-
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Caracterizao da Produo de Centrais Mini - Hdricas
Hlder Jos de Sousa Teixeira
Dissertao realizada no mbito do Mestrado Integrado em Engenharia
Electrotcnica e de Computadores
Major Energia
Orientador: Prof. Doutor Cludio Monteiro
Julho de 2009
-
ii
Hlder Jos de Sousa Teixeira, 2009
-
iii
Resumo
As Centrais Mini-Hdricas (CMH) esto entre os recursos renovveis
que ainda podem ser
aproveitados em Portugal.
De todos os recursos renovveis as CMH so das mais difceis de
compreender, devido s
caractersticas particulares de cada central, tanto na vertente
tcnica como na vertente da
envolvente e do prprio recurso.
Este trabalho estudar as caractersticas tcnicas dos componentes
das CMH e das envol-
ventes tpicas onde estas se encontram instaladas, pretendendo
contribuir para um levanta-
mento da tipificao das centrais instaladas em Portugal.
Do estudo das caractersticas de produo das CMH ser possvel
retirar concluses sobre
procedimentos de optimizao, sobre o perfil de produo e
estratgias de operao.
Por ltimo, o trabalho permitir caracterizar geograficamente o
recurso energtico, for-
necendo bases para o desenvolvimento de modelos de avaliao do
potencial para a instala-
o de CMH.
Palavras-chave: Avaliao do Recurso Energtico, Caracterizao de
Produo, Centrais
Mini-Hdricas.
-
iv
-
v
Abstract
The small hydropower plants are among the renewable resources
that can still be further
develop in Portugal.
Of all the renewable resources, the small hydropower plants are
some of the most diffi-
cult to understand, due to the particular characteristics of
each hydropower plant, in a
technical as well as environment and resource point of view.
This study will investigate the technical characteristics of the
small hydropower plants
components and the typical environments where they are
implemented. The goal of this
analysis is to describe the standardization of small hydropower
plants installed in Portugal.
After this investigation of the production characteristics of
the small hydropower plant,
it will be possible to reach conclusions about optimization
processes, production profiles and
operation strategies.
Finally, this dissertation will allow to describe geographically
this power resource, estab-
lishing basis for the development of models in order to evaluate
the potential small hydro-
power plants implementation.
Keywords: Small Hydropower Plants, Power Resource Evaluation,
Production Characteri-
zation.
-
vi
-
vii
Agradecimentos
Serve o presente momento para homenagear e agradecer a todas as
pessoas e instituies
que contriburam, directa ou indirectamente, para a elaborao e
sucesso desta dissertao,
evidenciando as seguintes:
Ao meu orientador, Professor Doutor Cludio Monteiro, uma palavra
de amizade e de pro-
fundo agradecimento pelo seu apoio constante e incansvel,
crticas e sugestes relevantes
que contriburam de forma benigna para o desenrolar desta
dissertao.
empresa Smartwatt e seus colaboradores pela disponibilidade de
recursos, colaborao
e apoio prestados no desenvolvimento desta dissertao.
Ao Engenheiro Joo Sousa pela sua amizade, apoio e
disponibilidade manifestada na revi-
so deste presente documento.
A todos os colegas e amigos, especialmente ao Carlos Oliveira,
Elsa Ferraz e Tiago Santos,
pelo apoio e amizade nas longas e difceis batalhas ao longo
destes ltimos cinco anos. Sere-
mos para sempre o Quarteto Maravilha.
Um agradecimento muito sentido para os meus pais, pelo estmulo
infatigvel e apoio
incondicional prestados desde o primeiro dia. Pela pacincia,
amizade e disponibilidade com
que sempre me ajudaram. No basta um muito obrigado para
agradecer tudo o que sou, que
devido educao que sempre se esforaram em me proporcionar.
A minha irm, Engenheira Ldia Teixeira que se tornou num exemplo
a seguir pela sua for-
a, coragem e determinao, bem como pelos seus preciosos conselhos
e dedicao prestada
ao longo da minha vida.
A todos os restantes familiares pela simpatia e preocupao que
sempre demonstraram,
no esquecendo os que partiram, mas que me deixaram bem presente
a sua marca.
A minha namorada Elsa pela sua enorme pacincia e compreenso,
pelo imenso carinho,
ternura, fora e coragem transmitida ao longo deste percurso, que
s assim tornou possvel
esta concretizao. Por todos estes aspectos e por muitos outros
que no tem fim, um autn-
tico muito obrigado.
-
viii
ndice
Resumo
..............................................................................................
iii
Abstract
..............................................................................................
v
Agradecimentos
...................................................................................
vii
ndice
...............................................................................................
viii
Lista de figuras
....................................................................................
xi
Lista de tabelas
....................................................................................
xv
Abreviaturas e Smbolos
........................................................................
xvi
Captulo 1
............................................................................................
1
Introduo
......................................................................................................
1 1.1- Enquadramento
.......................................................................................
1 1.1.1- O Recurso Hdrico no Contexto Ambiental
..................................................... 1 1.1.2-
Aproveitamentos Hidroelctricos
................................................................ 4
1.1.3- Necessidade da Caracterizao das CMH
....................................................... 6 1.2-
Motivao
..............................................................................................
7 1.3- Objectivos
.............................................................................................
8 1.4- Estrutura da Dissertao
............................................................................
8 1.5- Informao Usada na Dissertao
..................................................................
9
Captulo 2
..........................................................................................
11
Estado da Arte
................................................................................................
11 2.1- Mini-Hdricas
.........................................................................................
11 2.1.1- Um Interesse Recuperado
.......................................................................
11 2.1.2- Situao em Portugal
.............................................................................
12 2.1.3- Estatuto na EU-25
.................................................................................
13 2.1.4- Motivao
..........................................................................................
14 2.1.5- Dimensionamento e Classificao
.............................................................. 15
2.1.5.1- Potncia
..........................................................................................
16 2.1.5.2- Queda
............................................................................................
17 2.1.5.3- Caudal
............................................................................................
18 2.1.6- Regime de Explorao
............................................................................
18 2.1.7-
Constituio........................................................................................
19 2.1.7.1- Albufeira
.........................................................................................
20 2.1.7.2- Canal de Aduo
................................................................................
21 2.1.7.3- Cmara de Carga
...............................................................................
22
-
ix
2.1.7.4- Conduta Forada
................................................................................
23 2.1.7.5- Edifcio da Central
..............................................................................
24 2.1.7.5.1- Equipamentos Mecnicos
....................................................................
25 2.1.7.5.2- Equipamentos Elctricos
....................................................................
27 2.1.8- Configuraes
......................................................................................
28 2.1.8.1- Central com Canal de Aduo e Conduta Forada
......................................... 28 2.1.8.2- Central s com
Conduta Forada
............................................................. 29
2.1.8.3- Central Encastrada na Barragem
............................................................. 30
2.1.8.4- Central s com Canal de Aduo
............................................................. 31
2.1.8.5- Casos Especficos
...............................................................................
31 2.1.9- Avaliao do Recurso das CMH
..................................................................
33
Captulo 3
..........................................................................................
35
Caracterizao Hidrolgica
.................................................................................
35 3.1- Introduo
............................................................................................
35 3.2- Distribuio Geogrfica da Pluviosidade
......................................................... 35 3.3-
Caracterizao Temporal e Geogrfica da Pluviosidade
...................................... 38 3.3.1- Caracterizao da
Pluviosidade Horria
....................................................... 38 3.3.2-
Caracterizao da Pluviosidade Diria
......................................................... 40 3.3.3-
Caracterizao do Nmero de Dias com Chuva
............................................... 42 3.3.4-
Caracterizao do Nmero de Dias sem Chuva
............................................... 44 3.4- Correlao
Geogrfica da Pluviosidade
.......................................................... 46
3.4.1- Correlao Geogrfica da Pluviosidade Horria
.............................................. 47 3.4.2- Correlao
Geogrfica da Pluviosidade Diria
................................................ 48
Captulo 4
..........................................................................................
49
Caracterizao das Centrais
................................................................................
49 4.1- Introduo
............................................................................................
49 4.2- Caractersticas Principais
...........................................................................
49 4.2.1- Potncia
............................................................................................
49 4.2.2- Queda
...............................................................................................
52 4.2.3- Caudal
...............................................................................................
54 4.2.4- Eficincia Terica
.................................................................................
57 4.2.5- CMH versus Nmero e Tipo de Turbinas
....................................................... 58 4.2.6-
Eficincia versus Nmero e Tipo de Turbina
.................................................. 61 4.2.7- Queda
versus Caudal
..............................................................................
62 4.2.8- rea da Bacia
......................................................................................
64 4.2.9- Eficincia Real
.....................................................................................
67 4.2.10- Factor de Dimensionamento
...................................................................
68 4.2.11- Factor de Utilizao da Capacidade Instalada
.............................................. 69 4.2.12- Factor de
Utilizao do Caudal do Rio
....................................................... 71
Captulo 5
..........................................................................................
75
Caracterizao da Produo
................................................................................
75 5.1- Introduo
............................................................................................
75 5.2- Estudo da Produo em CMH
.......................................................................
76 5.2.1- Comportamentos Tpicos
.........................................................................
76 5.2.2- Decaimentos
.......................................................................................
80 5.2.3- Anlise dos Mximos
..............................................................................
82 5.2.4- Influncia da Pluviosidade
.......................................................................
84 5.2.5- Definio de Perfis Tpicos
......................................................................
88 5.2.6- Avaliao do Potencial Regional
................................................................
89
Captulo 6
..........................................................................................
97
Concluses
.....................................................................................................
97 6.1- Concluses Gerais
...................................................................................
97 6.2- Trabalhos Futuros
.................................................................................
100
-
x
Referncias
.......................................................................................
101
-
xi
Lista de figuras
Figura 1 Emisses de Dixido de Carbono no Mundo 2003-2030 [1].
............................... 2
Figura 2 - Quantidade de Emisses de CO2 no Mundo por Sector.
................................... 2
Figura 3 Percentagem de Produo de Cada Tipo de Energia a Nvel
Mundial [2]. ............. 3
Figura 4 Potencial Hdrico no Aproveitado vs. Dependncia
Energtica Externa [8]. ......... 4
Figura 5 - Evoluo da Energia Produzida a Partir de Fontes
Renovveis (TWh) [10]. ........... 5
Figura 6 Perspectiva de Evoluo da Capacidade Instalada Hdrica em
Portugal [8]. .......... 5
Figura 7 CMH em Operao na EU-25 e CC, em 2004 [24].
......................................... 13
Figura 8 Capacidade Instalada nas CMH nos Pases Membros da Unio
Europeia [26]. ........ 14
Figura 9 Central de Fio-de-gua.
.......................................................................
19
Figura 10 Central de Albufeira.
.........................................................................
20
Figura 11 Albufeira Tpica de um Aproveitamento a Fio-de-gua.
................................ 21
Figura 12 Albufeira Tpica de um Aproveitamento com Capacidade de
Regulao. ........... 21
Figura 13 Delimitao do Canal de Aduo.
.......................................................... 22
Figura 14 Delimitao da Cmara de Carga.
......................................................... 23
Figura 15 Delimitao da Conduta Forada.
.......................................................... 24
Figura 16 Turbina Pelton [40].
..........................................................................
25
Figura 17 Turbina Kaplan [40].
..........................................................................
26
Figura 18 Turbina Francis [40].
.........................................................................
26
Figura 19 Tipo de Turbina em Funo da Queda e Caudal [41].
.................................. 26
Figura 20 Eficincia em Funo da Percentagem do Caudal Nominal
[41]. ..................... 27
Figura 21 Central com Canal de Aduo e Conduta Forada.
...................................... 29
Figura 22 Central s com Conduta Forada.
.......................................................... 30
-
xii
Figura 23 Central Encastrada na Barragem.
.......................................................... 30
Figura 24 Central s com Canal de Aduo.
.......................................................... 31
Figura 25 Central Construda para Fornecimento de Energia
Indstria. ....................... 32
Figura 26 Central para Fim de Regadio.
..............................................................
32
Figura 27 Softwares e Metodologias Usadas para Avaliao de Locais
Disponveis para a Instalao de CMH [49].
.............................................................................
34
Figura 28 - Mapa da Quantidade de Precipitao Anual por Distrito.
.............................. 37
Figura 29 Precipitao Total Anual do Territrio Nacional [51].
.................................. 37
Figura 30 Caracterizao da Pluviosidade Horria para a Regio
Norte. ........................ 39
Figura 31 Caracterizao da Pluviosidade Horria para a Regio
Centro. ....................... 39
Figura 32 Caracterizao da Pluviosidade Horria para a Regio Sul.
........................... 39
Figura 33 Caracterizao da Pluviosidade Diria para a Regio Norte.
.......................... 41
Figura 34 Caracterizao da Pluviosidade Diria para a Regio
Centro. ......................... 41
Figura 35 - Caracterizao da Pluviosidade Diria para a Regio Sul.
............................. 41
Figura 36 Srie da Pluviosidade Diria do Ano 2007 para Cada
Regio. ......................... 43
Figura 37 Caracterizao do Nmero de Dias Sucessivos Com Chuva
para a Regio Norte. .. 43
Figura 38 - Caracterizao do Nmero de Dias Sucessivos com Chuva
para a Regio Centro. . 44
Figura 39 - Caracterizao do Nmero de dias Sucessivos com Chuva
para a Regio Sul. ...... 44
Figura 40 Caracterizao do Nmero de Dias Sucessivos sem Chuva
para a Regio Norte. ... 45
Figura 41 - Caracterizao do Nmero de Dias Sucessivos sem Chuva
para a Regio Centro. . 45
Figura 42 - Caracterizao do Nmero de Dias Sucessivos sem Chuva
para a Regio Sul. ...... 46
Figura 43 Correlao da Pluviosidade Real e Prevista Horria.
................................... 47
Figura 44 - Correlao da Pluviosidade Real e Prevista Diria.
..................................... 48
Figura 45 Histograma da Potncia Instalada nas CMH.
............................................. 50
Figura 46 Mapa da Distribuio da Potncia das CMH em Portugal.
.............................. 51
Figura 47 Histograma da Distribuio da Queda nas CMH.
......................................... 52
Figura 48 Mapa da Distribuio das Quedas nas CMH em Portugal.
.............................. 53
Figura 49 - Histograma da Distribuio do Caudal nas CMH.
........................................ 54
Figura 50 Histograma da Distribuio do Caudal entre 0 e 20m3/s.
.............................. 55
Figura 51 - Mapa da Distribuio do Caudal nas CMH em Portugal.
................................ 56
-
xiii
Figura 52 Histograma da Frequncia de Eficincia nas CMH.
...................................... 57
Figura 53 Histograma do Nmero de Turbinas Aplicadas nas CMH.
............................... 58
Figura 54 Histograma do Tipo de Turbinas Aplicadas nas CMH.
................................... 59
Figura 55 - Mapa da Distribuio das Turbinas nas CMH em Portugal.
............................. 60
Figura 56 Histograma da Eficincia em Funo do Nmero de Turbinas.
........................ 61
Figura 57 Histograma da Eficincia em Funo do Tipo de Turbina.
............................. 62
Figura 58 Identificao do Tipo de Turbina atravs da Caracterstica
Queda vs Caudal. ..... 63
Figura 59 Eficincia dos Diferentes Tipos de Turbina em Funo da
Caracterstica Queda versus Caudal.
........................................................................................
64
Figura 60 Histograma da Frequncia versus a rea da Bacia.
..................................... 65
Figura 61 - Mapa da Distribuio das reas da Bacia nas CMH em
Portugal. ...................... 66
Figura 62 Recta Caracterstica da Eficincia Real.
.................................................. 67
Figura 63 Grfico do Factor de Dimensionamento.
.................................................. 68
Figura 64 Histograma do Factor de Utilizao da Capacidade
Instalada. ........................ 70
Figura 65 Factor de Utilizao da Capacidade Instalada em Funo da
Potncia. ............. 70
Figura 66 Histograma do Factor de Utilizao do Caudal do Rio.
................................. 72
Figura 67 Factor de Utilizao do Caudal do Rio em Funo da rea da
Bacia. ................ 73
Figura 68 Factor de Utilizao do Caudal do Rio vs Factor de
Utilizao da Capacidade Instalada.
..............................................................................................
74
Figura 69 Caracterstica de Produo de uma CMH em Funo do Tempo.
..................... 76
Figura 70 Estratgia de Operao 1.
...................................................................
77
Figura 71 Estratgia de Operao 2.
...................................................................
77
Figura 72 Produo da Central A.
......................................................................
78
Figura 73 Produo da Central B.
......................................................................
78
Figura 74 Produo da Central C.
......................................................................
78
Figura 75 Produo da Central D.
......................................................................
78
Figura 76 - Relao entre a Produo e a Pluviosidade para a Central
A. ......................... 79
Figura 77 Decaimentos Caractersticos para a Central A.
.......................................... 80
Figura 78 Decaimento A para a Central A.
............................................................ 81
Figura 79 Decaimento B para a Central A.
............................................................ 81
Figura 80 Decaimento vs Queda/Caudal.
.............................................................
82
-
xiv
Figura 81 Mximos de Produo da CMH.
.............................................................
83
Figura 82 Factor de Utilizao do Caudal do Rio vs Rcio de Mximos
de Produo. ......... 83
Figura 83 - Correlao Cruzada entre Produo e Pluviosidade.
................................... 86
Figura 84 Atraso vs. Queda/Caudal.
...................................................................
87
Figura 85 Atraso vs. rea da Bacia.
....................................................................
87
Figura 86 Curvas dos Perfis Anuais de Produo.
.................................................... 88
Figura 87 Rede Hidrogrfica do Territrio Portugus [51].
........................................ 91
Figura 88 Altimetria do Territrio Portugus [51].
.................................................. 91
Figura 89 Declives Mdios ao Longo do Perfil do Percurso dos Rios
e Ribeiras(os) por Concelho ao longo do Territrio Nacional.
...................................................... 92
Figura 90 Potencial Disponvel por Concelho.
........................................................ 94
Figura 91 Percentagem do Potencial Mini-Hdrico Explorado por
Distrito. ...................... 96
-
xv
Lista de tabelas
Tabela 1 Classificao das CMH quanto Potncia.
................................................ 16
Tabela 2 - Classificao das CMH quanto Altura da Queda.
....................................... 17
Tabela 3 Nmero de Dias por Ano com Precipitao para as Diferentes
Regies............... 42
Tabela 4 Avaliao do Potencial por Distrito para a Instalao de
CMH. ........................ 95
-
xvi
Abreviaturas e Smbolos
Lista de abreviaturas
apren associao de energias renovveis
ASCE American Society of Civil Engineers
CC Candidate Countries
CCF Cross Correlation Function
CEE Comunidade Econmica Europeia
CGUL Centro de Geofsica da Universidade de Lisboa
CMH Centrais Mini-Hdricas
EDP Energias de Portugal
ESHA European Small Hydro Association
EU European Union
FEDER Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional
FEUP Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
GEE Gases de Efeito de Estufa
GFS Global Forecast System
HES HydroPower Evaluation Software
ICAT Instituto de Cincia Aplicada e Tecnologia
IEA International Energy Agency
IMP Integrated Method for Power Analysis
MATLAB MATrix LABoratory
MM5 Fifth Generation Penn State / NCAR Mesoscale Model MM5
PNBEPH Programa Nacional de Barragens com Elevado Potencial
Hidroelctrico
PRE Produo em Regime Especial
SENV Sistema Elctrico No Vinculado
SPSS Statistical Package for the Social Science
UNIPEDE Union Internationale ds Producteurs et Distributers
DEnergie Elctrique
-
xvii
Lista de smbolos
% Percentagem
A rea da Bacia Hidrogrfica
Alti Altimetria
Altimxima,i Altimetria mxima do rio ou ribeira(o) i
Altimnima,i Altimetria mnima do rio ou ribeira(o) i
CO2 Dixido de Carbono
declivei Declive do rio ou ribeira(o)
fD Factor de dimensionamento
fu Factor de Utilizao do Caudal do Rio
g Acelerao da gravidade
GWh Gigawatt-hora
H Queda
Hb Altura Queda Bruta
Hbmx Altura Queda Bruta Mxima
Hmdia Queda mdia
Hu Altura Queda til
kg/m3 Quilograma por metro cbico
km Quilmetro
km2 Quilmetro Quadrado
kW Quilowatt
kWh Quilowatt-hora
L Comprimento
l Litro
m Metro
m/s2 Metro por segundo quadrado
m2 Metro Quadrado
m3/s Metro Cbico por segundo
mm Milmetro
MVA Megavolt Ampere
MW Megawatt
n. Nmero
P Potncia Instalada
Pluv Pluviosidade
Pmxima Potncia Mxima
Pmdia Potncia mdia
Potencial Potencial disponvel numa regio
Q Caudal
s Segundo
-
xviii
TWh Terawatt-hora
Up Factor de Utilizao da Capacidade Instalada
xt Valor de Pluviosidade da central no instante t
xt-1 Valor de Pluviosidade central no instante t-1
yt Valor de Produo da central no instante t
yt-1 Valor de Produo da central no instante t-1
Eficincia do sistema
Decaimento
2 Varincia
Densidade da gua
-
Captulo 1
Introduo
Esta dissertao de mestrado foi realizada no mbito do Mestrado
Integrado em Engenha-
ria Electrotcnica e de Computadores, na Faculdade de Engenharia
da Universidade do Porto
(FEUP).
Neste trabalho de dissertao ser realizado um trabalho abrangente
sobre a tipificao
de caractersticas das Centrais MiniHdricas (CMH) em Portugal.
Este trabalho envolve trs
componentes:
Estudo e tipificao das caractersticas tcnicas das centrais e das
caractersticas
da envolvente;
Tipificao das produes das CMH, caracterizando o perfil de produo
e as
estratgias de operao;
Caracterizao do recurso hidrolgico identificando indicadores de
recurso e
desenvolvendo metodologias de avaliao regional do potencial
energtico para
instalao de CMH;
Este captulo apresenta uma viso da temtica e define quais os
objectivos e motivao
inerentes sua realizao. No final do captulo apresenta-se uma
breve explicao da organi-
zao estrutural da dissertao.
1.1- Enquadramento
1.1.1- O Recurso Hdrico no Contexto Ambiental
Actualmente as preocupaes mundiais incidem maioritariamente nas
questes dos
impactos ambientais, especificamente na quantidade de Dixido de
Carbono (CO2) emitido
-
2 Introduo
2
para a atmosfera. Deste modo, urge a necessidade de implementar
polticas ambientais com
a finalidade de travar a progresso de emisses de gases.
Como se pode observar pela Figura 1, a quantidade de CO2 tem
vindo a aumentar cons-
tantemente, prevendo-se que esse aumento seja progressivo at
2030.
Figura 1 Emisses de Dixido de Carbono no Mundo 2003-2030
[1].
Numa primeira abordagem, uma forma simples de resolver esta
questo identificar os
sectores que emitem maiores quantidades de CO2 em proveito das
suas funes, de forma a
ser possvel identificar os focos do problema. Concretamente,
pela observao da Figura 2,
constata-se que o sector a nvel mundial que liberta uma maior
quantidade de emisses de
CO2 o sector ligado produo de electricidade e calor. Assim
sendo, torna-se imprescind-
vel pensar em formas de combater este problema.
Figura 2 - Quantidade de Emisses de CO2 no Mundo por Sector.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
2003 2004 2005 2010 2015 2020 2025 2030
Bili
e
s d
e T
on
ela
das
de
CO
2
Ano
32%
4%
16%20%
7%
21%Electricidade e Produo de calor
Outras Industrias de Energia
Fabricas e Construo
Transportes
Residencial
Outros Sectores
-
O Recurso Hdrico no Contexto Ambiental 3
Aps identificar o sector que induz maior emisso de gases existe
a preocupao de iden-
tificar as razes e os possveis pontos de actuao para minimizar
estes efeitos. A Figura 3
evidencia que aproximadamente 85% da produo de electricidade e
calor provm de com-
bustveis fsseis. Porm, alm dos combustveis fsseis terem uma
durao limitada aquando
da sua queima para a produo de electricidade existe a libertao
de gases de efeito de
estufa (GEE) como o caso do CO2. Por estas razes tem surgido um
crescente interesse nas
energias renovveis, pois para alm de possuir um carcter
infinito, dado que so provenien-
tes de fontes de energia inesgotveis, aquando do seu
funcionamento no existe, praticamen-
te, nenhuma libertao de CO2 para a atmosfera. Deste modo permite
a minimizao dos
impactes ambientais.
Figura 3 Percentagem de Produo de Cada Tipo de Energia a Nvel
Mundial [2].
A implementao de energias renovveis assumiu relevncia e
interesse aps a criao do
Protocolo de Kyoto [3]. Este protocolo consistiu num compromisso
de limitar o aumento de
emisses de CO2 para os pases aderentes. de salientar que este
protocolo foi proposto a
nvel mundial, havendo contudo recusas de alguns pases em aceitar
este acordo. Portugal
um dos pases aderentes e tem como meta limitar em 27% o aumento
das emisses de GEE no
perodo de 2008 a 2012, relativamente ao valor de 1990 [4].
Analogamente, a Comunidade Europeia criou uma directiva
comunitria 2001/77/CE [5]
que visa estabelecer o limite a atingir por cada pas na
percentagem de energia fornecida aos
consumidores, originria das energias renovveis. Portugal assumiu
o compromisso de em
2010 39% da energia total fornecida aos consumidores seja
proveniente de fontes de carcter
renovvel. No entanto esse objectivo foi aumentado para 45%, at
2010 [6].
22%23%
40%
8%
1%
36%
5%
53%
5%
7 %
Carvo
Gs Natural
Petrleo
Nuclear
Solar
Hidrica
Geotrmica
Biomassa
Elica
-
4 Introduo
4
Tomando em considerao as imposies legais torna-se essencial
aumentar e reforar a
energia proveniente de recursos endgenos. Segundo [7] o aumento
de produo de electrici-
dade proveniente de fontes renovveis s poder ser realidade
atravs do recurso a centrais
hidroelctricas ou elicas. Este facto justificvel, uma vez que as
restantes fontes de ener-
gia renovvel ainda apresentam um estado de desenvolvimento
tecnolgico que a curto e a
mdio prazo no lhes permitir atingir a quota desejada, alm de
actualmente ainda apre-
sentarem falta de competitividade.
Em Portugal, a primeira fonte de energia renovvel que assumiu
peculiaridade e interes-
se para colmatar as necessidades da sociedade, foi a energia
proveniente da gua atravs das
centrais hidroelctricas. Contudo aps um perodo inicial de
explorao ocorreu uma estag-
nao na explorao e desenvolvimento de aproveitamentos
hidroelctricos.
Como se pode observar pela Figura 4, Portugal um dos pases a
nvel europeu que apre-
senta uma maior percentagem de potencial hdrico no explorado
face s dependncias ener-
gticas externas. Assim, a energia hdrica atravs do aumento do
potencial hidroelctrico
nacional uma das solues com vista ao cumprimento dos objectivos
delineados.
Figura 4 Potencial Hdrico no Aproveitado vs. Dependncia
Energtica Externa [8].
Concretamente, foi criado o Programa Nacional de Barragens com
Elevado Potencial
Hidroelctrico (PNBEPH), que tem como objectivo identificar e
definir prioridades para os
investimentos a realizar em aproveitamentos hidroelctricos no
horizonte de 2007 a 2020 [9].
1.1.2- Aproveitamentos Hidroelctricos
No panorama das energias renovveis, os aproveitamentos
hidroelctricos apresentam um
elevado contributo em termos energticos (ver Figura 5), estes
possuem capacidade de arma-
-
Aproveitamentos Hidroelctricos 5
zenamento, que lhes permite indirectamente armazenar energia.
Alm disso, estes aprovei-
tamentos so caracterizados pela sua elevada eficincia,
disponibilidade e acima de tudo
pela elevada capacidade de flexibilidade de produo [7].
Figura 5 - Evoluo da Energia Produzida a Partir de Fontes
Renovveis (TWh) [10].
No que diz respeito ao potencial hidroelctrico nacional, segundo
dados de Maro de
2009, existem cerca de 4814MW instalados, sendo 299MW produzidos
a partir de CMH, com
capacidade at 10MW [10].
Porm, com o PNBEPH perspectiva-se uma evoluo de capacidade
hdrica instalada, para
2020, de 7000MW (ver Figura 6).
Figura 6 Perspectiva de Evoluo da Capacidade Instalada Hdrica em
Portugal [8].
Contudo, pelo facto de os melhores locais de instalao de
centrais hidroelctricas de
grande porte j se encontrarem explorados e por induzirem maiores
impactos ambientais, as
CMH assumem uma particular importncia para a segurana de
abastecimento e para o cum-
-
6 Introduo
6
primento dos compromissos assumidos com as energias renovveis,
constituindo uma tecnolo-
gia que beneficia das caractersticas da produo de energia
elctrica descentralizada.
Segundo [11] as CMH apresentam-se como um dos mtodos mais
econmicos de produo
de energia elctrica, uma vez que apresentam elevada
confiabilidade e flexibilidade de ope-
rao, devido existncia de mecanismos que lhe permitem dar uma
resposta imediata a
mudanas rpidas do sistema.
Este tipo de centrais ostenta tempos de vida til elevados, que
em alguns casos pode
atingir valores superiores a 50 anos, sendo o perodo de construo
relativamente curto (um a
dois anos).
Portanto, as CMH so totalmente independentes das variaes do
custo do petrleo e
permitem a produo descentralizada prxima dos locais de consumo o
que possibilita a
reduo de perdas nas linhas de transmisso. Este tipo de centrais
pode ser controlado dis-
tncia, dispensando portanto a presena humana no edifcio da
central.
Refira-se que, em termos estatsticos, dados confirmam que em
Maro de 2009 a potncia
total instalada em aproveitamentos hidroelctricos at 10MW de
299MW, com uma produ-
o estimada de 562GWh [10]. Em perspectivas futuras, as previses
apontam para uma
potncia instalada de cerca de 400MW e uma produo estimada anual
de 1600GWh [12].
1.1.3- Necessidade da Caracterizao das CMH
Actualmente uma quantidade significativa de energia elctrica
gerada a partir de fontes
de energia renovveis, especificamente as CMH so uma dessas
fontes de energia. Contudo,
at ao momento ainda no foi dado destaque forma de produo das
CMH, isto , no foram
estudados e caracterizados os perfis de produo deste tipo de
aproveitamentos hidroelctri-
cos.
A produo nas CMH depende, essencialmente, das caractersticas
fsicas do terreno,
especificamente da altura de queda e do caudal, que de forma
directa permitem determinar
a potncia a instalar neste tipo de aproveitamentos. Porm, no se
podem desprezar factores
como a sua localizao geogrfica, o tipo e quantidade de turbinas
que so utilizadas na cen-
tral, nem o modo de explorao. Isto , se uma central com
capacidade de armazenamento
designada por central de albufeira, seno uma central a
fio-de-gua. Assim sendo, a asso-
ciao das caractersticas enumeradas anteriormente pode auxiliar
na caracterizao do tipo
de produo tpica de uma central.
Particularmente, a caracterizao de produo das CMH poder
apresentar-se como uma
mais-valia para os produtores aquando da construo de novos
projectos hidroelctricos. Uma
vez que, permitir identificar e caracterizar o perfil tpico de
produo, assim como obter
uma perspectiva acerca da quantidade de energia elctrica anual
que o aproveitamento pode
produzir e consequentemente uma estimativa da remunerao.
-
Motivao 7
Para alm disso, a caracterizao da produo de CMH atravs da
identificao de vari-
veis e factores que a afectam poder revelar-se uma ajuda
imprescindvel para o desenvolvi-
mento de modelos de previso de produo elctrica.
Um outro pormenor que se reveste de importncia caracterizar o
recurso hidrolgico
atravs da identificao de indicadores de recurso e do
desenvolvimento de metodologias
para a avaliao do potencial energtico aquando da instalao de
CMH. Concretamente, este
estudo permitir identificar zonas que renem condies favorveis
para a explorao de
novos aproveitamentos hidroelctricos.
Em suma, por todas as razes enumeradas anteriormente, a essncia
da realizao desta
dissertao justificvel, na medida em que se prev que ir existir
uma elevada aposta na
energia proveniente de CMH. Portanto, de bastante interesse que
para a instalao de CMH
existam estudos de tipificao das caractersticas tcnicas das
centrais e das caractersticas
envolventes, tipificao das produes das CMH atravs da
caracterizao do perfil de produ-
o e das estratgias de operao e avaliao do potencial
energtico.
1.2- Motivao
A energia hdrica uma das prioridades contempladas pelas polticas
energticas nacio-
nais, portanto esta temtica apresenta-se como uma das reas de
investigao e progresso
cientficos.
Concretamente, a caracterizao de produo uma temtica que j
mereceu lugar de
destaque para outras fontes de energia renovvel, designadamente
na energia elica e solar.
No caso particular da energia elica existem diversos mapas
[13-15] que caracterizam o
potencial elico em Portugal. A finalidade adjacente sua criao
ilustrar as caractersti-
cas, a intensidade do vento e a estimativa de produo elica no s
na avaliao prvia do
potencial energtico do vento, mas tambm como instrumento
auxiliar de deciso de futuros
investimentos.
De forma anloga, tambm para a energia solar existem mapas de
radiao solar [16, 17].
No entanto, a avaliao do potencial energtico para a instalao de
CMH ainda no mereceu
estudo, talvez devido reduzida fraco de produo de energia.
A motivao inerente a este trabalho proceder caracterizao do
recurso hidrolgico,
ao estudo e tipificao das propriedades tcnicas das CMH e suas
caractersticas envolventes,
bem como, a caracterizao dos perfis tpicos de produo e das
estratgias de operao.
No entanto, no que se refere caracterizao de CMH esta tarefa
dificultada, dado que
no existe informao relativa s suas caractersticas e praticamente
nenhum registo das suas
produes anuais. Deste modo, um dos objectivos referentes
caracterizao das CMH
-
8 Introduo
8
analisar as propriedades base, de forma a identificar os locais
de elevado potencial hdrico
para avaliar as possibilidades de desenvolvimento de novos
aproveitamentos hidroelctricos.
Para alm disso, um outro aspecto a ter em considerao que se
diferencia das centrais
elicas e fotovoltaicas a gesto das CMH ser fortemente dependente
das estratgias de
operao. Portanto, provvel que existam comportamentos de produo
tpicos, preten-
dendo identificar esse padro e proceder sua modelizao.
Em concluso, definir a caracterizao de produo de CMH um valor
acrescentado
para melhor conhecer como so, como produzem e onde se encontra o
potencial das CMH.
1.3- Objectivos
No mbito geral, a presente dissertao pretende ser um
desenvolvimento na rea da
investigao e progressos cientficos atravs da caracterizao de
CMH.
Particularmente, os objectivos propostos para este trabalho
baseiam-se nas seguintes
temticas:
Estudo e tipificao das caractersticas tcnicas das CMH:
o Caudal;
o Queda;
o rea de bacia hidrogrfica;
o Eficincia;
o Tipo de turbinas;
o Factores de utilizao do caudal do rio;
o Factores de utilizao da capacidade instalada;
Caracterizao de produo em CMH:
o Estudo tpico dos comportamentos de produo;
o Modelizao da produo;
o Tipificao de produo;
Caracterizao do recurso hidrolgico:
o Estudo dos declives mdios dos rios;
o Avaliao do potencial energtico para a instalao de CMH por
concelho;
1.4- Estrutura da Dissertao
Esta dissertao composta por seis captulos, sendo este o captulo
introdutrio.
No captulo 2 efectuada uma breve abordagem ao estado da arte
referente s CMH. O
objectivo realizar uma abordagem da situao actual das CMH a nvel
nacional e internacio-
nal. Alm disso, pretende-se efectuar uma caracterizao das CMH,
incidindo principalmente
-
Informao Usada na Dissertao 9
sobre os seus aspectos construtivos, potncia disponvel,
equipamentos elctricos, configura-
es adoptadas e estudos de avaliao de potencial.
No captulo 3 efectuado um estudo breve da caracterizao
hidrolgica, tendo como
principal objectivo identificar pontos de elevado potencial
hidrolgico, isto , determinar a
repartio da pluviosidade pelas diferentes regies do pas. Na
parte final efectuado um
estudo de correlao entre a pluviosidade prevista e a
pluviosidade real, com o propsito de
identificar divergncias.
A caracterizao das centrais apresentada no captulo 4. Este
captulo apresenta uma
anlise das caractersticas especficas das CMH, assim como a sua
localizao ao longo do
territrio nacional.
O captulo 5 contempla uma anlise da produo e da avaliao do
potencial hdrico, ou
seja, expe um estudo acerca de parmetros que podem influenciar a
produo e apresenta
uma avaliao e identificao de zonas propcias instalao de CMH.
Por fim, o captulo 6 apresenta as concluses mais relevantes e
pertinentes do trabalho
desenvolvido e expe algumas perspectivas para trabalhos futuros,
com base nos problemas
encontrados.
1.5- Informao Usada na Dissertao
Para a realizao da presente dissertao utilizaram-se dados e
informao de diversas
fontes. Concretamente, os dados podem ser divididos em:
Dados Estticos sobre Centrais - Fornecem informao sobre o
aproveitamento
hidroelctrico e das suas caractersticas, tais como:
o Nome;
o Concessionria;
o Localizao: Concelho e Distrito;
o Afluente: Rio ou Ribeira;
o Data de Incio de Explorao;
o Potncia Total Instalada;
o Produo Mdia Anual;
o rea da Bacia Hidrogrfica;
o Caudal Turbinado;
o Queda Bruta;
o Volume da Albufeira;
o Tipo e Nmero de Turbinas.
-
10 Introduo
10
Para obter os dados estticos Utilizaram-se como fontes de
informao:
Dados de Publicaes
o Associao de Energias Renovveis (APREN) [18]
Anurio Pequenas Centrais Hdricas 2007;
Anurio Pequenas Centrais Hdricas 2006;
Anurio Pequenas Centrais Hdricas 2005.
Dados Web
o Museu da Electricidade [19]
Contm informao relativa s centrais elctricas, em funciona-
mento ou em projecto de construo, por distrito.
Dados Medidos em Suportes de Informao Espacial
o Software Google Earth
Permite visualizar imagens de satlite de qualquer parte da
terra
explorando o seu contedo geogrfico;
usado para localizar as CMH e seus componentes;
Possibilita obter uma estimativa das reas das bacias
hidrogrfi-
cas e pendentes;
Faculta a oportunidade de uma estimativa das quedas.
Dados Meteorolgicos Fornecem informao horria da pluviosidade e
temperatura.
As previses meteorolgicas so fornecidas pelo Centro de Geofsica
da Universidade
de Lisboa (CGUL) / Instituto de Cincia Aplicada e Tecnologia
(ICAT), pela pessoa do
Professor Pedro Miranda. Estas so adquiridas atravs de um modelo
de meso-escala
bem estabelecido, o modelo Fifth Generation Penn State / NCAR
Mesoscale Model
MM5 (MM5), forado por condies fronteira obtidas numa previso
global pelo mode-
lo Global Forecast System (GFS).
Dados de Produo - Os dados de produo usados neste trabalho so
dados fictcios
criados a partir da descaracterizao de produes reais de algumas
centrais, cedidos
pelos seus promotores. Refira-se que, esta descaracterizao foi
necessria para
manter a confidencialidade exigida pelos promotores que
gentilmente colaboraram
com este trabalho, atravs da Smarwatt.
-
Captulo 2
Estado da Arte
2.1- Mini-Hdricas
2.1.1- Um Interesse Recuperado
No incio da dcada de 80, devido existncia antecedente dos
choques petrolferos de
1973, assistiu-se recuperao do interesse pelas CMH. Este facto,
traduziu-se em projectos
de recuperao e de remodelao das CMH abandonadas ou em
funcionamento com nveis de
potncias bastante inferiores aos admissveis pelas
potencialidades naturais disponveis. Para
alm disso, tambm se procedeu criao de novas centrais, em
diversos locais, cujo poten-
cial hdrico oferecia boas condies de rentabilidade a este tipo
de empreendimento.
Deste modo, o desenvolvimento das CMH foi impulsionado pela
necessidade emergente de
aumento de produo e pelo facto de os melhores locais de instalao
de centrais hidroelc-
tricas de grande porte j se encontrar tomado. Do leque de fontes
de energia elctrica des-
centralizada as CMH reuniam todas as condies para um progresso
rpido isto devido expe-
rincia e conhecimentos adquiridos na rea dos recursos
hidroenergticos e ao potencial
hidrolgico portugus [7, 12, 20].
No entanto, somente no final da dcada de 80 com a publicao do
Decreto-Lei n.
189/88 [21], se estabeleceram normas relativas actividade de
produo de energia elctrica
por pessoas singulares ou colectivas de direito pblico ou
privado, que estavam unicamente
sujeitas ao cumprimento das normas tcnicas e de segurana
previstas. Tudo isto promoveu a
produo de electricidade a partir das CMH com potncia aparente
instalada at 10MVA.
Contudo, s com a criao do programa comunitrio VALOREN1 [22] e
que as CMH passa-
ram a ser suficientemente atractivas para um novo tipo de
entidades, nomeadamente para as
1 O programa VALOREN apresentou-se como um programa comunitrio
do Fundo Europeu de Desen-
volvimento Regional FEDER sujeito s disposies gerais que regem
aquele fundo.
-
12 Estado da Arte
12
autarquias que passaram a ter uma viso diferente dos seus rios.
Pois, face ao critrio
exposto s podiam beneficiar directamente dos fundos os poderes
pblicos ou instituies
equiparadas.
Este programa foi de extrema importncia na medida em que
efectuou um reforo da
base econmica regional, criado pela Comunidade Econmica Europeia
(CEE), e ps ao dispor
de Portugal uma quantia de aproximadamente 50 milhes de euros. O
objectivo inerente a
este investimento, em traos gerais, tinha como finalidades:
Contribuir para a explorao dos recursos energticos locais;
Possibilitar uma utilizao mais racional da energia;
Promover e difundir novas tecnologias energticas;
Concretamente as regies abrangidas proporcionaram um
desenvolvimento regional, de
forma a:
Melhorar as condies de abastecimento local de energia;
Criar postos de trabalho;
Enriquecer as regies tecnologicamente;
Assim sendo surgiram as primeiras empresas vocacionadas
exclusivamente para a produ-
o de energia hidroelctrica e com elas o estabelecimento
definitivo das CMH, como um tipo
de projecto de elevadssimo valor.
2.1.2- Situao em Portugal
Desde a criao do Decreto-Lei n189/88 que existiu um despertar no
interesse em insta-
laes de CMH, devido s vantagens concedidas pela legislao e aos
incentivos financeiros
disponveis. Contudo, a legislao que tem sido publicada continua
a dinamizar o seu desen-
volvimento. Concretamente, at 1994 foram licenciados 120
empreendimentos de utilizao
de gua para produo de energia, sendo que, em 2001 apenas 44
estavam em funcionamen-
to, representando um total de 170MW de potncia instalada e uma
produo anual de
550GWh. No que diz respeito s antigas concesses, dados indicam a
existncia de 54 CMH,
das quais 20 pertencem ao Sistema Elctrico No Vinculado (SENV)2
- Grupo EDP com 56MW
de potncia instalada e produtividade de 165GWh/ano. As restantes
34 perfazem uma potn-
cia total de 30MW e 100GWh/ano. Assim sendo, no final de 2001,
existiam 98 CMH com
2 O SENV funciona segundo uma lgica de mercado, podendo cada
cliente no vinculado escolher o
seu comercializador de electricidade. No SENV, livre o acesso s
actividades de produo e de distri-buio em Mdia Tenso e Alta
Tenso.
-
Estatuto na EU-25 13
256MW de potncia instalada e uma produo 815 GWh/ano [12, 23],
sendo 78 (200MW) cen-
trais de Produo em Regime Especial (PRE)3 e 20 (56MW) centrais
do SENV.
Em Maro de 2009 existiam 299MW de potncia instalada em CMH e um
total de 562GWh
de energia elctrica produzida (sendo esta calculada desde Abril
de 2008 a Maro de 2009)
[10].
Em termos de perspectivas futuras, apesar de ser difcil estimar
o potencial de explorao
de CMH, aponta-se para valores entre 500 e 600MW de potncia
total instalada num prazo
no muito longo, com uma produo mdia entre 1500 e 1800GWh/ano
[12].
2.1.3- Estatuto na EU-25
Segundo [24, 25] a quantidade de CMH em operao na antiga EU-154
de cerca de
14000, com potncia mdia instalada de 0,7MW. Em contrapartida, na
EU-105 e nos pases
candidatos (CC6) de, respectivamente, 2800 e 400 aproveitamentos
hidroelctricos mini-
hdricos, com 0,3MW e 1,6MW, conforme se comprova pela visualizao
da Figura 7.
Figura 7 CMH em Operao na EU-25 e CC, em 2004 [24].
3 A Produo em Regime Especial (PRE) inclui parques elicos,
mini-hdricas (at 10MW), autoprodu-
tores, cogeradores e outros produtores que gerem electricidade a
partir de fontes de energia renov-veis.
4 UE-15 constituda pelos seguintes pases: ustria, Blgica,
Dinamarca, Finlndia, Frana, Alema-nha, Grcia, Irlanda, Itlia,
Luxemburgo, Holanda, Portugal, Espanha, Sucia e Reino Unido.
5 UE-10 constituda pelos seguintes pases: Repblica Checa,
Hungria, Polnia, Eslovquia, Eslov-nia, Letnia, Litunia, Estnia,
Chipre e Malta.
6 Os pases candidatos (CC) so: Romnia, Bulgria e Turquia.
-
14 Estado da Arte
14
A capacidade total instalada nas CMH nos novos estados-membros
(EU-10) e pases candi-
datos (CC) cerca de 10 vezes inferior face antiga EU-15, sendo
1430MW nos EU-10 e
10828MW nos CC. A produo de electricidade por recurso a este
tipo de instalaes na antiga
EU-15 face EU-10 e CC significativamente superior, sendo 15
vezes superior em relao
EU-10 e 30 vezes nos CC. Estes dados evidenciam o verdadeiro
valor econmico das CMH para
cada grupo de pases.
Segundo [24] em 2004, a Itlia representava cerca de 21% do total
de capacidade instala-
da de CMH na EU-25, seguida pela Frana (17%) e Espanha (16%)
como se pode observar pela
Figura 8.
Figura 8 Capacidade Instalada nas CMH nos Pases Membros da Unio
Europeia [26].
A Polnia e a Repblica Checa, ambas com 2% do total da capacidade
de CMH da EU-25,
so as comandantes dos novos estados-membros da EU. A Romnia e a
Turquia representam
25% e 15% respectivamente do total da capacidade instalada de
CMH em 2002 na EU-10 + CC.
Actualmente, em quase todos os pases, a produo hidroelctrica uma
fonte dominante de
produo de energia dentro das energias renovveis. Concretamente
nos estados-membros da
EU e CC, as CMH representam aproximadamente 4,6% da produo total
de energia atravs do
recurso hdrico.
contudo de realar que a partir de 1 de Janeiro de 2007 a EU
composta por 27 esta-
dos-membros, juntando-se aos 25 a Romnia e a Bulgria, sendo
actualmente candidatos a
estados-membros a Turquia, Crocia e Macednia.
2.1.4- Motivao
Diversas fontes [11, 24, 27-30] promulgam que as CMH renem um
conjunto de razes
favorveis ao seu desenvolvimento, designadamente:
-
Dimensionamento e Classificao 15
Apresentam-se como um recurso eficiente (70% a 90%) de
rendimento, seguro, limpo e
renovvel;
Esta tecnologia possui um longo ciclo de vida, normalmente entre
50 a 75 anos;
Contribuem para o desenvolvimento sustentvel, ou seja, so
economicamente viveis e
permitem a produo descentralizada para o desenvolvimento de
populaes dispersas;
Respeitam o meio ambiente evitando a emisso de GEE;
A sua construo permite criar um sistema de electricidade
diversificado, sendo uma
alternativa para garantir a fiabilidade do sistema elctrico
aquando da ocorrncia de per-
turbaes na rede;
uma fonte de energia descentralizada e localizada prximo dos
consumidores, minimi-
zando as perdas de transmisso de energia;
Mobilizam recursos financeiros e contribuem para o
desenvolvimento econmico e social
das populaes e apresentam-se como uma garantia de energia
autnoma e fivel a longo
prazo.
Em concluso, as CMH assumem um papel importante no
desenvolvimento das energias
renovveis na Europa, assim como, nos pases em desenvolvimento.
Com a crescente procura
de electricidade, os acordos internacionais que visam minimizar
as emisses de GEE, a degra-
dao ambiental causada pela utilizao de combustveis fsseis, bem
como, o facto de em
muitos pases as grandes centrais hidroelctricas j esgotaram os
locais para a sua explora-
o, h um interesse crescente no desenvolvimento de CMH. Na
verdade, as CMH ainda com
um grande potencial inexplorado, apresentam-se como capazes de
contribuir, significativa-
mente, para as necessidades energticas futuras, oferecendo uma
excelente alternativa s
fontes convencionais de energia elctrica, no s na Europa, como
tambm nos pases em
desenvolvimento.
2.1.5- Dimensionamento e Classificao
A designao de CMH generalizou-se em Portugal para classificar os
aproveitamentos
hidroelctricos de potncia inferior a 10MW7. Sendo este o limite
considerado internacional-
mente para diferenciar as pequenas das grandes centrais hdricas.
As formas de dimensionar
e classificar uma CMH esto associadas a trs caractersticas.
Estas caractersticas designam-
se por: potncia, queda e caudal.
7 O limite superior de potncia varia de pas para pas, entre 1,5
a 12 MW. Os 10 MW est a tornar-
se o limite mximo normalmente aceite para as CMH, tendo sido
adoptado pela Comisso Europeia e pela European Small Hydropower
Association (ESHA)
-
16 Estado da Arte
16
2.1.5.1- Potncia
A potncia a caracterstica que permite diferenciar as pequenas
centrais hidroelctricas
das grandes centrais hidroelctricas. Essa diviso realizada
usando como fronteira o valor
de 10MW de potncia. As centrais cuja potncia seja de valor igual
ou inferior so classifica-
das como CMH.
As CMH podem ser divididas em funo da potncia instalada, sendo
que a Union Interna-
tionale des Producteurs et Distributeurs D'nergie lectrique
(UNIPEDE) recomenda a classifi-
cao apresentada na Tabela 1.
Tabela 1 Classificao das CMH quanto Potncia.
Designao Pinst (MW)
Pequena Central Hidroelctrica
-
Queda 17
Rendimento do sistema (%);
A eficincia do sistema incorpora todos os componentes que fazem
parte da parte hidru-
lica da central e que possuem influncia na gerao de energia
elctrica. Alguns desses com-
ponentes so a turbina, o gerador e a conduta forada. A potncia
de sada destes sistemas
normalmente expressa em kW ou MW.
A literatura existente considera que muitas das vezes as
constantes de gravidade e densi-
dade so combinadas de modo a se assumirem valores fixos de
eficincia [34-36] ou por vezes
totalmente desprezada a eficincia do sistema [37]. Como regra
geral, a European Small
Hydro Association (ESHA) utiliza a seguinte equao para aproximar
a potncia disponvel em
kW numa CMH [35, 36]:
= 7
(Eq. 3)
Isto equivale a um sistema fixo de 70% de eficincia de operao.
Contudo num trabalho
realizado pela Sigma Engineering no ano de 2000 esse valor foi
aumentado para os 80%, utili-
zando um multiplicador de 7,83 [34] na (Eq. 3). Porm, na fixao
dos valores de eficincia
do sistema pode-se subestimar a energia fornecida rede elctrica
a partir de uma CMH [38].
notrio referir que as expresses anteriores incluem termos
especficos cuja interpreta-
o fsica essencial para a determinao da potncia a instalar em
projectos de aproveita-
mentos hidroelctricos. Particularmente, apresenta-se de seguida
o significado das variveis
queda e caudal.
2.1.5.2- Queda
A altura um dos factores chave para as CMH, pois atravs desta
caracterstica que se
consegue usufruir da energia potencial presente na gua, como
tambm da energia cintica
que dependente da queda. Esta altura de queda pode ser dividida
e classificada em trs
escales. Muitas classificaes tm sido dadas a esta varivel, de
seguida apresenta-se uma
das possveis designaes [30].
Tabela 2 - Classificao das CMH quanto Altura da Queda.
Designao Hu (m)
Queda Baixa 2-30
-
18 Estado da Arte
18
Queda Mdia 30-100
Queda Alta >100
importante referir que existem diversos conceitos associados
caracterizao da altura
de quedas, designadamente:
Altura de queda bruta - a diferena entre a altura na tomada de
carga e a
altura no ponto de restituio no rio para situaes de caudal
nominal (caudal
mdio);
Altura de queda bruta mxima - a diferena mxima entre a altura
mxi-
ma na tomada de carga e a altura mnima no ponto de restituio no
rio;
Altura de queda til - a diferena entre a altura de queda bruta e
a altura
equivalente a todas as perdas hidrulicas.
Normalmente, para fins de determinao da potncia instalada numa
CMH utiliza-se a
altura de queda bruta, que indica o desnvel existente entre
montante e jusante.
2.1.5.3- Caudal
O caudal uma caracterstica fundamental para o dimensionamento
das CMH, pois este
o factor determinante e condicionante para a produo de energia
elctrica. Sem caudal no
existe gua e consequentemente no existe produo de
electricidade.
Ao contrrio da potncia e da altura de queda para o caudal no
existe uma classificao
unnime quanto a possveis escales de caudal. Contudo, este muito
importante para a
escolha da turbina a utilizar num aproveitamento
hidroelctrico.
2.1.6- Regime de Explorao
Quanto ao tipo de explorao das CMH possvel classific-las
relativamente sua capa-
cidade de armazenamento de gua: albufeira ou fio-de-gua. comum
associar s CMH o
regime de explorao a fio-de-gua devido sua reduzida capacidade
de regularizao do
caudal afluente. Na maior parte dos casos esta capacidade no
excede algumas horas, pelo
que o caudal utilizado geralmente o caudal instantneo do rio.
Esta regularizao depende
do caudal do rio, isto , se as afluncias forem elevadas as CMH
produzem continuamente de
forma a no desperdiar o recurso, contudo se as afluncias forem
pequenas permitem s
centrais realizar uma regulao (estratgias de operao), produzindo
nas horas de tarifa
mais elevada (horas de ponta).
-
Constituio 19
Contrariamente, as centrais de albufeira so compostas por uma
barragem que permite
reter o caudal afluente, sendo assim possvel realizar uma
regulao de produo.
2.1.7- Constituio
Os principais elementos que constituem uma CMH, segundo [20, 27]
so os seguintes:
Albufeira;
Canal de aduo;
Cmara de carga;
Conduta forada;
Edifcio da central.
contudo notrio referir que estes elementos so para centrais com
regime de explora-
o a fio-de-gua como se apresenta na Figura 9. Porm em Portugal
nem todas as CMH pos-
suem regime de explorao a fio-de-gua. Concretamente, existem CMH
com regime de
explorao de albufeira sendo caracterizadas por possurem
unicamente a barragem, no qual
est incorporada a central e a respectiva albufeira para
armazenamento de gua, tal como se
mostra na Figura 10.
Figura 9 Central de Fio-de-gua.
Conduta Forada
Canal de Aduo
Edifcio da Central
Albufeira
Cmara de Carga
-
20 Estado da Arte
20
Figura 10 Central de Albufeira.
2.1.7.1- Albufeira
Albufeira a designao dada quantidade de gua formada por rios ou
ribeiras(os)
aquando da existncia de uma estrutura que impede a sua passagem
natural. Essa estrutura
construda por um aude, de pequenas dimenses, para centrais com
explorao a fio-de-
gua e por barragens, de grandes dimenses, para aproveitamentos
hidroelctricos de explo-
rao atravs de barragem.
importante salientar que a estrutura que permite a acumulao de
gua atravs do
impedimento da passagem do percurso natural da gua dos rios ou
ribeiros exige uma especial
ateno. Concretamente, necessrio atender a aspectos como o seu
posicionamento e a sua
altura, dado que estes iro afectar o volume do reservatrio e a
consequente inundao de
algumas propriedades prximas do mesmo. Assim sendo,
imprescindvel a realizao de um
estudo tcnico-econmico que envolve factores como aspectos
ambientais, volume de regula-
rizao e localizao da tomada de gua.
Com o intuito de realar as diferenas do nvel do volume de
albufeira, para os regimes
de explorao a fio-de-gua ou albufeira, apresentam-se
respectivamente a Figura 11 e a
Figura 12.
Albufeira
Edifcio da Central Barragem
-
Canal de Aduo 21
Figura 11 Albufeira Tpica de um Aproveitamento a Fio-de-gua.
Figura 12 Albufeira Tpica de um Aproveitamento com Capacidade de
Regulao.
2.1.7.2- Canal de Aduo
O canal de aduo o elemento responsvel pela conduo da gua
proveniente da albu-
feira, ou na ausncia desta, desde o leito do rio at a cmara de
carga. Ao longo do canal de
-
22 Estado da Arte
22
aduo o nvel da gua praticamente o mesmo, existindo apenas uma
pequena diferena de
nvel, de forma a possibilitar a circulao da gua.
Concretamente, o elemento em anlise maioritariamente realizado
em circuito aberto,
ou na impossibilidade desse facto, realizado em tnel atravs de
escavao na rocha. Este
elemento poder ter uma distncia desde uma centena de metros at
uma distncia de trs
ou quatro quilmetros. Assim sendo, juntamente com a barragem e a
conduta forada, o
canal de aduo uma das estruturas que possui um peso a nvel
monetrio bastante consi-
dervel. No caso de apresentar um comprimento muito longo e de
difcil construo pode
inviabilizar o projecto de construo de uma CMH.
Esta estrutura uma caracterstica especfica dos aproveitamentos a
fio-de-gua. Deste
modo, com o intuito de explicar com mais detalhe esta estrutura,
considerou-se como base a
Figura 9 e procedeu-se demarcao da zona do canal de aduo atravs
do traado de uma
linha azul, de modo a proporcionar uma melhor percepo, conforme
se pode observar na
Figura 13.
Figura 13 Delimitao do Canal de Aduo.
2.1.7.3- Cmara de Carga
A cmara de carga a estrutura existente entre o canal de aduo e a
conduta forada.
Este elemento permite:
Impulsionar a transio entre um escoamento livre existente no
canal de aduo,
para um escoamento sob presso da conduta forada;
-
Conduta Forada 23
Atenuar o choque hidrulico que acontece na conduta forada quando
se processa
o fecho brusco do dispositivo de controlo do caudal na
turbina;
Fornecer gua conduta forada quando existe a abertura severa do
dispositivo
de controlo do caudal, at que se estabelea novamente no canal de
aduo o
regime permanente de escoamento.
de salientar que o dimensionamento deste elemento dependente da
altura de queda,
uma vez que quanto maior a altura, maior a quantidade de gua
necessria para encher a
conduta forada. Portanto, necessrio que a cmara de carga possua
um volume de gua
suficiente para que exista um pleno funcionamento da turbina at
que subsista um novo
movimento de guas no canal de aduo.
De forma idntica ao realizado anteriormente, na Figura 14
apresenta-se uma imagem
com mais detalhe da cmara de carga.
Figura 14 Delimitao da Cmara de Carga.
2.1.7.4- Conduta Forada
A conduta forada o elemento ao qual est incumbida a misso de
conduzir a gua des-
de a cmara de carga at ao edifcio da central onde se encontram
as turbinas. Ao contrrio
do que acontece no canal de aduo, a conduta forada possui um
determinado desnivela-
mento. Quanto maior for o desnvel da conduta forada melhor, uma
vez que se torna poss-
vel usufruir da presso da gua originada por este desnvel.
-
24 Estado da Arte
24
Este elemento possui uma superfcie circular, sendo normalmente
construda em ao e
apresenta-se desenterrada. Contudo, na inviabilidade deste facto
procede-se ao seu enterra-
mento.
Analogamente ao canal de aduo, a conduta forada apresenta-se
como uma das estru-
turas com custos bastante considerveis e dependendo do seu
comprimento pode inviabilizar
o desenvolvimento das CMH.
A Figura 15 apresenta a conduta forada que, com o intuito de dar
mais nfase a este
elemento, procedeu-se sua colorao em tom azul.
Figura 15 Delimitao da Conduta Forada.
2.1.7.5- Edifcio da Central
O edifcio da central composto por equipamentos mecnicos e
elctricos que iro per-
mitir a produo de energia elctrica, atravs da converso de
energia potencial gravtica em
energia cintica e energia mecnica de rotao em energia elctrica,
respectivamente.
Em termos de localizao, este edifcio situa-se no final de toda a
estrutura, isto , s
depois de a gua ser retida na albufeira, transportada pelo canal
de aduo, armazenada na
cmara de carga e conduzida pela conduta forada que chega ao
edifcio, para situaes de
regime de explorao a fio-de-gua. No caso de uma central de
albufeira existe apenas um
pequeno canal que transporta a gua desde a barragem at casa das
mquinas que, fre-
quentemente, se situa no seu interior.
-
Equipamentos Mecnicos 25
2.1.7.5.1- Equipamentos Mecnicos
Segundo [20, 27, 39, 40] o principal equipamento mecnico a
turbina. A turbina realiza
a converso da energia cintica associada ao movimento da gua em
energia de rotao.
importante salientar que para aumentar a velocidade da gua so
criados desnveis, de forma
a usufruir da energia potencial gravtica.
A turbina hidrulica representa uma parcela elevadssima do custo
total de uma CMH,
podendo chegar quase aos 50%, sendo que a sua seleco deve
respeitar uma escolha criterio-
sa e selectiva. Particularmente, os factores a considerar no
acto da sua seleco so a altura
de queda e o fluxo de gua disponvel. No mercado existem vrios
tipos de turbinas de forma
a lidar com os diferentes nveis de altura e de caudal. Contudo,
existem duas grandes catego-
rias sendo:
Turbinas de impulso (tambm denominadas de aco);
Turbinas de reaco.
As turbinas de impulso realizam a converso da energia cintica
contida num jacto de
gua em energia mecnica. Estas turbinas so geralmente utilizadas
em aplicaes com ele-
vadas quedas e caudais baixos, possuindo eficincias entre os 70%
e 90%.
comum a aplicao deste tipo de turbinas atravs das turbinas
Pelton (ver Figura 16),
que se caracterizam por possuir um fluxo de gua praticamente
constante que atravs de um
ou mais injectores atingem de forma tangencial as conchas da
turbina, permitindo a conver-
so da energia cintica contida no jacto de gua em energia
mecnica.
Figura 16 Turbina Pelton [40].
As turbinas de reaco so caracterizadas por funcionarem imersas
em gua. O seu movi-
mento originado pelo perfil adequado das ps do rotor que usufrui
da diferena de presso
provocada pela gua entre o interior e o exterior da turbina.
Estas turbinas so normalmente
aplicadas para mdias e baixas quedas e apresentam eficincias
ligeiramente inferiores s
turbinas de impulso.
Nas turbinas de reaco existem dois tipos que merecem maior
destaque: turbinas Kaplan
e turbinas Francis. As turbinas do tipo Kaplan so turbinas
axiais (ver Figura 17), normalmen-
-
26 Estado da Arte
26
te utilizadas para funcionamentos de baixa queda e elevado
caudal. As turbinas radiais, do
tipo Francis (ver Figura 18) so apropriadas para funcionamentos
com condies intermdias
de queda e caudal.
conveniente referir que existe uma vasta gama de turbinas, no
entanto, as caractersti-
cas so similares s referidas anteriormente.
Figura 17 Turbina Kaplan [40].
Figura 18 Turbina Francis [40].
Com o objectivo de evidenciar o que foi referido anteriormente,
na Figura 19 apresenta-
se um grfico que demonstra a disposio das diferentes turbinas em
funo da altura de
queda e do caudal.
Figura 19 Tipo de Turbina em Funo da Queda e Caudal [41].
-
Equipamentos Elctricos 27
Como se pode observar pela figura anterior as turbinas Kaplan so
as que possuem melho-
res caractersticas em baixas quedas e elevados caudais. As
turbinas Pelton funcionam em
situaes inversas, isto , em condies de altas quedas e baixos
caudais. No que se refere s
turbinas Francis, estas funcionam para situaes intermdias de
caudal e de quedas.
Na Figura 20 apresenta-se um grfico com a eficincia dos diversos
tipos de turbinas em
funo da percentagem de caudal nominal.
Figura 20 Eficincia em Funo da Percentagem do Caudal Nominal
[41].
Como se pode constatar pela figura anterior medida que o caudal
se aproxima do caudal
nominal existe um aumento da eficincia das turbinas. Porm, as
turbinas Pelton e as turbi-
nas Kaplan a partir de 40% do caudal nominal da turbina j se
encontram na sua eficincia
mxima. Este facto demonstra a flexibilidade destas e o seu bom
funcionamento para as dife-
rentes gamas de caudal. Em suma, estas turbinas apresentam
rendimentos a rondar os 90%.
2.1.7.5.2- Equipamentos Elctricos
O edifcio da central composto por vrios equipamentos elctricos,
contudo o elemento
principal o gerador elctrico. O gerador o elemento que est
acoplado turbina, que
realiza a converso de energia mecnica em energia elctrica.
-
28 Estado da Arte
28
A especificao do gerador dependente das caractersticas da
turbina seleccionada,
designadamente, do valor da velocidade nominal e de embalamento,
constante de inrcia,
rendimento e tipo de regulao.
Concretamente, nas CMH podem ser utilizados dois tipos de
geradores: geradores sncro-
nos e geradores assncronos (tambm designados de geradores de
induo). Os geradores
sncronos possuem a vantagem de poderem ser operados de forma
autnoma, portanto, so
vulgarmente utilizados para aplicaes fora da rede. Os geradores
de induo apresentam um
custo inferior ao gerador sncrono, sendo os mais adequados para
aplicaes ligadas rede
devido s suas caractersticas de robustez e fiabilidade [27,
40].
conveniente referir que associado ao gerador de induo existe um
sistema composto
por baterias (sistema econmico), que permite realizar o
armazenamento do excesso de
energia quando a procura for reduzida e auxilia no cumprimento
da carga quando existe um
excesso de procura [27]. Deste modo, assegura-se que o sistema
seja mais eficaz e robusto.
2.1.8- Configuraes
Ao longo do territrio nacional existe uma vasta diversidade de
situaes que determinam
a estrutura da CMH a implementar. Concretamente, existem zonas
caracterizadas por osten-
tarem quedas elevadas e opostamente, zonas totalmente planas.
Existem rios de elevados
caudais e zonas que apresentam caudal reduzido. Efectivamente,
existe um conjunto de fac-
tores que de forma directa condicionam a configurao de uma
CMH.
De seguida apresentam-se as configuraes mais usuais existentes
ao longo de Portugal.
2.1.8.1- Central com Canal de Aduo e Conduta Forada
Este tipo de configurao contempla o conjunto de elementos
associados s CMH com
uma explorao a fio-de-gua. Faz uso do canal de aduo, cmara de
carga e da conduta
forada, para alm do edifcio da central e da albufeira que so
elementos frequentes em
todos os aproveitamentos desta natureza.
Em termos de aplicao, esta configurao usada para criar condies
de alturas de
quedas elevadas, ou seja, em situaes em que no exista um desnvel
significativo do rio ou
ribeira(o) necessrio criar desnveis artificiais de modo a
usufruir de maior potencial grav-
tico.
A Figura 21 apresenta um central com este tipo de configurao.
Especificamente,
apresentado o canal de aduo com um traado azul, a conduta forada
a cinzento, a cmara
de carga a laranja, a vermelho a albufeira e a verde o edifcio
da central. Como forma de
-
Central s com Conduta Forada 29
evidenciar a altura de queda criada pela conduta foada
apresentada a cota da cmara de
carga e a cota do edifcio da central.
Figura 21 Central com Canal de Aduo e Conduta Forada.
2.1.8.2- Central s com Conduta Forada
Neste caso existe unicamente a presena de uma conduta forada. A
conduta forada a
nica estrutura que faz a ligao entre a barragem e o edifcio da
central.
Este tipo de configurao utilizada sempre que o edifcio da
central se encontra perto
da barragem e apresenta valores elevados de queda. Na Figura 22
apresenta-se um exemplo
de uma configurao deste gnero. A linha a azul est sobreposta
sobre a conduta forada
dando a percepo do seu trajecto rectilneo. O crculo a vermelho
indica o local da albufeira
que, no exemplo em questo, se encontra totalmente vazia,
enquanto o crculo a verde indi-
ca a localizao do edifcio da central.
Com o intuito de realar que esta configurao sobretudo
caracterizada por elevadas
quedas, apresenta-se simbolizado atravs de uma seta o valor da
cota correspondente ao
local da barragem e do edifcio da central.
-
30 Estado da Arte
30
Figura 22 Central s com Conduta Forada.
2.1.8.3- Central Encastrada na Barragem
Uma outra configurao existente em Portugal a apresentada na
Figura 23. Esta confi-
gurao caracteriza-se por ostentar uma baixa queda e possuir a
central na prpria barragem.
Este tipo de configurao aplicvel em situaes em que os rios ou
ribeiras(os) apresen-
tam um desnvel baixo e um caudal considervel, que lhes permita
usufruir da presso exis-
tente na gua.
Na Figura 23 o crculo a vermelho indica a localizao da central e
como se pode observar
esta encontra-se totalmente encastrada na barragem.
Figura 23 Central Encastrada na Barragem.
-
Central s com Canal de Aduo 31
2.1.8.4- Central s com Canal de Aduo
Na impossibilidade da construo do edifcio da central na prpria
barragem torna-se
necessrio criar um canal de aduo que faa a conduo da gua contida
na albufeira at ao
edifcio da central onde se encontra a turbina. Pode-se
caracterizar este tipo de centrais por
apresentarem o edifcio da central afastado da barragem e por
possurem alturas de queda
baixas.
Na Figura 24 apresenta-se um exemplo deste tipo de explorao,
tendo-se sinalizado com
uma linha azul o canal de aduo, o crculo vermelho a albufeira e
o crculo verde o edifcio
da central.
Com o intuito de sustentar a afirmao de que este tipo de
configurao caracterizado
por ostentar baixas quedas, pode-se dizer que a diferena de cota
entre a albufeira e o edif-
cio da central de 1 a 2 metros.
Figura 24 Central s com Canal de Aduo.
2.1.8.5- Casos Especficos
Aps a anlise das configuraes existentes ao nvel da explorao das
CMH, em seguida
apresentam-se ideias das aplicaes deste tipo de configuraes.
Particularmente, so apre-
sentados casos que demonstram a versatilidade das CMH consoante
as necessidades existen-
tes e as condies geogrficas dos locais a implementar.
Segundo [7] a utilizao da gua como forma de produo de energia
elctrica surgiu em
Portugal na ltima dcada do sculo XIX, com um desenvolvimento
natural at por volta de
1930. Este crescimento foi ditado pela necessidade de abastecer
consumos locais, nomeada-
mente pequenas instalaes de iluminao pblica e pequenas
indstrias.
-
32 Estado da Arte
32
Estas indstrias surgiram localizadas perto das margens de rios
ou ribeiras(os) de forma a
aproveitarem a fora motriz da gua, para gerarem energia elctrica
e abastecer as suas
fbricas. Na Figura 25 apresenta-se um caso particular, em que se
pode reparar o pequeno
desvio realizado gua do rio de forma a conduzi-la para a
instalao da fbrica.
Figura 25 Central Construda para Fornecimento de Energia
Indstria.
Com o passar do tempo comeou-se a perceber que podia ser possvel
realizar a produo
de energia elctrica e ao mesmo tempo realizar uma poltica de
armazenamento de gua
para fins agrcolas. Este tipo de polticas visa promover reas que
se encontrem normalmente
desfavorecidas devido constante falta de gua, consideradas reas
com agricultura frgil
mas que apresentam produtos de qualidade (aveia, cevada,
girassol, trigo, entre outros).
Na Figura 26 apresenta-se uma imagem de uma central desta
natureza. Estas centrais a
nvel nacional encontram-se maioritariamente na regio sul,
apresentando desnveis de ape-
nas alguns metros devido sua geografia plana.
Figura 26 Central para Fim de Regadio.
-
Avaliao do Recurso das CMH 33
2.1.9- Avaliao do Recurso das CMH
O estudo de avaliao do potencial hdrico indispensvel para
identificar zonas com
potencial para o desenvolvimento de novos aproveitamentos
hidroelctricos.
A maior parte dos pases a nvel mundial realizam estudos sobre a
avaliao do recurso
de CMH, como por exemplo [37, 42, 43]. Particularmente uma
pequena sntese do desenvol-
vimento do potencial das CMH para muitos pases encontra-se
disponvel no International
Small Hydro Atlas [44].
Os construtores de CMH podem basear-se nos estudos realizados e
nos softwares dispon-
veis, de forma a obterem uma melhor perspectiva das nuances dos
locais onde estas sero
implementadas. Esta avaliao pode ser realizada em duas
vertentes, isto , pode ser reali-
zado um estudo da avaliao de potencial a nvel nacional e
regional ou a nvel local.
Para quantificar o potencial do recurso hdrico a nvel nacional e
regional so realizadas
numerosas simplificaes e suposies. Concretamente, assume-se que
a eficincia do siste-
ma nunca ser 100% [37, 45]. Portanto este parmetro ostentar
valores compreendidos entre
os 70% [46] e os 80% [34] como se pode observar na (Eq. 4).
= (0,7 0,8)
(Eq. 4)
Para alm disso, vrios estudos apoiam a utilizao mdia do fluxo de
afluncias [46]. A
Sigma Engineering recomenda que para o dimensionamento de CMH a
mdia anual de fluxo
seja entre 80% a 120%. No entanto, estes valores podem ser
enganadores para CMH com regi-
me de explorao a fio-de-gua, dado que no tm capacidade para
fornecer esse nvel de
gerao contnua. Os resultados das avaliaes so normalmente
apresentados em termos da
capacidade total (MW), mais do que o total de energia que a CMH
possa vir a produzir [37, 44,
47]. notrio referir que num ponto posterior ser apresentada a
gama de valores tpicos
para o territrio nacional.
No que concerne avaliao de potencial a nvel local j existem
diversos softwares
desenvolvidos com o objectivo de ajudar os futuros produtores na
avaliao do potencial
extravel de um determinado local. Wilson [48] efectuou uma
reviso aprofundada de todos
os softwares para a International Energy Agency (IEA), que pode
ser vista sumariamente no
seu website [49].
Contudo a grande maioria destes softwares foram desenvolvidos
para avaliar locais indivi-
duais, no sendo propcios para a realizao de avaliaes nacionais e
regionais. Alm de
que, muitos dos programas so desenvolvidos especificamente para
o pas que solicitar o
estudo [44, 45, 48]. Um dos softwares que permite analisar estas
avaliaes o IMP (Integra-
-
34 Estado da Arte
34
ted Method for Power Analysis), que se baseia nas condies
meteorolgicas e em modelos
topogrficos de forma a determinar os fluxos horrios ou dirios
[50], determinando o poten-
cial a extrair de uma CMH.
Na Figura 27 apresenta-se uma lista de softwares utilizados nas
ltimas duas dcadas para
realizar a avaliao de locais com condies favorveis instalao de
CMH.
Figura 27 Softwares e Metodologias Usadas para Avaliao de Locais
Disponveis para
a Instalao de CMH [49].
Como se pode constatar pela figura anterior a maior parte dos
softwares so desenvolvi-
dos para estudos de um determinado pas. Contudo, ainda no
existem softwares para reali-
zar um planeamento regional do potencial de CMH.
Particularmente, num ponto posterior
apresentado um estudo do potencial regional para a instalao de
CMH, ao longo de Portugal.
-
Captulo 3
Caracterizao Hidrolgica
3.1- Introduo
O objectivo deste trabalho de dissertao visa realizar a
caracterizao da produo de
CMH, a temtica de caracterizao hidrolgica merece algum destaque,
pois antes de explo-
rar e abordar a produo fundamental classificar o recurso
hdrico.
Efectivamente, a gua o recurso necessrio para a produo de
energia elctrica atra-
vs de aproveitamentos hidroelctricos. Esta uma fonte de energia
primria que usufruindo
da sua energia potencial gravtica e cintica permite gerar
energia elctrica atravs da con-
verso de energia mecnica em energia elctrica.
Com o intuito de efectuar uma caracterizao do recurso hdrico
dividiu-se este captulo
em trs grandes blocos. O primeiro bloco faz referncia distribuio
geogrfica da pluviosi-
dade a nvel nacional, isto , apresenta uma perspectiva da
distribuio da precipitao por
regio. O segundo faz uma abordagem temporal da pluviosidade
transmitindo uma ideia da
pluviosidade horria e diria que abater o territrio nacional, bem
como, o nmero de dias
seguidos em que existir ou no precipitao.
Por fim ser realizado um estudo sobre os valores de correlao
existente entre dois pon-
tos de pluviosidade, em funo da sua distncia de forma a analisar
eventuais diferenas
entre o modelo de previso de pluviosidade e o seu valor
real.
3.2- Distribuio Geogrfica da Pluviosidade
Para o bom funcionamento de uma CMH, para alm da pluviosidade
que utilizada como
fonte de energia primria, tambm necessrio que na sua envolvente
exista um conjunto de
condies naturais favorveis. Particularmente caractersticas
especficas do terreno como
-
36 Caracterizao Hidrolgica
36
altura de queda, caudal e rea da bacia hidrogrfica que sero alvo
de estudo no prximo
capitulo deste presente trabalho.
A pluviosidade uma caracterstica meteorolgica que descreve a
quantidade de chuva
que precipita numa determinada rea ou regio, sendo normalmente
medida em milmetros
(mm), onde um mm de chuva equivale a um litro (l) de gua por
metro quadrado (m2). A sua
distribuio a nvel nacional no constante ao longo de todo o
territrio continental, deno-
tando-se por vezes uma discrepncia elevada entre pontos
geogrficos. Deste modo, optou-se
por efectuar uma diviso do territrio nacional por distritos.
importante referir que os valores de pluviosidade utilizados so
provenientes de previ-
ses meteorolgicas obtidas a partir de previses de modelos
atmosfricos locais, especifica-
mente, dos modelos MM5. Estas previses foram realizadas para o
ponto mdio da bacia
hidrogrfica de cada CMH, portanto existe mais que um ponto de
medio para cada distrito
dado que em diversas situaes existem vrias CMH por distrito.
Assim sendo, procedeu-se
respectiva mdia de dados de pluviosidade por distrito para o ano
de 2007, de forma a obter
um nico valor.
Com o objectivo de avaliar os distritos pela quantidade de
pluviosidade anual procedeu-se
criao, atravs de um sistema de informao geogrfica de um mapa
(ver Figura 28) que
retrata a gama de pluviosidade ocorrida por distrito.
No entanto, convm salientar que a pluviosidade no possui um
valor constante, sendo
muito varivel de ano para ano, e dado que foram utilizados
valores previstos de pluviosidade
estes podem conter algum erro.
-
Distribuio Geogrfica da Pluviosidade 37
Figura 28 - Mapa da Quantidade de Preci-
pi