Centrais Eólicas e PCHs combinadas

Centrais Eólicas e PCHs combinadas

Gilnei Carvalho Ocácia

Leonardo Haerter dos Santos Natália Cardoso Ocácia

A utilização combinada de Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCHs), com Centrais Elétricas Eólicas (CEEs), apresenta como ponto central de conveniência em relação à utilização individual de cada uma das formas de geração, o fato do lago da PCH servir de regularização e armazenamento de energia para o sistema híbrido, conforme sua função original para a hidrelétrica, mas paradoxalmente, permitir a utilização de uma menor bacia de acumulação, pois no caso de uma estiagem mais prolongada, as comportas podem ser reguladas, mantendo-se, por alguns períodos, apenas a vazão necessária para despacho complementar à geração produzido pela Central Eólica.

PALAVRAS-CHAVE: PCH, Energia Eólica, Sistema Híbrido

The combinated use of small hydropower plants (SHP) and Wind Energy (WE) presents, as central point of convenience relative to individual use of each form of generation, the fact that the SHP’s lake serves as energy regularizator and storer for the hybrid system, according to its original function for the dam, but paradoxically, allow the use of a lower reserved volume, because in the event of a prolonged drought, the floodgates may be regulated, keeping for some periods, only the needed flow to order additional generation over the produced by the Wind Generation.

KEY-WORDS: Small Hydro-Power, Wind Energy, Hybrid Systems.

Segundo a EPE (2007), nos próximos vinte anos, o Brasil necessita mais que dobrar a sua oferta interna de energia elétrica para poder sustentar o crescimento projetado para o País. Os investimentos, mantidos os padrões atuais de fator de carga, correspondem a instalação de mais de 150 GW em geração de eletricidade. Considerando-se a falta de capacidade de investimento do País; as dificuldades cada vez maiores de licenciamento das grandes usinas hidrelétricas (veja-se os casos das usinas do Rio Madeira e da Usina Belo Monte); a falta de perspectivas da utilização do carvão, resta a opção pela utilização do gás natural, com suas incertezas, ou da energia nuclear, com toda a polêmica em torno de seu aproveitamento, e a contribuição dos pequenos aproveitamentos descentralizados para produção de eletricidade.

Nesse sentido, atualmente, pode-se pensar nas unidades termoelétricas a biomassa, onde hoje desponta a utilização do bagaço de cana-de-açúcar, na utilização da energia dos ventos, especialmente devido a extensão do litoral brasileiro onde há uma boa permanência e intensidade de ventos, e nas PCHs, que a exemplo das grandes usinas do sistema nacional, também são o que há de mais atrativo para o País devido as suas peculiaridades de qualidade da energia e de domínio nacional da tecnologia necessária.

A instalação de centrais eólicas para produção de energia elétrica está em franca expansão a nível mundial, tendo apresentado um crescimento de 36,8 GW de 2008 para 2009, representando

31,7%, totalizando 157,9 GW instalados (WEEA, 2010). As previsões são de que este índice se mantenha de 2009 para 2010, tendo como força impulsora a questão ambiental e o poderio financeiro de alguns países produtores de equipamento cujos mercados internos estão saturados.

A energia eólica apresenta como maiores barreiras a sua expansão o fato de não ser estocável na origem, o que lhe confere a característica de imprevisibilidade de sua disponibilidade, ou melhor, de falta de controle da oferta, tornando sua geração inflexível. Pode-se estimar o quanto será gerado em um ano, mas, não, em que momento será gerado. Apresenta uma baixa densidade energética, o que implica em máquinas com uma elevada relação peso potência, além de sua utilização apresentar outra questão relevante: apenas quatro grandes empresas dominam 70% do mercado mundial (ONS, 2010).

Por outro lado, as dificuldades para obtenção de licenças ambientais são menores em relação a outros tipos de geração de eletricidade; a ocupação de terras agricultáveis não é significativa; e, eventualmente, podem apresentar características de sazonalidade favoráveis, como por exemplo, no Rio Grande do Sul, onde há uma boa coincidência do período de ventos mais intensos, com a demanda de irrigação de lavouras de arroz e, também, com o crescimento da demanda no litoral do Estado. Também em algumas regiões, destacadamente a Nordeste, há uma complementaridade em relação ao regime hidrológico. Outro aspecto destacado reside no fato de poder ser instalada de forma modular.

Há que se destacar que, na Europa, as usinas “off-shore” e a repotencialização de usinas antigas representam as expectativas de crescimento do setor, uma vez que o mercado convencional, como já referido, está saturado, especialmente na Alemanha e na Espanha. Em consequência, estes países necessitam abrir novos mercados para seus produtos, sob pena de provocar queda de emprego no mercado local de trabalho.

Sistemas eólicos isolados não apresentam fator de capacidade uma vez que sua disponibilidade depende de fator não controlado, a existência de vento. Por outro lado, quando utilizados em conjunto com outras formas de geração de eletricidade, es- pecialmente aquelas estocáveis na origem, como as térmicas, representam uma economia de combustível que as viabiliza, econômica e ambientalmente.

Aplicando-se ao modelo brasileiro, essencialmente hidrelétrico, pode-se utilizar a energia eólica como um fator de “economia” de água, isto é, a integração de energia eólica ao sistema pode proporcionar o fechamento de comportas, retendo mais água nos reservatórios, para utilização posterior ou, mesmo, possibilitando a repotencialização de UHEs.

Considerando-se o sistema convencional, num sistema competitivo de oferta de energia, pode-se partir de uma consideração de um fator de fornecimento firme de 0,75. Como isto não pode ser atendido por sistemas de energia eólica, parte-se de uma composição de geração de 75% de potência instalada hidráulica e 25% de potência instalada eólica.

Assim, para cada unidade de potência instalada esta proporção deve ser mantida, de formas que nos períodos de calmaria o sistema hidrelétrico possa garantir os 75% de oferta de energia.

Como o fator de carga de sistemas eólicos, nos melhores locais para aproveitamento deste tipo de energia, no Brasil, fica em torno de 30% (excepcionalmente pode atingir 0,35), pode-se afirmar que a capacidade efetiva média, por MW, é de 0,3 MW. Considerando-se que, de cada MW do sistema híbrido, apenas 0,25 MW são eólicos, conforme a Eq. 1, tem-se uma capacidade média por MW instalado do sistema híbrido de

Como as UHE do sistema interligado atuam com fator de carga 0,5, utilizando-se esse valor como referência também para o sistema híbrido, a PCH deve responder pelo complemento de 0,425, pois a soma dos dois fatores corresponde a 0,50. Entretanto, como a participação da PCH no sistema híbrido proposto é de 0,75 tem-se, de acordo com a Equação 2,o fator de carga da unidade hidrelétrica atine 0,57, pois seus 70% de participação no sistema combinado devem responder por 0,425 MW.

Para análise do modelo proposto, foi considerada uma PCH do sistema Salto, na Região Nordeste do Rio Grande do Sul, da Companhia Estadual de Energia Elétrica – Geração e Transmissão (CEEE GT), com potência de 16,15 MW, situada no Rio Santa Cruz, abastecida através da barragem do Salto, que apresenta uma capacidade de acumulação de 14.10m, ocupando uma área de 2,8 km.

A UHE Bugres atuando com FC = 0,5 apresenta uma capacidade de produção de 70,7 GWh por ano. Atuando sob um fator de carga 0,57, poderia ter um acréscimo de 14% na sua produção anual, que seria de 80,6 GWh. Esta geração suplementar seria perfeitamente suportada pelo sistema, mesmo que a vazão média se aproxime do limite operacional para um sistema convencional, conforme a curva de permanência (ver Figura 1), os riscos seriam minimizados pela contribuição eólica que, se apresenta características aleatórias, sendo imprevisível seu valor instantâneo, apresenta previsibilidade com boa consistência quando considerados períodos maiores, como mensais, trimestrais ou anuais.

Considerando-se a capacidade de 16,15 MW, como 0,75 de um sistema híbrido, a participação de um sistema eólico seria de

5,4 MW, conforme a Equação 3.

Vazão (m

/s )

% do tempo

Curva de recorrência

Figura 1: Curva de permanência

Desse modo, a produção anual seria de 94,7 GWh por ano, correspondendo a uma potência média de 10,8 MW e um acréscimo degeração de 23,7 GWh por ano, correspondendo a um acréscimo de 3,5%.

E = (16,15*0,57 + 5,4*0,3).8760 = 94,704 GWh

Na Figura 2 estão apresentados os valores do kW instalado do sistema híbrido, considerando diferentes valores do kW instalado para PCHs e Centrais Eólica. È nítido que o sistema combinado apresenta valores do kW maiores do que o do sistema hidrelétrico simples. Entretanto, como não é possível que o suprimento seja realizado somente por este tipo de unidade, o uso combi- nado torna-se interessante.

Figura 2: Composição do custo do kW.

3. CONCLUSÃO

A utilização de suprimento consorciado entre Pequenas Centrais Hidrelétricas e Centrais Eolo-elétricas, pode ser bastante interessante para o Brasil, uma vez que o País apresenta dificuldades pára realizar os investimentos necessários em infra- -estrutura e sem energia, obviamente, os almejados índices de crescimento econômico alardeados, não se concretizarão.

4. REFERÊNCIAS

• ANEEL w.aneel.gov.br acessado em 03/2010.

• EPE w.epel.gov.br acessado em 03/2010. 1. e-mail: gilnei.ocacia@gmail.com

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