An.2013.a.003.01 formacao bombagem-pura_19_mar_2013

ANGOLA ENERGIA 2025 Formação Específica “Aproveitamentos Hidroeléctricos

Não-Convencionais – Bombagem Pura”

Atlas das Energias Renováveis e Visão para o Sector Eléctrico

Luanda, 19 de Março de 2013 AN.2013.A.003.0

ARMAZENAMENTO DE ENERGIA

A BOMBAGEM PURA

TECNOLOGIA

EXEMPLOS NO MUNDO

CONCLUSÕES


A BOMBAGEM PURA

TECNOLOGIA

EXEMPLOS NO MUNDO

CONCLUSÕES

AN.2013.A.003.0 Formação Específica “Aproveitamentos Hidroeléctricos Não-Convencionais – Bombagem Pura” 4

O PRIMEIRO CONCEITO A RETER É: QUAL A NECESSIDADE DE BOMBAGEM PURA?



PORQUÊ A NECESSIDADE DE ARMAZENAR ENERGIA? RESPOSTA 1: GESTÃO DA PONTA E DO VAZIO

Fonte: REE

Permite usar as centrais térmicas de base na máxima eficiência

Curva de rendimento característica de um grupo gerador térmico

Zona de funcionamento óptimo

Diagrama de carga inter-diário característico


PORQUÊ A NECESSIDADE DE ARMAZENAR ENERGIA? RESPOSTA 2: ALISAMENTO DA CARGA

Fonte: REE

Verde - prevista Vermelho - programada Amarelo - real

Procura de energia em tempo real 11-3-2013 em Espanha

Permite programar a disponibilidade da energia com vista a aproximar-se da procura real


PORQUÊ A NECESSIDADE DE ARMAZENAR ENERGIA? RESPOSTA 3: REGULAÇÃO DE FREQUÊNCIA

Fonte: dynamicdemand.co.uk

Valor objectivo

Frequência do sistema em tempo real no Reino Unido

Permite responder a variações de carga no sistema em questão de segundos, ao contrário das centrais térmicas


PORQUÊ A NECESSIDADE DE ARMAZENAR ENERGIA? RESPOSTA 4: INTEGRAÇÃO DE RENOVÁVEIS

Fonte: REN

Diagrama de produção eólica em Portugal, dia 12-3-2013

Permite fornecer grandes quantidades de energia ao sistema respondendo à intermitência de algumas energias renováveis

Diferença de cerca de 400 MW


A PENETRAÇÃO DE ALGUMAS AS ENERGIAS RENOVÁVEIS PODE INFLUENCIAR O DIAGRAMA DE CARGA

Diagrama de carga do sistema português no dia 13-09-2012

Fonte: REN, adaptação GESTO

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Horas do dia

Fotovoltaico

Térmico

Mini-hídricas

Fios de Água

Albufeiras

Gás Natural

Fuel

Carvão

Eólica

Consumo

Défice de energia

Excesso de energia

Habitualmente o vento sopra mais forte de noite


É IMPORTANTE UMA GESTÃO ADEQUADA ENTRE O DÉFICE E O EXCESSO DE ENERGIA NO SISTEMA

Balanço do diagrama de carga do sistema português no dia 16-03-2013

Fonte: REN, adaptação GESTO

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TECNOLOGIAS DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA

Tecnologias disponíveis

• Centrais reversíveis (bombagem pura)

• Armazenamento em Ar Comprimido (CAES)

• Volantes de inércia (flywheels)

• Baterias

• Super-condensadores

• Armazenamento magnético (SMES)

Tecnologias em desenvolvimento

• Armazenamento térmico

• Pilhas de combustível reversíveis

• Armazenamento em hidrogénio


A BOMBAGEM PURA É A TECNOLOGIA DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA MAIS ECONÓMICA E EFICIENTE A LARGA ESCALA

Custos de investimento característicos das tecnologias de armazenamento de energia

Fonte: análise GESTO

BOMBAGEM PURA


A BOMBAGEM PURA É A TECNOLOGIA DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA MAIS ADEQUADA PARA A GESTÃO DE UM SISTEMA

Áreas de aplicação de cada tecnologia

Fonte: IBERDROLA 2010


A BOMBAGEM PURA

TECNOLOGIA

EXEMPLOS NO MUNDO

CONCLUSÕES


EXISTEM VÁRIAS DENOMINAÇÕES POSSÍVEIS PARA OS APROVEITAMENTOS HIDROELÉCTRICOS NÃO-CONVENCIONAIS

Bombagem Pura

Bombeo Puro Pompage-Turbinage

Projectos Hidro-Eólicos

Aproveitamentos hidroeléctricos reversíveis

Pumped-Storage Plants

Aproveitamentos de bombagem

Centrais de ciclo fechado

Centrali con impianti ad accumulazione

Aproveitamentos hidroeléctricos não-convencionais


IMPORTA PRIMEIRO RECORDAR A EQUAÇÃO PARA O CÁLCULO DA POTÊNCIA HIDROELÉCTRICA

P = g x h x Q x H

P – Potência (W) g – Peso volúmico da água (9800 N/m3) Q – Caudal (m3/s) H – Queda útil (m) h – Rendimento da turbina (%)

A potência hidroeléctrica é obtida principalmente pelo binómio caudal x queda

Parcelas constantes

Parcelas variáveis


FUNCIONAMENTO DE UM APROVEITAMENTO HIDROELÉCTRICO CONVENCIONAL

Esquema típico


FUNCIONAMENTO DE UM APROVEITAMENTO HIDROELÉCTRICO NÃO-CONVENCIONAL (BOMBAGEM PURA)

Esquema típico


AS CENTRAIS DE BOMBAGEM PURA PERMITEM A TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA PARA OUTROS PERÍODOS

Diagrama de carga


A BOMBAGEM PURA É UMA TECNOLOGIA MADURA E AMPLAMENTE DIFUNDIDA NO MUNDO INTEIRO, COM CERCA DE 130 GW DE POTÊNCIA INSTALADA (CERCA DE 3% DO TOTAL)

Nome Local Potência instalada (MW)

Bath County Pumped Storage Station United States 3003

Huizhou Pumped Storage Power Station China 2448

Guangdong Pumped Storage Power Station China 2400

Okutataragi Pumped Storage Power Station Japan 1932

Ludington Pumped Storage Power Plant United States 1872

Tianhuangping Pumped Storage Power Station China 1836

Grand Maison Dam France 1800

Dinorwig Power Station United Kingdom 1728

Mingtan Dam Taiwan 1602

Castaic Power Plant United States 1566

Raccoon Mountain Pumped-Storage Plant United States 1530

Matanoagawa Dam Japan 1500

Tumut-3 Australia 1500

Pyramid Lake United States 1495

Entracque Power Plant Italy 1317

As 15 maiores centrais de bombagem pura do mundo

A bombagem pura corresponde a cerca de 99% da capacidade de armazenamento mundial

O primeiro registo de uso de bombagem pura foi em 1882 na Suiça. Em 1930 foi comercialmente produzida a primeira turbina-bomba


TRADICIONALMENTE, UM APROVEITAMENTO DE BOMBAGEM PURA CONSOME MAIS ENERGIA DO QUE AQUELA QUE PRODUZ

Tenesse Valley Authority – Racoon Mountain Plant

Perdas de carga no circuito hidráulico diminuem a queda útil e aumentam a altura de elevação

Rendimento das turbomáquinas:

Turbinas: P = g h Q H

Bombas: P = g / h Q H

Esquema de funcionamento de um aproveitamento de bombagem pura

O rácio turbinamento/bombagem situa-se em média pelos 78%, o que significa que se se consumirem 10 GWh/ano ir-se-ão produzir apenas 7,8 GWh/ano


A BOMBAGEM PURA

TECNOLOGIA

EXEMPLOS NO MUNDO

CONCLUSÕES


PARA APROVEITAMENTOS DE BOMBAGEM PURA É NECESSÁRIO UMA TURBINA QUE POSSA TAMBÉM FUNCIONAR COMO BOMBA

Turbina de acção: não adequada para a bombagem

Turbinas Pelton Turbinas Kaplan Turbinas Francis


• Turbina de reacção, radial-axial (a roda é atravessada pelo escoamento sob pressão)

• Aplicação: quedas entre os 20 e 500 m

• Rodas com pás encurvadas

• Eixo horizontal, vertical ou inclinado nas unidades pqequenas

• Um ou mais injectores

• As turbinas Francis de roda dupla permitem absorver o dobro do caudal de uma turbina de roda simples com as mesmas características

TURBINAS-BOMBA CORRENTEMENTE UTILIZADAS EM BOMBAGEM PURA: FRANCIS

Principais características:

Secção transversal

Planta


TURBINAS-BOMBA CORRENTEMENTE UTILIZADAS EM BOMBAGEM PURA: KAPLAN

Principais características:

• Turbina de reacção axial

• Aplicação: quedas baixas, elevado caudal

• Rodas com forma de hélice dotadas de pás curtas e orientáveis, em pequeno número

• Grupos bolbo: conjunto turbina tipo Kaplan maise alternador alojados no interior de um bolbo, que tem a vantagem de exigir menor largura para a central e menor profundidade

• Mantém bons rendimentos para regimes de funcionamento muito diferentes


Barragem de Ash River

A ESCOLHA DA TURBINA-BOMBA ADEQUADA PARA O APROVEITAMENTO É UM TRABALHO DE EXTREMA IMPORTÂNCIA

Limites de aplicabilidade das turbinas Curvas de rendimento das turbinas

E:/Programa de geração renovável comunitária e micro-redes (Suc.wmv


OS APROVEITAMENTOS DE BOMBAGEM PURA TÊM UM CUSTO POR MW INSTALADO MAIS BAIXO QUE OS APROVEITAMENTOS CONVENCIONAIS E COM GRANDE ECONOMIA DE ESCALA

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Potência instalada (MW)

Variação do custo do MW por potência instalada

Preço médio aprox. 0,5 M$/MW


A BOMBAGEM PURA

TECNOLOGIA

EXEMPLOS NO MUNDO

CONCLUSÕES


https://www.dom.com/about/stations/hydro/bath-county-pumped-storage-station.jsp

ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA: BATH COUNTY PUMPED STORAGE STATION, 3003 MW “THE POWER MOUNTAIN” – MAIOR DO MUNDO

Barragens de pequena dimensão

Empreendimento de bombagem com maior potência instalada em todo o mundo

Caudal máximo 850 m3/s Equivalente a um volume de um campo de basketball com 2 m de altura de água por segundo











AUSTRÁLIA: TUMUT 3 HYDROELECTRIC POWER STATION, 1500 MW

Tubagens com 5,65 m de diâmetro Caudal em cada tubagem de 150 m3/s

6 linhas de tubagens

//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f9/Tumut3GeneratingStation.jpg


ALEMANHA: GOLDISTHAL PUMPED STORAGE STATION, 1060 MW


ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA: ROBERT MOSES HYDROELECTRIC POWER STATION, 2525 MW CANADÁ: SIR ADAM BECK HYDROELECTRIC GENERATING STATIONS, 1926 MW

Estados Unidos da América

Canadá

//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/92/Robert_moses_niagara_power_plant_01.jpg

//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/43/Adam_Beck_Complex.jpg


ESPANHA: LA MUELA II, 850 MW


ÁFRICA DO SUL: DRAKENSBERG PUMPED STORAGE SCHEME, 1000 MW

Várias barragens e cascatas interligadas

//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c3/Drakensberg_Pumped_Storage.svg


ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA: SENECA PUMPED STORAGE GENERATING STATION, 435 MW


BÉLGICA: CENTRALE DE COO-TROIS-PONTS, 1164 MW


ITÁLIA: CENTRALE IDROELETTRICA DI EDOLO, 980 MW EMPREENDIMENTO DE BOMBAGEM COM MAIOR QUEDA DO MUNDO

1265 m de queda bruta 94 m3/s de caudal


RÚSSIA: ZAGORSK PUMPED STORAGE STATION, 1200 MW

Queda de 100 m Caudal turbinado total de 1500 m3/s

Primeira central de bombagem pura russa


CHINA: HUIZHOU PUMPED-STORAGE POWER STATION, 2448 MW


PAÍS DE GALES (REINO UNIDO): DINORWIG POWER STATION, 1728 MW “THE ELECTRIC MOUNTAIN”


ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA: LUDINGTON PUMPED STORAGE POWER PLANT, 1872 MW

Apenas 110 m de queda Lago Michigan

Caudal máximo de 20 000 m3/s Equivalente a 8 piscinas olímpicas por segundo


PORTUGAL: CENTRAL REVERSÍVEL DE ALQUEVA II, 520 MW MAIOR LAGO ARTIFICIAL DA EUROPA

http://www.a-nossa-energia.edp.pt/centros_produtores/fotos_videos.php?item_id=82&cp_type=&section_type=fotos_videos

A albufeira atinge, à cota máxima, os 250 km² de área (Capanda ~165 km2) a que correspondem 4.150 hectómetros cúbicos de volume

Produz 380 GWh de energia em média por ano (4% da produção do país)

Túneis com 9 m de diâmetro







PORTUGAL: APROVEITAMENTO HIDROELÉCTRICO DE CARVÃO-RIBEIRA, 555 MW

Projecto identificado de raíz pela Gesto Energia Investimento: 333 M€


JAPÃO: YANBARU SEAWATER PUMPED STORAGE, 30 MW ÚNICA CENTRAL DE BOMBAGEM PURA USANDO ÁGUA DO MAR DO MUNDO

564,000 m³ armazenamento

Oceano Pacífico

150 m de queda 26 m3/s caudal

Custo estimado entre 2 a 3 M$/MW


A BOMBAGEM PURA

TECNOLOGIA

EXEMPLOS NO MUNDO

CONCLUSÕES


A BOMBAGEM PURA É UMA TECNOLOGIA MADURA E AMPLAMENTE DIFUNDIDA E É A FORMA MAIS EFICAZ DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA EM LARGA ESCALA

Aproveitamento de bombagem pura

Vantagens

•Baixos impactos ambientais;

•Obras com pouco impacto territorial: centrais subterrâneas, circuitos enterrados e áreas inundadas

reduzidas

• Este tipo de produção hídrica não obriga ao consumo de água;

• Permite a regularização de caudais, retendo agua em alturas de cheias;

• Promove a disponibilidade hídrica de empreendimentos localizados a jusante;

• Permite viabilizar a instalação de potência eólica;

• Possibilidade de construção de um empreendimento de fins múltiplos (abastecimento aguas, rega, etc).

Vantagens

Características dos empreendimentos

→Baixos impactos ambientais (áreas inundadas reduzidas) → Grandes potências instaladas: 500– 2000 MW → Grandes investimentos → Custo médio do MW instalado de aproximadamente 0,5 M$

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0.5 0.0

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9.0

12.0

15.0

18.0

Foz Tua Baixo Sabor Carvão-Tabuaço

Áreas inundadas/Potência instalada (ha/MW)

0.1

- 150 x

www.gestoenergy.com

Av. Cáceres Monteiro, nº 10, 1º Sul

T. +351 211 544 640

1495-131 Algés, Portugal

F. +351 211 544 648

[email protected]

Documents

An.2013.a.003.01 formacao bombagem-pura_19_mar_2013