal com potenciais remanescentes

𝐸_𝐶 = 𝐶_𝑝 1

2𝜌𝐴𝑟𝑉1

3 _{= 𝑃}

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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

Projetos no mundo

Projeto:

Developing a hydrokinetic park

downstream of Samuel and Curuá-Una

Hydropower Plants.

Conclusões

Conclusão

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ESTADO DA ARTE : Mundo

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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

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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 Renewable Hydrokinetic turbine

(11)

Eixo Horizontal Turbina Tipo Darrieus, Gorlov – Turbina Fluxo Cruzado

Eixo Vertical

(12)

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

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.

Conclusões

Conclusão

(14)

ESTADO DA ARTE : Países

emergentes

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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)

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SUMÁRIO

Introdução

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.

Conclusões

Conclusão

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ESTADO DA ARTE : Ciclo de vida

Renováveis: Mercado e regulação

Desenvolvimento 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.

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SUMÁRIO

Introdução

Projetos no mundo

Projeto:

Developing a hydrokinetic park

downstream of Samuel and Curuá-Una

Hydropower Plants.

Conclusões

Conclusão

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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

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EQUIPE

• Prof. Dr. Geraldo Lucio Tiago Filho

Professor e Diretor do Instituto de Recursos Naturais Coordenador Geral

• Prof. Dr. Ramiro Gustavo Ramirez Camacho Professor do Instituto de Engenharia Mecânica Pesquisador orientador

• Msc. Camila Rocha Galhardo

Doutoranda em Engenharia da Produção Gerente

• Eng. Msc. Antonio Carlos Barkett Botan Doutorando em Engenharia Mecânica

Coordenador

• Eng. Msc. Ivan Felipe Silva dos Santos Doutorando em Engenharia Mecânica Pesquisador

• Eng. Dr. Júlio César Silva de Souza Doutor em Engenharia Mecânica

Pesquisador

• Eng. Msc. Roberto Meira Junior Doutorando em Engenharia Mecânica Pesquisador

• Eng. Laura Dardot Campello Mestrando em Engenharia da Energia Pesquisador

• Pedro Henrique de Oliveira Azevedo Lobão Graduando em Engenharia Mecânica

Pesquisador

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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.

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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

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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

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TRABALHO DE CAMPO - UHE SAMUEL

Potência 216 MW

Localização Rio Jamari

Estado Rondônia

(25)

PROJETO

(26)

TRABALHO DE CAMPO - UHE CURUÁ-UNA

Potência 30.3 MW

Localização Rio Curuá-Una

Estado Pará

Município Santarém

(27)

TRABALHO DE CAMPO – UHE CURUÁ-UNA

(28)

TRABALHO DE CAMPO – EQUIPAMENTOS

PROJETO

Coletora Garmin 50DV ADCP Work Horse Sentinel

(29)

TRABALHO DE CAMPO

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TRABALHO DE CAMPO

PROJETO

Software Winriver II® para coleta e integração dos dados de correntometria

(31)

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

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MODELAGEM COMPUTACIONAL

• Critério de Escolha das

Seções:

•

Velocidade média acima de 1,0 m/s

(35)

MODELAGEM COMPUTACIONAL

PROJETO

(36)

MODELAGEM COMPUTACIONAL

PROJETO

(37)

MODELAGEM COMPUTACIONAL

• Geometria e Malha

Entrada Lado 1 Fundo Lado 2 Superficie Saida

PROJETO

(38)

MODELAGEM COMPUTACIONAL

-RESULTADOS

PROJETO

(39)

MODELAGEM COMPUTACIONAL

-RESULTADOS

PROJETO

(40)

MODELAGEM COMPUTACIONAL

-RESULTADOS

PROJETO

Seção

(41)

MODELAGEM COMPUTACIONAL

-RESULTADOS

v

(42)

MODELAGEM COMPUTACIONAL

-RESULTADOS

v

(43)

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

(44)

DEFINIÇÃO DO TRECHO PARA IMPLANTAÇÃO

DO PARQUE HIDROCINÉTICO

(45)

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.

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DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL

HIDROCINÉTICO DO TRECHO

A = 103,0ym - 122,8 R² = 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 - 2.308,1406 R² = 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.

(47)

DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL

HIDROCINÉTICO DO TRECHO

(48)

RESULTADOS

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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

Projetos no mundo

Projeto:

Developing a hydrokinetic park

downstream of Samuel and Curuá-Una

Hydropower Plants.

Conclusões

Conclusões

(51)

• 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

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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;

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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)