Projetos Hidrelétricos
A implantação de aproveitamentos hidrelétricos requer, segundo trabalho da Eletrobrás, as seguintes etapas e atividades:
Os parâmetros básicos de um reservatório são apresentados na Figura abaixo.
Onde:
Qat é a vazão afluente no instante t;
ht é a altura da água no reservatório, relativa a uma referência, no instante t;
Vt é o volume do reservatório no instante t;
At é a área da superfície do reservatório no instante t;
Pt é a precipitação no reservatório no instante t;
Et é a evaporação do reservatório no instante t;
Qet é a vazão efluente turbinada no instante t;
Qvt é a vazão efluente vertida no instante t.
Aplicando as equações do balanço hídrico, teremos que:
Esta expressão nos mostra que o volume do reservatório pode aumentar e diminuir dependendo de diversos fatores. Contudo, cabe agora a seguinte questão; quais os limites mínimos e máximos do volume de um reservatório?
Os reservatórios possuem as seguintes funções:
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Abastecimento de água para consumo humano;
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Abastecimento de água para atividades agropecuárias;
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Controle de cheias;
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Geração de energia;
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Piscicultura e aqüicultura;
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Navegação.
A primeira cota a ser definida no reservatório é a cota mínima - NAmin. Ela define o volume morto do reservatório, ou seja o volume que não é utilizado para a geração de energia. Este volume está associado ao abastecimento de água, à piscicultura e à navegação. Do ponto de vista de geração de energia, a cota mínima é a cota da tomada de água mais um valor h para evitar a formação de vórtices na entrada da tomada dágua.
A cota máxima operacional - NAmax- define o limite superior do volume do volume útil do reservatório mas não é o volume máximo do reservatório. Ele define a cota máxima a ser utilizada nos estudos energéticos mas não no projeto da barragem. A razão disso é o controle das cheias. Para controlar as cheias, é necessário reservar parte do volume útil do reservatório para ser enchido durante os períodos de cheias, o nível meta - NAmeta. Este volume é chamado de volume de espera. Do ponto de vista energético, o ideal é o reservatório atingir seu nível máximo no final do período úmido. Desta forma, nenhuma água será vertida. No entanto, o volume de espera deve ser determinado antes do período úmido e, caso não seja utilizado, ele representará uma perda de energia armazenada para o período seco subseqüente. Do ponto de vista de projeto de barragem, existe a cota máxima maximorum - NAmaxmax, que representa a maior cota disponível para a maior cheia. Além desta cota, existe mais um fator de segurança que serve de proteção contra ondas formadas pelo vento para evitar o transbordamento em situações criticas. Esta cota é chamada de cota da crista.
O dimensionamento do reservatório pode ser feito de diversas maneiras:
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Métodos de analise de vazão;
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Modelos de Simulação;
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Modelos de Otimização.
Método da Análise de Vazão
A Figura em anexo apresenta o diagrama de volumes diferenciais e o histograma destes volumes referentes à usina de Furnas, obtidos de acordo com a metodologia apresentada no capítulo Escoamento Superficial. Observamos que 1983 foi o ano com maior cheia registrada neste ponto e, provavelmente, o ano da maior cheia registrada na região sudeste.
A Tabela abaixo apresenta um resumo dos dados do aproveitamento. Observamos que o volume útil do reservatório é equivalente a 60% do volume base. Isto coloca o reservatório de Furnas, o maior reservatório da região sudeste e centro-oeste, no limiar entre a classificação de reservatório de regulação anual e plurianual. Cada uma das máquinas da usina pode turbinar cerca de 23% da vazão média de longo prazo e, como existem 8 máquinas, a usina tem capacidade de turbinar até 184% desta vazão. Isto significa que parte das máquinas permanece ociosa na maior parte do tempo.
| Usina | Ptot | Pmaq | Nmaq | Vmax | Vmorto | VU | Vbase | Produtibilidade | Vmaq | VPtot | MLT | Eass | |
| MW | MW | km3 | km3 | km3 | km3 | MW/m3/s | m3/s | m3/s | m3/s | MWm | m3/s | ||
| Furnas | 1312 | 164 | 8 | 22,95 | 5,73 | 17,22 | 29,13 | 0,7726 | 212,27 | 1698,16 | 924 | 598 | 774 |
| 79% | 19,7% | 59% | 23% | 183,8% | 83,8% | ||||||||
A Figura em anexo apresenta a probabilidade de operação simultânea de máquinas e a geração média esperada em função do número de máquinas. Esta curva pode ser obtida a partir dos dados originais ou utilizando-se as expressões aproximadas para a persistência abaixo.
A curva de persistência das vazões pode ser aproximada pelas expressões abaixo de acordo com a metodologia apresentada no capítulo de Escoamento Superficial. A primeira curva aproxima a curva de persistência entre a vazão mínima e a mediana e a segunda aproxima entre a mediana e a vazão máxima.
Observa-se que, a cada nova máquina acrescentada, a energia média esperada aumenta menos. Isto significa que a energia agregada a cada nova máquina diminui exponencialmente.
Os dois últimos métodos utilizam a equação acima para simular a operação de diversos reservatórios mas requerem muitos dados que não estão normalmente disponíveis.
