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ANGOLA ENERGIA 2025 Formação Específica “Aproveitamentos Hidroeléctricos
Não-Convencionais – Bombagem Pura”
Atlas das Energias Renováveis e Visão para o Sector Eléctrico
Luanda, 19 de Março de 2013 AN.2013.A.003.0
ARMAZENAMENTO DE ENERGIA
A BOMBAGEM PURA
TECNOLOGIA
EXEMPLOS NO MUNDO
CONCLUSÕES
ARMAZENAMENTO DE ENERGIA
A BOMBAGEM PURA
TECNOLOGIA
EXEMPLOS NO MUNDO
CONCLUSÕES
AN.2013.A.003.0 Formação Específica “Aproveitamentos Hidroeléctricos Não-Convencionais – Bombagem Pura” 4
O PRIMEIRO CONCEITO A RETER É: QUAL A NECESSIDADE DE BOMBAGEM PURA?
ARMAZENAMENTO DE ENERGIA
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PORQUÊ A NECESSIDADE DE ARMAZENAR ENERGIA? RESPOSTA 1: GESTÃO DA PONTA E DO VAZIO
Fonte: REE
Permite usar as centrais térmicas de base na máxima eficiência
Curva de rendimento característica de um grupo gerador térmico
Zona de funcionamento óptimo
Diagrama de carga inter-diário característico
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PORQUÊ A NECESSIDADE DE ARMAZENAR ENERGIA? RESPOSTA 2: ALISAMENTO DA CARGA
Fonte: REE
Verde - prevista Vermelho - programada Amarelo - real
Procura de energia em tempo real 11-3-2013 em Espanha
Permite programar a disponibilidade da energia com vista a aproximar-se da procura real
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PORQUÊ A NECESSIDADE DE ARMAZENAR ENERGIA? RESPOSTA 3: REGULAÇÃO DE FREQUÊNCIA
Fonte: dynamicdemand.co.uk
Valor objectivo
Frequência do sistema em tempo real no Reino Unido
Permite responder a variações de carga no sistema em questão de segundos, ao contrário das centrais térmicas
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PORQUÊ A NECESSIDADE DE ARMAZENAR ENERGIA? RESPOSTA 4: INTEGRAÇÃO DE RENOVÁVEIS
Fonte: REN
Diagrama de produção eólica em Portugal, dia 12-3-2013
Permite fornecer grandes quantidades de energia ao sistema respondendo à intermitência de algumas energias renováveis
Diferença de cerca de 400 MW
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A PENETRAÇÃO DE ALGUMAS AS ENERGIAS RENOVÁVEIS PODE INFLUENCIAR O DIAGRAMA DE CARGA
Diagrama de carga do sistema português no dia 13-09-2012
Fonte: REN, adaptação GESTO
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Fotovoltaico
Térmico
Mini-hídricas
Fios de Água
Albufeiras
Gás Natural
Fuel
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Eólica
Consumo
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Excesso de energia
Habitualmente o vento sopra mais forte de noite
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É IMPORTANTE UMA GESTÃO ADEQUADA ENTRE O DÉFICE E O EXCESSO DE ENERGIA NO SISTEMA
Balanço do diagrama de carga do sistema português no dia 16-03-2013
Fonte: REN, adaptação GESTO
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Horas do dia
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Excesso
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TECNOLOGIAS DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA
Tecnologias disponíveis
• Centrais reversíveis (bombagem pura)
• Armazenamento em Ar Comprimido (CAES)
• Volantes de inércia (flywheels)
• Baterias
• Super-condensadores
• Armazenamento magnético (SMES)
Tecnologias em desenvolvimento
• Armazenamento térmico
• Pilhas de combustível reversíveis
• Armazenamento em hidrogénio
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A BOMBAGEM PURA É A TECNOLOGIA DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA MAIS ECONÓMICA E EFICIENTE A LARGA ESCALA
Custos de investimento característicos das tecnologias de armazenamento de energia
Fonte: análise GESTO
BOMBAGEM PURA
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A BOMBAGEM PURA É A TECNOLOGIA DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA MAIS ADEQUADA PARA A GESTÃO DE UM SISTEMA
Áreas de aplicação de cada tecnologia
Fonte: IBERDROLA 2010
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A BOMBAGEM PURA
TECNOLOGIA
EXEMPLOS NO MUNDO
CONCLUSÕES
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EXISTEM VÁRIAS DENOMINAÇÕES POSSÍVEIS PARA OS APROVEITAMENTOS HIDROELÉCTRICOS NÃO-CONVENCIONAIS
Bombagem Pura
Bombeo Puro Pompage-Turbinage
Projectos Hidro-Eólicos
Aproveitamentos hidroeléctricos reversíveis
Pumped-Storage Plants
Aproveitamentos de bombagem
Centrais de ciclo fechado
Centrali con impianti ad accumulazione
Aproveitamentos hidroeléctricos não-convencionais
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IMPORTA PRIMEIRO RECORDAR A EQUAÇÃO PARA O CÁLCULO DA POTÊNCIA HIDROELÉCTRICA
P = g x h x Q x H
P – Potência (W) g – Peso volúmico da água (9800 N/m3) Q – Caudal (m3/s) H – Queda útil (m) h – Rendimento da turbina (%)
A potência hidroeléctrica é obtida principalmente pelo binómio caudal x queda
Parcelas constantes
Parcelas variáveis
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FUNCIONAMENTO DE UM APROVEITAMENTO HIDROELÉCTRICO CONVENCIONAL
Esquema típico
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FUNCIONAMENTO DE UM APROVEITAMENTO HIDROELÉCTRICO NÃO-CONVENCIONAL (BOMBAGEM PURA)
Esquema típico
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AS CENTRAIS DE BOMBAGEM PURA PERMITEM A TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA PARA OUTROS PERÍODOS
Diagrama de carga
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A BOMBAGEM PURA É UMA TECNOLOGIA MADURA E AMPLAMENTE DIFUNDIDA NO MUNDO INTEIRO, COM CERCA DE 130 GW DE POTÊNCIA INSTALADA (CERCA DE 3% DO TOTAL)
Nome Local Potência instalada (MW)
Bath County Pumped Storage Station United States 3003
Huizhou Pumped Storage Power Station China 2448
Guangdong Pumped Storage Power Station China 2400
Okutataragi Pumped Storage Power Station Japan 1932
Ludington Pumped Storage Power Plant United States 1872
Tianhuangping Pumped Storage Power Station China 1836
Grand Maison Dam France 1800
Dinorwig Power Station United Kingdom 1728
Mingtan Dam Taiwan 1602
Castaic Power Plant United States 1566
Raccoon Mountain Pumped-Storage Plant United States 1530
Matanoagawa Dam Japan 1500
Tumut-3 Australia 1500
Pyramid Lake United States 1495
Entracque Power Plant Italy 1317
As 15 maiores centrais de bombagem pura do mundo
A bombagem pura corresponde a cerca de 99% da capacidade de armazenamento mundial
O primeiro registo de uso de bombagem pura foi em 1882 na Suiça. Em 1930 foi comercialmente produzida a primeira turbina-bomba
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TRADICIONALMENTE, UM APROVEITAMENTO DE BOMBAGEM PURA CONSOME MAIS ENERGIA DO QUE AQUELA QUE PRODUZ
Tenesse Valley Authority – Racoon Mountain Plant
Perdas de carga no circuito hidráulico diminuem a queda útil e aumentam a altura de elevação
Rendimento das turbomáquinas:
Turbinas: P = g h Q H
Bombas: P = g / h Q H
Esquema de funcionamento de um aproveitamento de bombagem pura
O rácio turbinamento/bombagem situa-se em média pelos 78%, o que significa que se se consumirem 10 GWh/ano ir-se-ão produzir apenas 7,8 GWh/ano
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A BOMBAGEM PURA
TECNOLOGIA
EXEMPLOS NO MUNDO
CONCLUSÕES
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PARA APROVEITAMENTOS DE BOMBAGEM PURA É NECESSÁRIO UMA TURBINA QUE POSSA TAMBÉM FUNCIONAR COMO BOMBA
Turbina de acção: não adequada para a bombagem
Turbinas Pelton Turbinas Kaplan Turbinas Francis
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• Turbina de reacção, radial-axial (a roda é atravessada pelo escoamento sob pressão)
• Aplicação: quedas entre os 20 e 500 m
• Rodas com pás encurvadas
• Eixo horizontal, vertical ou inclinado nas unidades pqequenas
• Um ou mais injectores
• As turbinas Francis de roda dupla permitem absorver o dobro do caudal de uma turbina de roda simples com as mesmas características
TURBINAS-BOMBA CORRENTEMENTE UTILIZADAS EM BOMBAGEM PURA: FRANCIS
Principais características:
Secção transversal
Planta
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TURBINAS-BOMBA CORRENTEMENTE UTILIZADAS EM BOMBAGEM PURA: KAPLAN
Principais características:
• Turbina de reacção axial
• Aplicação: quedas baixas, elevado caudal
• Rodas com forma de hélice dotadas de pás curtas e orientáveis, em pequeno número
• Grupos bolbo: conjunto turbina tipo Kaplan maise alternador alojados no interior de um bolbo, que tem a vantagem de exigir menor largura para a central e menor profundidade
• Mantém bons rendimentos para regimes de funcionamento muito diferentes
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Barragem de Ash River
A ESCOLHA DA TURBINA-BOMBA ADEQUADA PARA O APROVEITAMENTO É UM TRABALHO DE EXTREMA IMPORTÂNCIA
Limites de aplicabilidade das turbinas Curvas de rendimento das turbinas
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OS APROVEITAMENTOS DE BOMBAGEM PURA TÊM UM CUSTO POR MW INSTALADO MAIS BAIXO QUE OS APROVEITAMENTOS CONVENCIONAIS E COM GRANDE ECONOMIA DE ESCALA
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Potência instalada (MW)
Variação do custo do MW por potência instalada
Preço médio aprox. 0,5 M$/MW
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TECNOLOGIA
EXEMPLOS NO MUNDO
CONCLUSÕES
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https://www.dom.com/about/stations/hydro/bath-county-pumped-storage-station.jsp
ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA: BATH COUNTY PUMPED STORAGE STATION, 3003 MW “THE POWER MOUNTAIN” – MAIOR DO MUNDO
Barragens de pequena dimensão
Empreendimento de bombagem com maior potência instalada em todo o mundo
Caudal máximo 850 m3/s Equivalente a um volume de um campo de basketball com 2 m de altura de água por segundo
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AUSTRÁLIA: TUMUT 3 HYDROELECTRIC POWER STATION, 1500 MW
Tubagens com 5,65 m de diâmetro Caudal em cada tubagem de 150 m3/s
6 linhas de tubagens
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ALEMANHA: GOLDISTHAL PUMPED STORAGE STATION, 1060 MW
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ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA: ROBERT MOSES HYDROELECTRIC POWER STATION, 2525 MW CANADÁ: SIR ADAM BECK HYDROELECTRIC GENERATING STATIONS, 1926 MW
Estados Unidos da América
Canadá
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ESPANHA: LA MUELA II, 850 MW
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ÁFRICA DO SUL: DRAKENSBERG PUMPED STORAGE SCHEME, 1000 MW
Várias barragens e cascatas interligadas
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ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA: SENECA PUMPED STORAGE GENERATING STATION, 435 MW
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BÉLGICA: CENTRALE DE COO-TROIS-PONTS, 1164 MW
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ITÁLIA: CENTRALE IDROELETTRICA DI EDOLO, 980 MW EMPREENDIMENTO DE BOMBAGEM COM MAIOR QUEDA DO MUNDO
1265 m de queda bruta 94 m3/s de caudal
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RÚSSIA: ZAGORSK PUMPED STORAGE STATION, 1200 MW
Queda de 100 m Caudal turbinado total de 1500 m3/s
Primeira central de bombagem pura russa
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CHINA: HUIZHOU PUMPED-STORAGE POWER STATION, 2448 MW
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PAÍS DE GALES (REINO UNIDO): DINORWIG POWER STATION, 1728 MW “THE ELECTRIC MOUNTAIN”
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ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA: LUDINGTON PUMPED STORAGE POWER PLANT, 1872 MW
Apenas 110 m de queda Lago Michigan
Caudal máximo de 20 000 m3/s Equivalente a 8 piscinas olímpicas por segundo
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PORTUGAL: CENTRAL REVERSÍVEL DE ALQUEVA II, 520 MW MAIOR LAGO ARTIFICIAL DA EUROPA
http://www.a-nossa-energia.edp.pt/centros_produtores/fotos_videos.php?item_id=82&cp_type=§ion_type=fotos_videos
A albufeira atinge, à cota máxima, os 250 km² de área (Capanda ~165 km2) a que correspondem 4.150 hectómetros cúbicos de volume
Produz 380 GWh de energia em média por ano (4% da produção do país)
Túneis com 9 m de diâmetro
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PORTUGAL: APROVEITAMENTO HIDROELÉCTRICO DE CARVÃO-RIBEIRA, 555 MW
Projecto identificado de raíz pela Gesto Energia Investimento: 333 M€
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JAPÃO: YANBARU SEAWATER PUMPED STORAGE, 30 MW ÚNICA CENTRAL DE BOMBAGEM PURA USANDO ÁGUA DO MAR DO MUNDO
564,000 m³ armazenamento
Oceano Pacífico
150 m de queda 26 m3/s caudal
Custo estimado entre 2 a 3 M$/MW
ARMAZENAMENTO DE ENERGIA
A BOMBAGEM PURA
TECNOLOGIA
EXEMPLOS NO MUNDO
CONCLUSÕES
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A BOMBAGEM PURA É UMA TECNOLOGIA MADURA E AMPLAMENTE DIFUNDIDA E É A FORMA MAIS EFICAZ DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA EM LARGA ESCALA
Aproveitamento de bombagem pura
Vantagens
•Baixos impactos ambientais;
•Obras com pouco impacto territorial: centrais subterrâneas, circuitos enterrados e áreas inundadas
reduzidas
• Este tipo de produção hídrica não obriga ao consumo de água;
• Permite a regularização de caudais, retendo agua em alturas de cheias;
• Promove a disponibilidade hídrica de empreendimentos localizados a jusante;
• Permite viabilizar a instalação de potência eólica;
• Possibilidade de construção de um empreendimento de fins múltiplos (abastecimento aguas, rega, etc).
Vantagens
Características dos empreendimentos
→Baixos impactos ambientais (áreas inundadas reduzidas) → Grandes potências instaladas: 500– 2000 MW → Grandes investimentos → Custo médio do MW instalado de aproximadamente 0,5 M$
4.9
16.6
0.5 0.0
3.0
6.0
9.0
12.0
15.0
18.0
Foz Tua Baixo Sabor Carvão-Tabuaço
Áreas inundadas/Potência instalada (ha/MW)
0.1
- 150 x
www.gestoenergy.com
Av. Cáceres Monteiro, nº 10, 1º Sul
T. +351 211 544 640
1495-131 Algés, Portugal
F. +351 211 544 648
info.gesto@martifer.com