Hydrokinetic potential downstream Curuá-Una HPP

Energia Hidrocinética no
Norte do Brasil
Prof. Dr. Geraldo LúcioTiago Filho
Centro Nacional de Referências em Pequenas Centrais Hidrelétricas – CERPCH
Instituto de Recursos Naturais- IRN
Universidade Federal de Itajubá- UNFEI
FCO Strategic
Programme Fund
UNIFEI

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

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 várias fases, custo ainda alto.
Situação em Países emergentes:
• Recurso disponível.
• Tecnologia pode ser desenvolvida,
• criação de mercado,
• sistemas acessíveis e relativamente eficientes.

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

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

ESTADO DA ARTE : Mundo
Departamento de Energia, Estados Unidos

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-Sream Device – Lunar Energy
SMD Hydrovision

Tipos deTurbinas para aproveitamentos Hidrocinéticos (maremotrizes)
Turbinas de Arrasto
Underwater Electric Kite (UEK)
Irish company partnered with Nova Scotia
Power (NSP)
Scotch Renewable
Hydrokinetic turbine

Eixo Horizontal
TurbinaTipo Darrieus, Gorlov – Turbina Fluxo Cruzado
EixoVertical

(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.

ESTADO DA ARTE : Países
emergentes

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

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

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.
FCO Strategic
Programme Fund
Financiamento Executora
UNIFEI
Beneficiária
PROJETO

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
ApoioTécnico
• Pedro Henrique de Oliveira Azevedo Lobão
Graduando em Engenharia Mecânica
Pesquisador
PROJETO

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

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

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

TRABALHO DE CAMPO
• UHE Samuel
Potência 216 MW
Localização Rio Jamari
Estado Rondônia
Município Candeias do Jamari

TRABALHO DE CAMPO
• UHE Samuel
PROJETO

TRABALHO DE CAMPO
• UHE Curua Una
Potência 40 MW
Localização Rio Curua Una
Estado Pará
Município Santarém
PROJETO

TRABALHO DE CAMPO
• UHE Curua Una
PROJETO

TRABALHO DE CAMPO
• Equipamentos
PROJETO

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

• Critério de Escolha das
Seções:
• Velocidade média acima de
1,0 m/s
PROJETO

• Geometria e Malha
Entrada
Lado 1
Fundo
Lado 2
Superficie
Saida
PROJETO

MODELAGEM COMPUTACIONAL -
RESULTADOS
PROJETO

MODELAGEM COMPUTACIONAL -
RESULTADOS
v
PROJETO

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

DEFINIÇÃO DOTRECHO PARA IMPLANTAÇÃO
DO PARQUE HIDROCINÉTICO
PROJETO

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

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

PROJETO

RESULTADOS
Seção
Potencia Hidráulica
Disponível [kW]
Energia Hidráulica
Disponível [MWh/ano]
Potência
Instalada [kW]
Fator de
Capacidade
Energia Gerada
[MWh/ano]
1 472.15 4136.06 190 0.43 713.14
2 251.50 2203.17 100 0.60 527.67
3 639.15 5598.95 260 0.63 1425.41
4 1579.22 13833.97 630 0.68 3755.80
5 1459.29 12783.38 580 0.69 3497.02
6 963.37 8439.13 390 0.57 1934.29
7 584.72 5122.19 230 0.67 1354.38
Σ 2380 Média: 0.63 13207.70
PROJETO

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

• 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

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

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

Agradecimentos
• À Embaixada do Reino Unido
• À Eletronorte
• À Fapepe
FCO Strategic
Programme Fund
UNIFEI
• À Equipe do CERPCH
• À Unifei

OBRIGADO !!!
• Prof. Dr. Geraldo LucioTiago Filho
• Msc. Antonio Carlos Barkett Botan
• Msc. Camila Rocha Galhardo
• Msc. Ivan FelipeSilva dos Santos

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