A expansão de energia elétrica Escola Politécnica da UFRJ ... · de tão má qualidade, que não...

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A expansão de energia elétrica Escola Politécnica da UFRJ 16 de março de 2007 Jerson Kelman
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  • A expanso de energia eltrica

    Escola Politcnica da UFRJ

    16 de maro de 2007

    Jerson Kelman

  • CHEZY

    RSCPASCV

    CAS

    PVFF

    PVFASF

    ==

    ==

    22

    2

    2121

    S = tan

  • A mesma chuva intensa que no passado causava uma perturbao moderada, pode hoje

    causar uma grande enchente

    Ocupao desordenada lixo e eroso das encostas

    +Aumento da rea impermevel

    =

    Enchentes Urbanas

  • Por que ocorre escassez hdrica?

    a gua disponvel nos rios e lagos seria suficiente para atender demanda, mas no chega s casas das pessoas por falta de um sistema de abastecimento

    a quantidade de gua que flui pelos rios ou estestocada nos reservatrios insuficiente para atender ao consumo domstico e produo agrcola, industrial e energtica

    a quantidade de gua nos rios suficiente, mas de to m qualidade, que no pode ser utilizada

  • Conflitos pela gua

    cidades montante x cidades jusanteirrigantes montante x irrigantes jusanterecreao x produo energticauso na bacia x uso for a da bacia

  • ANA 6

    BACIA DO RIO PARABA DO SUL

  • Elevatria de S. Ceclia

    250 m3/s

    90 m3/s

    160 m3/s

    BACIA DO RIO PARABA DO SUL

  • BACIA DO RIO PIRACICABA

  • A BACIA DO RIO SO FRANCISCO

    FOZ

    NASCENTE

  • BACIA DO RIO SO FRANCISCO

    HIDRELTRICAS DO RIO SO FRANCISCO

    Potencial energtico: 10.356 MW = 17% energia do pas

  • CHESF UHE Sobradinho Rio So Francisco BA/PE

    Potncia: 1050 MW

    UHE Sobradinho - 1979

  • CHESF UHE Itaparica Rio So Francisco BA/PE

    Potncia: 1479 MW

    UHE Itaparica - 1988

  • CHESF CHE Paulo Afonso Rio So Francisco BA/PE/AL

    Potncia: 4.729 MW

    UHE Moxot - 1977

  • CHESF UHE XingRio So Francisco AL/SE

    Potncia: 3.162 MW

    UHE Xing - 1994

  • Alocao de gua na bacia do rio So

    Francisco

    2 43

    23,2

    133,585%

    289,5 42,8

    246,785%

    276,4 40,9

    235,585%

    13,3

    476,5 704,3 993,9

    96,1 14,2

    81,985%

    51596,9

    76

    MG BA BA PE AL18,9 27,7 37,1 111,9 50,0

    1485,0

  • 1. Transposio resolve o problema das populaes esparsas?

    Resp: No

    O que fazer?

    Cisternas e Programa gua Doce

  • 2. Transposio resolve o problema das populaes urbanas?

    Resp: Parcialmente

    O que falta?

    Adutoras e canais para fazer a gua caminhar dos audes para onde as pessoas vivem e trabalham

  • rio pe

    reniza

    doaude

    adutora

    transposio

  • 3. Transposio resolve o problema da m utilizao da infra-estrutura hdrica existente (por exemplo, poos e dessalinizadores)?

    Resp: No

    O que falta?

    Parceria Pblico Privada com os Pequenos: pagar a pequenos empreendedores locais por metro cbico de gua disponibilizada para a populao

  • 4. Transposio resolve o problema do saneamento ambiental (abastecimento de gua, esgotamento sanitrio, lixo, controle de enchentes)?

    Resp: No

    O que falta?

    Programa de revitalizao de bacias hidrogrficas

  • Se a Transposio no resolve nenhum destes problemas, por que faz-la?

    a) para aumentar a garantia de abastecimento das populaes urbanas

    b) para guardar gua excedente do rio So Francisco nos audes existentes na regio receptora, para uso futuro; existe excesso quando Sobradinho estiver quase cheio, na iminncia de jogar gua fora pelo ladro

  • Duas falcias:

    1) A gua hoje existente na regio receptora seria suficiente para abastecer toda a populao.

    verdade, desde que se proibisse a utilizao de gua para outro uso (indstria e irrigao). Ou seja, estrangular o desenvolvimento da regio.

    2) A retirada de gua secar o rio So Francisco.

    No verdade: o efeito da transposio na disponibilidade hdrica do rio So Francisco insignificante.

  • Segmentos do setor eltricoGerao

    (10 kV, 30 kV)

    Transmisso

    (345 kV, 500 kV)

    Subtransmisso

    (138 kV, 69 kV)

    Distribuio

    (13,8 kV)

  • Modelos setoriais

    O modelo de organizao de um setor eltrico pode ser caracterizado pelas respostas s seguintes perguntas: A quem pertencem os ativos de gerao,

    transmisso e distribuio? Quem decide preo e quantidade na operao do

    sistema? Quem decide os reforos da infra-estrutura de

    produo e transporte? Como so remunerados os investimentos?

  • Modelo centralizado A quem pertencem os ativos?

    Governo (federal e estadual) - Exemplo: Eletrobrs, Furnas, Cemig

    Quem decide a operao do sistema? O agente de planejamento (GCOI)

    Quem decide os reforos da infra-estrutura? O agente de planejamento (GCPS); o investimento feito

    pelas empresas estatais

    Como so remunerados os investimentos? Tarifa para o consumidor calculada pelo governo

  • Despacho econmico

    Operar o sistema definir, a cada etapa do tempo, quais usinas sero acionadas para atender a demanda de energia eltrica

    Entretanto os recursos disponveis (usinas) possuem custos de operao distintos

    Critrio: atender a demanda ao menor custo operativo possvel

  • Exemplo 1: Despacho trmico

    T1

    10 MW

    8 $/MWh

    T2

    5 MW

    12 $/MWh

    T3

    20 MW

    15 $/MWh

    Demanda = 20 MW

  • Usina trmica a gs ciclo simples

  • Usina trmica a gs com ciclo combinado

  • 2. Usina trmica a leo

  • Exemplo 1: Despacho trmico - soluo

    T1

    10 MW

    8 $/MWh

    T2

    5 MW

    12 $/MWh

    T3

    20 MW

    15 $/MWh

    Demanda = 20 MW

    10 MW 5 MW

    Custo = 10*8 + 5*12 + 5*15 = $215

    5 MW

  • Ex. 2: Despacho hidrotrmico - 1 estgio

    T110 MW

    8 $/MWh

    H110 MW

    100 hm3

    0.1 MWh/hm3

    T25 MW

    12 $/MWh

    T320 MW

    15 $/MWh

  • Usinas hidreltricas

    hqueda

  • A produo de energia eltrica E (MW) proporcional ao produto da vazo turbinada Q (m3/s) pela altura de queda lquida hliq(m)

    E = k (Q ) hliq Q

    Onde:k = acelerao da gravidade x 10-3(Q ) a eficincia do conjunto turbina-gerador(em p.u)hliq descrita a seguir

    Funo de produo de energia

  • Limites de armazenamento

    Volume mximo Se o volume mximo excedido, a barragem

    pode ser destruda; o excesso desviado para os vertedores

    Volume mnimo Volume abaixo do qual no se pode ou no

    se deve operar a usina

    Obs.: usina a fio dgua: volume mximo = mnimo

  • Maribondo1240

    P.Colombia1227Ibitinga

    909

    N.Avanhandava911

    C.I.Solteira914

    PortoPrimavera

    926

    S.Dias Jupia919

    A.SouzaLima908

    ML LeoProm.910

    BarraBonita907

    CachoeiraDourada1514

    Itumbiara1513

    SoSimo1515

    CapimBranco1510

    Miranda1509

    Corumb I1512

    Camargos1207

    EstreitoGrande1223

    Masc.Moraes1222

    Furnas1221

    FunilGrande1212

    Itutinga1208

    V.GrandeGde. 1226

    A.Vermelha1241

    Jaborandi1243

    A.E.Oliveira1237

    Barretos1242

    Caconde1233

    Euclides daCunha1236

    Viradouro1244

    SerraFalco1493

    Emborcao1505

    Bocaina1501

    A. A. Layner602

    Xavantes604

    Capivara616

    Rosana618

    Taquarau617

    L.N.Garoez605

    Canoas I606

    Canoas II607

    ItaipuBinac.620

    NovaPonte1508

    Igarapava1225

    Jaguara1224Usinas em

    Cascata

    Vt+1

    q2t, s2tq1t, s1t

    a3t

    1 2

    3

    1 2

    3

    Vt t = t + 1q3t, s3t

  • Caractersticas do despacho hidrotrmico

    O despacho hidrotrmico timo o que minimiza a soma do custo total = custo imediato + custo futuro (que depende da deciso do custo imediato)

    A soluo tima no gerar toda a hidreltrica logo no primeiro estgio, embora ela tenha custo operativo = zero. Por qu?

  • Porque a hidrologia incerta

    midas

    secas

    OK

    Deficitsecas

    midas

    Afluncias Futuras

    Utilizar osreservatrios

    Deciso

    No Utilizaros reservatrios

    OK

    Consequnciasoperativas

    vertimento

  • RESERVATRIO DE FURNAS

  • Mapa do Reservatrio UHE Furnas

  • C max : 768 m Vmax : 22,95 bi de m3 Amax: 1.440 km2C min : 750 m Vmin : 5,73 bi de m3 Amin: 530 km2H : 18 m Vutil : 17,22 bi de m3

    RESERVATRIO FURNAS

    Nvel dgua (N.A.) mximo

    Nvel dgua (N.A.) mnimo

    Barragem

    Sistema deSistema deAduoAduo

    Canal deFuga

    Casa deFora

    Volume Morto

    Volume tilVAZO VERTIDA MXIMA

    0 %

    100 %

  • RESERVATRIO DE FURNASEVOLUO DO NVEL

    750

    752

    754

    756

    758

    760

    762

    764

    766

    768

    1/1/1998

    1/4/1998

    30/6/1998

    28/9/1998

    27/12/1998

    27/3/1999

    25/6/1999

    23/9/1999

    22/12/1999

    21/3/2000

    19/6/2000

    17/9/2000

    16/12/2000

    16/3/2001

    14/6/2001

    12/9/2001

    11/12/2001

    11/3/2002

    9/6/2002

    7/9/2002

    6/12/2002

    6/3/2003

    CO

    TA (m

    )

  • CemigFurnasAES-TietCESPCDSA

    Camargos

    Rio Grande

    Igarapava

    V.Grande

    So SimoItumbiara

    Corumb I

    Emborcao

    Rio Paranaba

    Itutinga

    Funil Grande

    Furnas

    M.Moraes

    Estreito

    Jaguara

    P. Colmbia

    Marimbondo

    gua Vermelha

    C. Dourada

    Nova Ponte

    Rio Paran

    I. Solteira

    Jupi

    P.Primavera

    Itaipu

    Caractersticas do SIN - Interdependncia de Usinas em Cascata

    Miranda

    Mltiplos proprietrios

  • FURNAS UHE Estreito Rio Grande MG/SP

    Potncia: 1050 MW

    UHE Estreito 1969

  • FURNAS UHE Marimbondo Rio Grande MG/SP

    Potncia: 1440 MW

    UHE Marimbondo 1975

  • CESP UHE Porto Primavera Rio Paran SP/MS

    Potncia: 1540 MW

    UHE Porto Primavera - 2003

  • CESP UHE Ilha Solteira Rio Paran SP/MS

    Potncia: 3444 MW

    UHE Ilha Solteira - 1978

  • ITAIP BINACIONAL UHE ItaipRio Paran - Brasil/Paraguai

    Potncia: 14.000 MW

    UHE Itaip - 1984

  • Custo annual (milhes R$/ano)

    0

    100

    200

    300

    400

    500

    600

    748 750 752 754 756 758 760 762 764 766 768 770

    cota mnima

  • Eletrobrs

    (1) sia em desenvolvimento, exclusive China(2) inclusive ex-URSS

    Fonte: Energy Information Administration,Department of Energy, USA

    A Amrica Latina no MundoConsumo per capita anual de Energia Eltrica (kWh)

    16.600

    11.850

    7.650

    6.260

    3.515

    860 800 475

    1.685

    0

    2.000

    4.000

    6.000

    8.000

    10.000

    12.000

    14.000

    16.000

    18.000

    Canad EstadosUnidos

    Japo eAustrlia

    EuropaOcidental

    EuropaOriental (2)

    AmricaLatina

    China sia (1) frica

    MDIA MUNDIAL = 2.150

  • Eletrobrs

    40

    1917

    1311

    %

    Carvo Hidro Nuclear Gs Derivados dePetrleo

    Gerao de Energia Eltrica

    No Mundo

  • EletrobrsGerao de Energia Eltrica

    1,2

    96,8

    0,7 0 1,3

    % No Brasil

    Carvo Hidro Nuclear Gs Derivados dePetrleo

  • Eletrobrs

    3%5%10%11%12%

    17%24%

    36%45%

    60%61%62%

    83%

    0,0%

    10,0%

    20,0%

    30,0%

    40,0%

    50,0%

    60,0%

    70,0%

    80,0%

    90,0%

    100,0%

    ALEM

    ANHA

    JAPA

    ONO

    RUEG

    A USA

    ITAL

    IA

    CANA

    DA

    BRAS

    ILCO

    LOMB

    IA

    INDI

    A

    CHIN

    A

    RUSS

    IA

    PERU

    INDO

    NESI

    A

    HidreletricidadePercentual Utilizado do Potencial Hidreltrico

  • Eletrobrs

    4,04,36,0

    11,8

    70/80 80/90 90/00 00/10 (*)

    Crescimento Anual Mdio (%)

    16,1

    11,49,7

    8,2

    70/80 80/90 90/00 00/10 (*)

    Incremento Anual Mdio (TWh)

    Fonte ELETROBRS

    BrasilCrescimento do Consumo de Energia Eltrica

    Mesmo taxas menores de crescimento do consumo iro significar incrementos maiores e, portanto, maiores

    investimentos na expanso do parque gerador.

    (*) cenrio baixo de crescimento

  • EletrobrsDistncia entre AHE da Amaznia e Mercados do NE e SE

  • Joo Pesso

    Jacui

    Porto Alegre

    Florianpolis

    Curitiba

    So PauloRio de Janeiro

    Parabado Sul

    Uruguai

    Vitria

    BeloHorizonte

    Itaipu

    Grande

    Paranaba

    Paran/Tiet

    Campo Grande

    Iguau

    Tocantins

    Belm

    So Francisco

    Parnaba

    So Lus

    Teresina

    Fortaleza

    Natal

    Recife

    MaceiAracaj

    SalvadorCuiab

    Goinia

    Braslia

    Paranapanema

    Argentina

    Capacidade instalada = 92,865 MW Hidroeltrica = 71,060 MW - 76.5 % Trmica convencional = 19,798 MW - 21.3 % Nuclear = 2,007 MW - 2.2 %

    Unidades consumidoras = 56,3 milhesProduo = 415 TWh/ano(55% da Amrica do Sul)

    Rede de transmisso = 84,512 km

    Gerao: 2000 usinas 15% privadas

    Transmisso: 26 concessionrias 60% privadas

    Distribuio: 64 distribuidoras80% privadas

    Sistema Isolado

    O sistema eltrico brasileiro

  • Sistema Interligado Nacional - SIN

    Sistema Hidrotrmico de grande porte

    Aproveita a diversidade hidrolgica em funo da operao coordenada dos reservatrios

    Transmisso de grandes blocos de energia e a continuidade de suprimento

    96% da gerao no pas faz parte do SIN

  • 10 Maiores Agentes de Gerao(Capacidade Instalada)

    10 Maiores Agentes de Gerao(Capacidade Instalada)

  • Engenharia da hidroeletricidadeEngenharia da hidroeletricidade

    Monitoramento dos rios

    Estudos de Inventrio

    Estudos de Viabilidade

    Projeto Bsico

    Projeto Executivo

    Monitoramento dos rios

    Estudos de Inventrio

    Estudos de Viabilidade

    Projeto Bsico

    Projeto Executivo

  • Inventrio:Estudos Energticos;

    Inventrio:Estudos Energticos;

    Avaliao tcnico-econmicacomparativa entre

    alternativas de eixo

    Avaliao tcnico-econmicacomparativa entre

    alternativas de eixo

    Eixo(s) escolhido(s)Eixo(s) escolhido(s)

    Critrio deaproveitamento(s)

    timo(s)

    Critrio deaproveitamento(s)

    timo(s)

  • Projeto Rio MadeiraProjeto Rio Madeira

    Diviso da queda incluindo as usinas nacionais, binacional e boliviana

    AHE ESPERANZA ( BOLVIA)

    AHE GUAJARA MIRIM ( BINACIONAL)

    AHE JIRAU

    AHE S. ANTNIO

    AHE ESPERANZA ( BOLVIA)

    AHE GUAJARA MIRIM ( BINACIONAL)

    AHE JIRAU

    AHE S. ANTNIO

    AHE CACHUELA ESPERANZA (BOLVIA) ~600MW

    AHE GUAJARA-MIRIM (BINACIONAL) ~3.000MW

    AHE JIRAU 3.300MW

    AHE SANTO ANTNIO 3.150MW70

    118

    90

    COMPLEXO DO RIO MADEIRA

  • Hidrologia

    Hidrulica

    Energtico Dimensionamento estruturas

    - Topografia- Geologia- Hidrologia- Hidrulica

    Desvio Permanente

    Equipamentos eletromecnicos

    Consistncia dos estudos hidrolgicos

    Comportamento Hidrolgico

    Lay out (arranjo) + ajustado

    Viabilidade

  • Projeto Bsico

    - Desvio- Barragem- CHG- Equipamentos

    - Geomecnico- Hidrulico- Estrutural- Mecnico- Eltrico- Montagem

    Critrios de projeto

    Relatrio Aneel Relatrio Contratao EPC

    DetalhamentoDetalhamento

    DimensionamentoDimensionamento

    Termos de Referncia

    Especificaes Tcnicas

  • Projeto Executivo: E a fase na qual o projeto bsico

    detalhado para possibilitar a construo.

    Trata-se, portanto, de um detalhamento refinado dos estudos anteriores.

    Projeto Executivo: E a fase na qual o projeto bsico

    detalhado para possibilitar a construo.

    Trata-se, portanto, de um detalhamento refinado dos estudos anteriores.

  • UHE 14 de Julho - 2003

  • UHE 14 de Julho Ago/07

  • LOCALIZALOCALIZAO DOS EMPREENDIMENTOSO DOS EMPREENDIMENTOS

    RIBERALTARIBERALTA

    BRASILBRASIL

    BOLBOLVIAVIA

    PERUPERUUHE SANTO ANTNIOUHE SANTO ANTNIO

    UHE JIRAUUHE JIRAU

    UHE GUAJAR-MIRIMUHE GUAJAR-MIRIM

    UHE CACHOEIRA ESPERANZAUHE CACHOEIRA ESPERANZA

    RIO MA

    DEIRA

    Trplice Fronteira

  • Projeto Rio MadeiraProjeto Rio Madeira

    CARACTERSTICAS DAS USINAS

    AHE JIRAU AHE SANTO ANTNIO

    POTNCIA INSTALADA 3.300 MW 3.150 MW

    Com 44 unidades Bulbo de 75 MW

    Com 44 unidades Bulbo de 71,6 MW

    ENERGIA FIRME 2.152 MW 2.144 MW

    FATOR DE CAPACIDADE 0,65 0,68

    CUSTO DE IMPLANTAO DA

    USINA (base 08/2004)US$ 3.360 X 106 US$ 3.200 X 106

    COMPLEXO DO RIO MADEIRA

  • Projeto Rio MadeiraProjeto Rio Madeira

    Relao entre rea do reservatrio e potncia instalada

    USINAS NA REGIO

    AMAZNICA

    REA DO RESERVATRIO

    (km)

    POTNCIA (MW)

    REA DO RESERVATRIO / POTNCIA DA USINA

    (km / MW)

    BALBINA 2.360 250 9,44

    SAMUEL 584 217 2,69

    MANSO 387 210 1,84

    4.000 0,61

    8.000 0,30

    271 0,09

    107 (*) 0,03

    258 0,08

    140 (**) 0,043.300JIRAU

    3.150SANTO ANTNIO

    TUCURU1 ETAPA2 ETAPA

    2.414

    (*) Descontada a rea do rio, a qual representa 61% da rea do reservatrio.(**) Descontada a rea do rio, a qual representa 46% da rea do reservatrio.

    IMPACTO DO RESERVATRIOCOMPLEXO DO RIO MADEIRA

  • Descarga lquida

    Descarga slida

  • NVEIS DO RIO NEGRO NO PORTO DE MANAUS

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    1900 1905 1910 1915 1920 1925 1930 1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

    COTA MXIMA ENCHENTE (m)COTA MNIMA VAZANTE (m)Linear (COTA MXIMA ENCHENTE (m))Linear (COTA MNIMA VAZANTE (m))

    NVEIS DO RIO NEGRO NO PORTO DE MANAUS

    10

    15

    20

    25

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    1900 1905 1910 1915 1920 1925 1930 1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

    COTA MXIMA ENCHENTE (m)COTA MNIMA VAZANTE (m)Linear (COTA MXIMA ENCHENTE (m))Linear (COTA MNIMA VAZANTE (m))

  • Um Estado bem regrado quando:

    tem poucas leis e elas so rigorosamente observadas (Descartes)

    o trabalho valorizado

    Por que ocorre escassez hdrica?UHE Sobradinho - 1979UHE Itaparica - 1988UHE Moxot - 1977UHE Xing - 19941. Transposio resolve o problema das populaes esparsas?Resp: NoO que fazer?Cisternas e Programa gua Doce2. Transposio resolve o problema das populaes urbanas?Resp: ParcialmenteO que falta?Adutoras e canais para fazer a3. Transposio resolve o problema da m utilizao da infra-estrutura hdrica existente (por exemplo, poos e dessalinizador4. Transposio resolve o problema do saneamento ambiental (abastecimento de gua, esgotamento sanitrio, lixo, controle de eSe a Transposio no resolve nenhum destes problemas, por que faz-la?a) para aumentar a garantia de abastecimento das poDuas falcias:1) A gua hoje existente na regio receptora seria suficiente para abastecer toda a populao. verdade, deSegmentos do setor eltricoModelos setoriaisModelo centralizadoDespacho econmicoExemplo 1: Despacho trmicoUsina trmica a gs ciclo simplesUsina trmica a gs com ciclo combinado2. Usina trmica a leoExemplo 1: Despacho trmico - soluoEx. 2: Despacho hidrotrmico - 1 estgioUsinas hidreltricasLimites de armazenamentoCaractersticas do despacho hidrotrmicoPorque a hidrologia incertaUHE Estreito 1969UHE Marimbondo 1975UHE Porto Primavera - 2003UHE Ilha Solteira - 1978UHE Itaip - 1984UHE 14 de Julho - 2003UHE 14 de Julho Ago/07