O documento discute a energia hidrocinética no norte do Brasil, apresentando:
1) O princípio de funcionamento da energia hidrocinética e seu estado da arte no mundo e em países emergentes;
2) Um projeto de desenvolvimento de um parque hidrocinético a jusante das usinas hidrelétricas de Samuel e Curuá-Una, incluindo modelagem computacional e definição de potencial;
3) Os resultados do projeto indicam um potencial de 2,38 MW instalado e 13,2 GWh/ano de energia ger
EDUCAÇÃO - REFORMAR PRECISA-SE: LIBTALKS CC 20230710
Painel 4 – Energia Hidrocinética no Norte do Brasil
1. Energia Hidrocinética no
Norte do Brasil
Prof. Dr. Geraldo LúcioTiago Filho
Eng. Msc.Antonio Carlos Barkett Botan
Eng. Dr. Júlio César Silva de Souza
Centro Nacional de Referências em PequenasCentrais Hidrelétricas – CERPCH
Universidade Federal de Itajubá- UNFEI
UNIFEI
2. SUMÁRIO
Introdução
Princípio de funcionamento
Estado da arte
Projetos no mundo
Projetos em países emergentes
Ciclo de vida da tecnologia
Projeto: Developing a hydrokinetic park
downstream of Samuel and Curuá-Una
Hydropower Plants.
Conclusões
Conclusão
Recomendações
3. INTRODUÇÃO
Energia hidrocinética
• É a energia extraída da energia cinética contida nas correntezas naturais e artificiais
dos oceanos, rios e canais
• Baixo impacto ambiental
• A sua implantação depende da avaliação do potencial disponível e a criação de
políticas favoráveis focadas a incentivar os incentivos, o mercado e a regulação.
Estado atual:
• Crescimento, diferentes projetos de pesquisa em temas da engenharia,
• Carece de análise econômica
• Projetos em diferentes fases
• Alto custo .
Situação em Países emergentes:
• Recurso disponível.
• Tecnologia pode ser desenvolvida,
• criação de mercado,
• sistemas acessíveis e relativamente eficientes.
4. SUMÁRIO
Introdução
Princípio de funcionamento
Estado da arte
Projetos no mundo
Projetos em países emergentes
Ciclo de vida da tecnologia
Projeto: Developing a hydrokinetic park
downstream of Samuel and Curuá-Una
Hydropower Plants.
Conclusões
Conclusão
Recomendações
5. INTRODUÇÃO
Energia hidrocinética extrai energia de correntezas naturais e artificiais em oceanos e
curso d´água.
Opção renovável disponível presente em lugares estratégicos:
nos oceanos cujo potencial é relativamente alto, e
nos rios em trechos com:
declividades mais fortes
com estreitamento da seção transversal
com potenciais remanescentes
𝐸 𝐶 = 𝐶 𝑝
1
2
𝜌𝐴 𝑟 𝑉1
3
= 𝑃𝑒
6. PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO
Máximo coeficiente de potência: Relação
de velocidades igual a 1/3.
A potência máxima extraída é devida só a
dois terços da velocidade 𝑉1.
Normalmente, um sistema comum tem
uma eficiência global de 0,35
7. SUMÁRIO
Introdução
Princípio de funcionamento
Estado da arte
Projetos no mundo
Projetos em países emergentes
Ciclo de vida da tecnologia
Projeto: Developing a hydrokinetic park
downstream of Samuel and Curuá-Una
Hydropower Plants.
Conclusões
Conclusão
Recomendações
8. ESTADO DA ARTE : Mundo
Departamento de Energia, Estados Unidos
9. Tipos deTurbinas para aproveitamentos Hidrocinéticos (maremotrizes)
Fab.Verdante
Turbina Axial , eixo horizontal
East River, NewYork, NY
Turbinas de Correntes marinhas
Sea Flow MCT Ltda In-Stream Device – Lunar Energy
SMD Hydrovision
ESTADO DA ARTE : Mundo
10. Tipos deTurbinas para aproveitamentos Hidrocinéticos (maremotrizes)
Turbinas de Arrasto
Underwater Electric Kite (UEK)
Irish company partnered with Nova Scotia
Power (NSP)
Scot Renewable
Hydrokinetic turbine
ESTADO DA ARTE : Mundo
12. ESTADO DA ARTE : Mundo
(a) ENERMAR, Italia - 20 kW Fase 4, (b) Rio Atchafalaya, Estados Unidos – Fase 1, (c)
Smart Grid, Canada - Fase 3, (d) SEAFLOW, Inglaterra – 300 Kw.
13. SUMÁRIO
Introdução
Princípio de funcionamento
Estado da arte
Projetos no mundo
Projetos em países emergentes
Ciclo de vida da tecnologia
Projeto: Developing a hydrokinetic park
downstream of Samuel and Curuá-Una
Hydropower Plants.
Conclusões
Conclusão
Recomendações
15. ESTADO DA ARTE : países emergentes
(a) Invap, Argentina - 4,5 kW Fase 2, (b) Fedeta, Equador – 1,5 kW Fase 3, (c) Brasil,
UnB/Eletronorte – Fases 1, 2 e 3 (Tucunaré)
C-1 C-2 C-2 C-3
16. SUMÁRIO
Introdução
Princípio de funcionamento
Estado da arte
Projetos no mundo
Projetos em países emergentes
Ciclo de vida da tecnologia
Projeto: Developing a hydrokinetic park
downstream of Samuel and Curuá-Una
Hydropower Plants.
Conclusões
Conclusão
Recomendações
17. ESTADO DA ARTE : Ciclo de vida
Renováveis: Mercado e regulação
Desenvolvimento daTecnologia hidrocinética
Descobrimento, definição do
conceito, desenvolvimento
inicial, engenharia.
Prova do conceito, ensaios em
laboratório, demonstração em
local, aplicação real.
Produção e comercialização,
aplicação real.
1,68 Cpb
18. SUMÁRIO
Introdução
Princípio de funcionamento
Estado da arte
Projetos no mundo
Projetos em países emergentes
Ciclo de vida da tecnologia
Projeto: Developing a hydrokinetic park
downstream of Samuel and Curuá-Una
Hydropower Plants.
Conclusões
Conclusão
Recomendações
19. Development and implementation of procedures for
developing a hydrokinetic park and the survey of applicable
technologies downstream of hydropower plants. Case studies:
Samuel and Curuá-Una Hydropower Plants.
PROJETO
Financiamento Beneficiária Executora
20. EQUIPE
• Prof. Dr. Geraldo LucioTiago Filho
Professor e Diretor do Instituto de Recursos Naturais
Coordenador Geral
• Prof. Dr. Ramiro Gustavo Ramirez Camacho
Professor do Instituto de Engenharia Mecânica
Pesquisador orientador
• Msc. Camila Rocha Galhardo
Doutoranda em Engenharia da Produção
Gerente
• Eng. Msc. Antonio Carlos Barkett Botan
Doutorando em Engenharia Mecânica
Coordenador
• Eng. Msc. Ivan Felipe Silva dos Santos
Doutorando em Engenharia Mecânica
Pesquisador
• Eng. Dr. Júlio César Silva de Souza
Doutor em Engenharia Mecânica
Pesquisador
• Eng. Msc. Roberto Meira Junior
Doutorando em Engenharia Mecânica
Pesquisador
• Eng. Laura Dardot Campello
Mestrando em Engenharia da Energia
Pesquisador
• Pedro Henrique de Oliveira Azevedo Lobão
Graduando em Engenharia Mecânica
Pesquisador
PROJETO
21. HISTORICO
• Em março de 2015 submissão do projeto em parceria com a Universidade
Federal do Maranhão – Canal doVarador
• Beneficiaria Eletronorte – Sugestão de estudo do potencial hidrocinético a
jusante de duas usinas hidrelétricas na região Norte do país.
PROJETO
22. PROPOSTA
• Levantamento do potencial a jusante das usinas de Curua Una e Samuel
• 5 km a jusante da barragem;
• Topo batimétrica do leito do rio e topografia das margens .
• Modelagem do fenômeno e calculo do potencial hidrocinético
• Método computacional CFD;
• Estudo do regime hidrológico ao longo do ano;
• Definição do potencial hidrocinético
• Escolha do melhor trecho
• Calculo do potencial teórico
PROJETO
23. METODOLOGIA
• 1° Etapa – Definição de locais para realização do estudo
• 2° Etapa - Coleta de dados primários
• 3° Etapa – Planejamento de campo
• 4° Etapa - Coleta de dados de campo
• 5° Etapa –Tratamento dos dados
• 6° Etapa – Modelagem computacional
• 7° Etapa – Geração dos cenários
• 8° Etapa – Seleção do melhor trecho
• 9° Etapa – Definição do potencial
PROJETO
24. TRABALHO DE CAMPO - UHE SAMUEL
Potência 216 MW
Localização Rio Jamari
Estado Rondônia
Município Candeias do Jamari
33. MODELAGEM COMPUTACIONAL
• Análise dos dados obtidos em campo;
• Seleção das seções e trechos de interesse;
• Geração da geometria utilizando os dados da batimetria – ICEM CFD;
• Geração das malhas – ICEM CFD;
• Seleção das condições de contorno utilizando os dados obtidos com ADCP – CFX-
Pre
• Cálculo computacional – CFX Solver Manager
• Processamento e análise dos resultados – CFD Post
PROJETO
43. DEFINIÇÃO DOTRECHO PARA IMPLANTAÇÃO
DO PARQUE HIDROCINÉTICO
• UHE Curuá-Una
• Velocidade Média 2,5m/s
• Localização entre as seções de 25
à 28
• Trecho de estreitamento do leito
do rio
PROJETO
45. DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL
HIDROCINÉTICO DOTRECHO
• Levantamento dos níveis e
vazões calculadas
trimestralmente pela
curva-chave
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez
Q[m³/s]
Vazões defluentes ao reservatório da UHE Curuá-Una.
PROJETO
46. DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL
HIDROCINÉTICO DOTRECHO
A = 103,0ym - 122,8
R² = 0,999
P = 83,97ym0,137
R² = 0,999
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
0
100
200
300
400
500
600
0 1 2 3 4 5 6 7 8
ymáx [m]
P[m]
A[m²]
A X y
P X y
y = 642,2621x - 2.308,1406
R² = 0,9629
0
500
1000
1500
2000
2500
3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7
Q[m³/s]
ymáx [m]
Variação do perímetro e área molhada em função da
profundidade máxima ymáx.
Curva chave do trecho de rio a ser simulado.
PROJETO
50. SUMÁRIO
Introdução
Princípio de funcionamento
Estado da arte
Projetos no mundo
Projetos em países emergentes
Ciclo de vida da tecnologia
Projeto: Developing a hydrokinetic park
downstream of Samuel and Curuá-Una
Hydropower Plants.
Conclusões
Conclusões
Recomendações
51. • Existe tecnologia nacional para a prospecção de potencial hidrocinético
• Identificado um trecho passível de se instalar um parque hidrocinético
• Trecho selecionado:
• Seções 25,26,27 e 28 da Jusante da UHE Curuá-Uma
• Velocidades médias: 2,7 m/s
• Potencia Instalada: 2.380 kW
• Energia gerada anual: 13.207 MWh/ano
• Fator de capacidade: 0,63
CONCLUSÕES
52. Recomendações
• Identificar tecnologias que se adaptem às condições do trecho identificado;
• Definir e dimensionar o sistema de fixação da turbinas hidrocinéticas e do
sistema de conexão elétrica à Usina Hidrelétrica de Curuá-Una;
• Conceber e dimensionar um sistema de proteção contra materiais em
suspensão no rio;
• Buscar a viabilidade técnica e econômica do parque hidrocinético;
CONCLUSÕES
53. Recomendações
• Implementar parcerias e intercâmbios com as instituições de pesquisa e desenvolvimento
tecnologia a área de energias hidrocinéticas, tais como : Heriot Watt University, EMEC,
Aquatera, Scott Renewables e MeyGen
• Criar sinergias com instituições nacionais para o desenvolvimento tecnológico em energias
hidrocinéticas fluviais e oceânicas, tais como: UNIFEI, UNB, UFMA e UFRJ.
• Desenvolver tecnologias nacionais visando ganhos de eficiência nos componentes hidro-
elétricos e de controle de parques hidrocinético;
• Elaborar procedimentos para a concepção, dimensionamento, arranjo e de implantação de
parques hidrocinético,
• Promover um programa de prospecção do potencial hidrocinético na bacias amazônicas e
dos trechos de potenciais remanescentes dos rios das regiões sul e sudeste
• Promover um programa de prospecção do potencial hidrocinético, de maré motriz e de
ondas no litoral brasileiro, (iniciando pelos litorais das regiões Norte e Sul)
CONCLUSÕES