Projetos Hidrelétricos

A construção de barragens constitui um dos mais antigos projetos da engenharia civil, e a mais importante dos projetos hidrelétricos.

Todas as grandes civilizações realizaram grandes obras para armazenar água e controlar enchentes. Contudo, cada barragem possui projeto único e peculiar que precisa se adaptar à hidrologia, à topografia e à geologia locais.

Barragens

As barragens se dividem nos seguintes tipos:

• • Aterro
    • Terra
    • Rocha
  • Concreto
    • Gravidade;
    • Arco;
    • Contraforte.

As barragens de aterro dominam os projetos hidrelétricos no mundo, representando cerca de 83%, e as barragens de gravidade ocupam a segunda colocação representando 12%. ¹ Na verdade, os reservatórios das usinas hidrelétricas utilizam mais de um tipo de barragem.

Barragens de Aterro de Terra

Barragens de Aterro de Rocha

Barragens de Concreto de Gravidade

Barragens de Arco de Concreto

Barragem de Concreto com Contraforte

Barragens mais altas no mundo

A Tabela [2] abaixo apresenta as barragens mais altas do mundo. Observa-se que o limite de 300m tem sido mantido em todo o mundo.

Maiores Reservatórios no Mundo

A Tabela abaixo apresenta os maiores reservatórios de usinas hidrelétricas do mundo. Observa-se que Serra da Mesa, o maior reservatório brasileiro, ocupa apenas a 17 posição. 

Lago Kariba

Maiores Usinas Hidrelétricas

A Tabela abaixo apresenta as maiores hidrelétricas do mundo considerando a potência instalada e a energia gerada.

Projeto de Hidrelétricas

O projeto de usinas hidrelétricas requer uma série de estudos envolvendo especialistas de diversas áreas.

A Figura 14 mostra os parâmetros básicos do projeto de hidrelétricas.

Etapas do Projeto Hidrelétrico

A Figura 15 mostra de forma resumida as etapas envolvidas no projeto de hidrelétricas no Brasil.

A primeira etapa consiste dos estudos de viabilidade necessários para a obtenção da licença Prévia – LP. Nenhum empreendimento pode participar dos leilões de energia sem possuir a LP, mas ninguém realizaria este trabalho sem a certeza de ganhar o projeto ou ter seus custos ressarcidos. Por isso, qualquer empresa pode realizar estes estudos e o vencedor deve ressarcir os custos deste trabalho.

Inventário e Viabilidade

A Figura 16 apresenta um fluxograma dos estudos de inventário e viabilidade.

A parte inicial do trabalho consiste na obtenção dos dados, cuja quantidade, qualidade e abrangência possuem importância primordial para o sucesso do empreendimento. 

A partir de dado, inicia-se a identificação de alternativas da cascata das usinas na bacia hidrográfica escolhida. Uma vez identificadas as alternativas, começa a fase de estudos energéticos para todas elas. Nesta fase, identificam-se os arranjos, potências, custos e impactos ambientais. Finalmente, elaboram-se índices de custo-benefício para cada alternativa considerando a geração de energia e os impactos ambientais.

Os parâmetros básicos de um aproveitamento hidrelétrico são:

1. 1. Altura nominal da queda;
   2. Variação da altura da queda;
   3. Vazão nominal;
   4. Área do Reservatório;
   5. Volume do Reservatório;
   6. Fator de Capacidade;
   7. Número de Máquinas;
   8. Potência Nominal das Máquinas;
   9. Potência Total Instalada.

Além da geração de energia elétrica, os reservatórios possuem as seguintes funções:

• • Abastecimento de água para consumo humano;
  • Recebimento de rejeitos líquidos;
  • Abastecimento de água para atividades agropecuárias;
  • Controle de cheias;
  • Piscicultura e aquicultura;
  • Navegação.

Estas funções, tão ou mais importantes do que a geração de energia elétrica, determinam restrições de operação para a usina. Periodicamente, o ONS informa aos agentes responsáveis pelas usinas hidrelétricas as vazões máximas, as vazões mínimas e o nível operativo para a usina e seu reservatório. Essas restrições obedecem a solicitações da Agência Nacional de Águas – ANA, da Marinha, e de outros órgãos governamentais envolvidos no uso múltiplo da água.

Contudo, atendê-las significa afetar a geração de energia.

A Figura 17 apresenta os parâmetros básicos de um reservatório.

Define-se inicialmente a cota mínima – NAmin- do reservatório define o seu volume morto, ou seja, o volume que se encontra abaixo da tomada d’água das turbinas.

Esse volume depende dos demais usos da água, tais como abastecimento, piscicultura e navegação, e da queda mínima da turbina. Do ponto de vista de geração de energia, considera-se a cota mínima como a cota da tomada de água mais um valor Δh para evitar a formação de vórtices na entrada da tomada d’água.

A cota máxima operacional – NAmax– define o limite superior do volume do volume útil do reservatório, mas não o volume máximo do reservatório porque ela define a cota máxima para estudos energéticos, mas não para o projeto da barragem. ²

Além disso, torna-se necessário reservar parte do volume útil para o controle das cheias. Para controlar as cheias, torna-se necessário reservar parte do volume útil para armazenar quantidades elevadas 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 críticas. Esta cota é chamada de cota da crista.

Referências

1. NOVAL, P., MOFFAT, A.I.B, NALLURI, C., NARAYANAN, R., Hydraulic Structures, 4^a  edição, Taylor & Francis, 2007.
2. INTERNATIONAL COMMISSION ON LARGE DAMS,<https://www.icold-cigb.org/article/GB/world_register/general_synthesis/worldss-highest-dams>
3. MME, CEPEL, Manual de Inventário Hidroelétrico de Bacias Hidrográficas, 2007.