56 57
ARTIGOS TÉCNICOS TECHNICAL ARTICLES
UTILIZAÇÃO COMBINADA DE PEQUENAS CENTRAIS HIDRELÉTRICAS
E CENTRAIS ELÉTRICAS EÓLICAS
Gilnei Carvalho Ocácia1
Leonardo Haerter dos Santos
Natália Cardoso Ocácia
RESUMO
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 regu-
larização 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
COMBINED UTILIZATION OF SMALL HYDRELECTRICS POWER
AND WIND POWER GENERATION
ABSTRACT
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 Sys-
tems.
1. INTRODUÇÃO
Segundo a EPE (2007), nos próximos vinte anos, o Brasil ne-
cessita mais que dobrar a sua oferta interna de energia elétrica
para poder sustentar o crescimento projetado para o País. Os in-
vestimentos, mantidos os padrões atuais de fator de carga, cor-
respondem a instalação de mais de 150 GW em geração de eletri-
cidade. 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 uti-
lização 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 peculiari-
dades de qualidade da energia e de domínio nacional da tecno-
logia necessária.
A instalação de centrais eólicas para produção de energia elé-
trica 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 pre-
visões são de que este índice se mantenha de 2009 para 2010,
tendo como força impulsora a questão ambiental e o poderio fi-
nanceiro de alguns países produtores de equipamento cujos mer-
cados internos estão saturados.
A energia eólica apresenta como maiores barreiras a sua ex-
pansão 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 in-
flexível. Pode-se estimar o quanto será gerado em um ano, mas,
não, em que momento será gerado. Apresenta uma baixa densi-
dade 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 am-
bientais 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 sazonali-
dade 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 algu-
mas regiões, destacadamente a Nordeste, há uma complementa-
ridade 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 capaci-
dade uma vez que sua disponibilidade depende de fator não con-
trolado, 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 hidrelétri-
co, 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.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
Considerando-se o sistema convencional, num sistema com-
petitivo 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 propor-
ção 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 lo-
cais 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
PMW
e=03 02
51
,,
(
)
Como as UHE do sistema interligado atuam com fator de car-
ga 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. En-
tretanto, 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.
FC ==
0425
07 05
72
,
,
,(
)
Portanto, o fator de carga do sistema híbrido, resulta em 0,5025:
FC
=+=
057075 03 02505025 3,*,,*,
,(
)
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 Transmis-
são (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 14.106m3, ocupando uma
área de 2,8 km2.
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 ca-
racterísticas aleatórias, sendo imprevisível seu valor instantâneo,
apresenta previsibilidade com boa consistência quando consi-
derados 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.
PMW
E==16 15 025
07554 4, ,
,
,(
)
Vazão (m3/s)
% do tempo
Curva de recorrência
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
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 acrésci-
mo degeração de 23,7 GWh por ano, correspondendo a um
acréscimo de 33,5%.
Eanual = (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 hidrelé-
trico 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 Cen-
trais Hidrelétricas e Centrais Eolo-elétricas, pode ser bastante
interessante para o Brasil, uma vez que o País apresenta difi-
culdades 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 www.aneel.gov.br acessado em 03/2010.
• EPE www.epel.gov.br acessado em 03/2010.
1. e-mail: [email protected]