Estimativa preliminar de potencial hidrelétrico de rios

O potencial hidráulico do Brasil, estimado em 260 GW, figura entre os cinco maiores do mundo. Desse total, 23% estão localizados na bacia hidrográfica do Paraná. Este artigo avalia o potencial hidrelétrico do Rio Grande, situado nessa região. Os cálculos consideram dois cenários de vazões, e fornecem um mapeamento das potências ao longo desse rio, que pode ser replicado em outras áreas.


Jonhson Herlich Roslee Mensah, Ivan Felipe Silva dos Santos e Alessandro Marques Martins, da Universidade Federal de Itajubá

Data: 17/02/2017

Edição: EM Janeiro 2017 No 514

Compartilhe:

De acordo com o relatório do BEN 2015 - Balanço Energético Nacional [1], o Brasil dispõe de uma matriz elétrica de origem predominantemente renovável, com destaque para a geração hidráulica, que responde por 65,2% da oferta interna total (3554,128 GWh).

Metodologia de avaliação do potencial hidrelétrico utilizada pode ser aplicada a qualquer trecho de rio

A figura 1 mostra a estrutura da oferta de eletricidade no Brasil em 2014. Em termos de potência, os empreendimentos hidrelétricos (UHEs, PCHs e CGHs) são responsáveis por aproximadamente 88,96 GW da matriz brasileira [2]. Em uma hidrelétrica, quanto maiores a vazão e a queda, mais elevadas são a potência e, consequentemente, a geração de energia obtida. A potência hidráulica de uma usina pode ser calculada pela equação 1:

onde: Q é a vazão (m3/s); H é a queda líquida (m); e P é a potência hidráulica (W). Além do grande potencial para geração de eletricidade, de ser renovável e não emitir gases poluentes originados da queima de combustível, a energia hidráulica é uma opção mais econômica e exerce outros papéis fundamentais [3], como:

Fig. 1 – Oferta interna de energia elétrica por fonte no Brasil

Fig. 2 – Curva de permanência do posto 12

Tendo em vista as diversas vantagens da energia hidrelétrica e de sua importância no cenário nacional, este artigo tem o objetivo de avaliar o potencial hidrelétrico teórico total do Rio Grande, localizado na bacia hidrográfica do Rio Paraná.

Metodologia

Software SisCAH

Foi utilizado o programa SisCAH - Sistema Computacional para Análises Hidrológicas [4] para determinar as vazões (média, mínima e máxima) e analisar sua distribuição especial na bacia estudada. A versão 1.0 da plataforma, desenvolvida pelo Grupo de Pesquisa em Recursos Hídricos da Universidade Federal de Viçosa, permite regionalizar diferentes variáveis hidrológicas referente às vazões observadas em estações fluviométricas monitoradas. O programa é estruturado em módulos, que processam os dados das séries históricas obtidas nas estações fluviométricas, fornecendo curva de permanência e de regulação de vazões, além da estimativa de vazões mínimas, médias e máximas.
O software apresenta interface gráfica e rapidez, segurança e confiabilidade na manipulação dos dados. Na interação com o usuário, fornece de forma fácil e eficiente os dados necessários à regionalização, como parâmetros e equações utilizadas. Permite importar diretamente séries de dados históricos de vazão disponíveis no sistema Hidroweb da ANA - Agência Nacional de Águas e também utilizar dados oriundos de outras fontes, os quais podem ser inseridos diretamente ou importados de planilhas eletrônicas [5].

Cálculo da potência

Para o cálculo da potência, é utilizada a equação (1), considerando a altura de queda obtida no sistema Hidroweb da ANA. A metodologia consiste em levantar dados fluviométricos em cada posto do rio Grande por meio do SisCAH. Os dados de altitude foram fornecidos pelo sistema Hidroweb, e as diferenças de cota entre os postos descrevem a queda. Para uma boa estimativa do potencial energético do rio, foram considerados dois cenários de vazão: um com 90% (cenário conservador) e outro com 50% de permanência (cenário otimista). Os valores de vazões de ambos cenários (Q90% e Q50%) foram obtidos diretamente da curva de permanência gerada pelo SisCAH. A figura 2 exemplifica a curva de permanência, demonstrando as vazões Q90% e Q50% obtidas no posto de estudo 12.

Resultados

Os dois cenários para os cálculos das potências (conservador e otimista) são considerados em cada posto de estudo. No total, têm-se 12 postos; as vazões Q90% e Q50% foram obtidas diretamente após projeção na curva de permanência de cada posto. Usando a equação (1), foram calculados e obtidos os valores das potências hidráulicas em cada posto. A tabela I apresenta os resultados.

Os valores de potência total obtidos nos cenários conservador (Q90%) e otimista (Q50%) foram, respetivamente, de 3,77 GW e 6,81 GW. Percebe-se que a potência no cenário de maior vazão (Q50%) é quase o dobro da do cenário conservador. Esses resultados denotam o impacto da permanência da vazão na usina. Mostram ainda a importância de utilizar vazões maiores na implantação de uma hidrelétrica, visto que isso produz maior potência e, consequentemente, maior geração elétrica. Contudo, o aumento indiscriminado da vazão reduz o fator de capacidade da usina e eleva os custos de implantação, operação e manutenção. Desta forma, é importante utilizar, tanto nas análises de potencial quanto em projetos de implantação, métodos de otimização para determinar a vazão que permita maior benefício econômico [6], sem elevação desnecessária dos custos de investimento nem subdimensionamento do potencial da usina.

A tabela I demonstra a presença de um maior potencial hidrelétrico nos postos 11 e 12 — regiões mais ao fim da bacia hidrográfica, onde as quedas são menores e as vazões, maiores. Contudo, o custo unitário e o investimento total dessas usinas tendem a ser elevados [7], visto que normalmente operam com máquinas axiais, as quais possuem maiores diâmetros para suportar as elevadas vazões típicas dessas regiões.
A potência total de 3,77 GW obtida no cenário Q90% equivale a 9,18% da potência hidráulica total gerada no Brasil em 2015, enquanto a de 6,81 GW, obtida no cenário Q50%, corresponde a 16,58% da potência ofertada em 2015 no País.
Para estimar o investimento necessário para implantar a potência total em cada cenário, foi considerado o custo médio de instalação de PCHs, que corresponde a cerca de R$ 6 mil por quilowatt instalado [8]. Os resultados obtidos estão apresentados na tabela II.

Conclusão

Este trabalho avaliou o potencial hidrelétrico a partir das vazões Q90% e Q50% do Rio Grande, localizado na bacia hidrográfica do rio Paraná, para possível implantação de uma PCH. O modelo usado para a estimativa de potencial energético levou em considerações as usinas distribuídas. O potencial energético resultante encontrado para vazões com 90% de permanência (cenário conservador) é próximo a 3,77 GW; já para vazões com 50% de permanência (cenário otimista), é de aproximadamente 6,81 GW. A metodologia aqui descrita utiliza postos fluviométricos e softwares como SisCAH, e pode ser replicada para estimativa inicial de potencial em qualquer trecho de rio.


Referências

  1. BEN - Balanço Energético Nacional (2016). Disponível em https://ben.epe.gov.br/downloa-ds/S%C3%ADntese%20do%20Relat%C3%B3rio%20 Final_2016_Web.pdf Acesso: 09/10/2016.
  2. BIG - Banco de Informações de Geração. Disponível em http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil/capacidadebrasil.cfm Acesso: 20/07/2016.
  3. Confederação Nacional da Indústria. Matriz energética, Brasília 2007. Disponível em ftp://ftp.mct.gov.br/Biblioteca/16454-Matriz.pdf Acesso: 05/06/2016.
  4. Grupo de pesquisas em recursos hídricos da Universidade Federal de Viçosa GPRH/UFV. Siscah. - Sistema computacional para análises hidrológicas. Versão 1.0, 2009.
  5. Souza, Z. et al.: Centrais hidrelétricas: implantação e comissionamento. Rio de Janeiro (RJ), Ed. Interciência, 2a ed., 2009.
  6. Santos, I. F. S. et al: Sensibility analysis of economically optimum scenarios of a small hydropower (SHP) implementation project in Brazil. PCH Notícias & SHP News, v. 68, p. 19-24, 2016.
  7. Rangel, M. S.: Estudo da viabilidade econômica de geração de eletricidade por fontes renováveis no Brasil. Trabalho final de graduação em Engenharia Ambiental. Universidade Federal de Itajubá, MG, 2016.
  8. Associação Pró-Energias Renováveis - Aproer (2014). Disponível em http://aproer.org.br/wp-content/uploads/2014/12/CUSTO-DEINSTALA%C3%87%C3%83O1.pdf Acesso: 10/10/2016.