- cerpch

Revista n° 26
JUN / JUL / AGO
Tecnologia
Social
Social Tecnology
Turbinas hidrocinéticas gerando
energia em comunidades isoladas
e mais
and more
Energy Summit em sua 6º Edição
6 Edition of the Ennergy Summit
6º Encontro de Negócios de Energia - SP
6th Business Meeting on Energy
ACF Maria Carneiro
Artigos Técnicos
Tecnical Articles
Agenda de eventos
Events Schedulle
Comitê Diretor do CERPCH
Director Committee
Ivonice Aires Campos
Presidente
[email protected]
Geraldo Lúcio Tiago Filho
[email protected]
Secretário Executivo
Editorial
Gilberto Moura Valle Filho
[email protected]
Patrícia Cristina P. Silva
Fapepe
[email protected]
Célio Bermann
Editorial
CEMIG
03
do Leitor
04CartaReader
Letter
IEE/USP
[email protected]
Hélio Goulart Júnior
FURNAS
[email protected]
José Carlos César Amorim
[email protected]
Antonio Marcos R. Azevedo
[email protected]
Aymoré de Castro Alvim Filho
[email protected]
05 Eventos
Events
IME
6º encontro de Negócios
de Energia
Eletrobrás
6th Business Meeting on Energy
ANEEL
Setor Elétrico em Debate
Electric sector in debate
Editorial
Editorial
Editor
Jornalista Resp.
Redação
Projeto Gráfico
Diagramação e Arte
Tradução
Equipe Técnica
Pesquisa
Geraldo Lúcio Tiago Filho
Fabiana Gama Viana
Camila Rocha Galhardo e
Fabiana Gama Viana
Orange Publicidade & Design
Adriano Silva Bastos
Adriana Candal
Cidy Sampaio da Silva e
Paulo Roberto Campos
José Henrique Gabetta
Jason Tibiriçá Ferrari
PCH Notícias & SPH News
é uma publicação trimestral do CERPCH
08
Artigos Técnicos
Tecnical Articles
The State of Art of Free-flow Hydro Turbines in Brazil
Micro-Geração de Eletricidade em Pequenas
Comunidades Isoladas da Amazônia com
Grupos-Geradores Hidrocinéticos e
Grupo Dieselétrico
The PCH Notícias & SPH News
is a three-month period publication made by CERPCH
Tiragem/Edition: 4.500 exemplares/issues
Avanços Sociais
Social Advanced
Av. BPS, 1303 - Bairro Pinheirinho,
Itajubá - MG - Brasil
cep: 37500-903
Tel: (+55 35) 3629 1278
Fax: (+55 35) 3629 1265
ISSN 1676-0220
02
14
Tecnologia Social
Social Technology
Agenda
Schedulle
19
O Brasil tem o privilégio de ter suas bases energéticas na energia hidráulica, nossa matriz energética conta com 79% do total da energia elétrica produzida proveniente das hidrelétricas. Além de possuir um
potencial remanesceste hidrelétrico, significante, o que coloca nosso país numa posição de destaque quanto
à reserva de energia “limpa” no panorama mundial.
As Usinas Hidrelétricas já implantadas são as de maiores quedas e situadas mais próximas dos
centros de consumo, sendo certo, portanto, que no Brasil o custo da energia gerada aumentará para que se
viabilizem os futuros aproveitamentos.
Na 26ª edição da PCH Notícias & SHP News trazemos as turbinas hidrocinéticas como destaques. Estes
equipamentos são capazes de gerar energia elétrica através da correnteza dos rios sem a necessidade da
construção de barragens e formação de lagos. Em vista disso, estes empreendimentos representam excelente alternativa na geração de energia elétrica em comunidades ribeirinhas, principalmente aquelas isoladas da
Região Amazônica.
Vale destacar também que esta edição da PCH Notícias & SHP News inaugura novo layout e visual com
diagramação moderna e limpa.
Boa leitura a todos!
Geraldo Lúcio Tiago Filho
Brazil has the privilege of having its power based on water energy. Our energy matrix relies on 79% of the
total produced power coming from hydroelectric plants. In addition, the country has a significant potential
that has not been explored yet, which places the country on an outstanding position regarding to the reserves
of 'clean' energy within the world scenario.
The already implemented hydroelectric plants are those that have the highest head and are located near the
consuming centers. Thus, undoubtedly, the cost of the generated power in Brazil will rise, so that the future
energy potential can become feasible.
In the 26th issue of PCH Notícias & SHP News we will deal mainly with hydrokinetic turbines. This equipment
can generate electric power by using the flowing water of the rivers, without the need to build dams or set up
reservoirs. This way, these enterprises represent an excellent alternative for the generation of electric power
in riverside communities, mainly those isolated ones in the Amazon Region.
Is also important to highlight that this issue will also start a new a new look, with a modern and clean layout.
Enjoy your reading!
Geraldo Lúcio Tiago Filho
CARTA
do leitor
Sumaré, 20 de junho de 2005
Caro diretor da publicação PCH noticias,
Por ocasião do evento Agrener 2005 tive a oportunidade de
conhecer esta publicação e também um folder da PCH Luiz dias
fiquei maravilhado com as informações contidas nas
publicações, eu trabalhei por 24 anos como operador de
subestação da Cesp e sempre tive uma curiosidade pelas PCHs.
Como sempre trabalhei em subestação, não fiz nenhum curso
sobre usinas, como é sabido também a Cesp tinha um
patrimônio imenso tanto em termos de usinas hidrelétricas,
como em termos de literatura, porém nós simples subalternos
não temos oportunidade de participar de seminários ou
congressos, nem temos contato com publicações, estando
restrito aos cargos de chefia e a técnicos de nível superior, há
também a cultura militar na empresa, onde não havia
democracia na divulgação das atividades da empresa, afinal o
que um peão, um mero operador precisa saber além de suas
atividades diárias?
Ficamos todos no prejuízo, pois se todos os “cespeanos”
tivessem uma noção do poder, dimensão e importância da
Cesp, isto poderia motivar a uma mobilização e quem sabe o
processo de privatização teria sido diferente do que foi.
Bem vamos deixar de filosofia e lamentação, e vamos correr
atrás do prejuízo.
Como deve ser do conhecimento da sua equipe a Cesp antes da
privatização tinha no seu patrimônio cerca de 20 PCHs, sei
disso movido pela curiosidade pessoal, onde estive em
algumas unidades por conta própria e ficando ao ver um
patrimônio imobilizado se deteriorando por mais de 15 a 20
anos.
A única explicação é no meu entender o interesse de grandes
corporações, grandes empreiteiras e interesses políticos.
Sei que Itajubá é um celeiro no conhecimento e
desenvolvimento dos estudos sobre eletricidade, haja visto o
grande numero de engenheiros e técnicos oriundos das escolas
e faculdades de Itajubá. Na Cesp, porém não tive
conhecimento das publicações e de toda essa estrutura em
termos de PCH, por este motivo gostaria se possível receber a
publicação PCH Notícias, quero inclusive futuramente conhecer
as instalações da Unifei voltadas ás PCHs.
È muito importante este trabalho desenvolvido por todos, é
trabalho de cunho social, democratizando o conhecimento e os
benefícios que traz a energia às pequenas comunidades, nos
rincões do Brasil.
Sumaré, July 20th, 2005.
Dear Editor,
During Agrener 2005, I ran across this publication and a folder
showing Luiz Dias SHP. I was amazed at the information both
publications contained. I worked for Cesp (Electricity Company
of the State of São Paulo) as a substation operator for 24 years,
and I have always been curious about SHPs.
As I always worked in substations, I never attended any
courses on power plants. It is widely known that Cesp had a
huge heritage regarding both hydropower plants and
literature. However, we, low-level workers, have never had the
opportunity to attend seminars or meetings, nor have we had
contact with any sort of publication, which was restricted to
higher-rank positions or superior level technicians. Also, a
military culture was also present in the company, where the
company's activities were not democratically disseminated.
After all, what do simple workmen need to know besides their
daily activities?
We all lost, for if all the cespeanos had had a small notion of the
Cesp's power, dimension and importance, this could have
encouraged a movement and perhaps the privatization
process might have been different.
Well, let's stop whining and try to catch up!
As you and your team may know, Cesp, before its privatization,
had about 20 SHPs. I got this information moved by my own
personal curiosity and, because of that I visited some of the
plants by using my own means. I could then see some of these
plants, which were decommissioned, deteriorating over 15 to
20 years.
It is my understanding that the only explanation for that lies on
the interest of large corporation and construction companies
as well as on political interests.
I know that Itajubá is a nest where knowledge and
development regarding studies on electricity are fostered;
there is a large number of engineers and technicians that come
from school and colleges of the city. However, at Cesp, I didn't
have the chance to know the both the publications and the
structure regarding SHPs. That is the reason why I would like
to receive this publication, PCH Notícias & SPH News. If it is
possible, I would also like to visit UNIFEI's SPH facilities.
The work that all of you have been developing is considerably
important, for it has a social trait, disseminating knowledge
and the benefits that the energy brings to small communities
in Brazil's most isolated areas.
Your faithfully,
Noel Pires do Nascimento
Antecipadamente agradeço a atenção.
Noel Pires do Nascimento
04
1 Note: cespianos: people that work for Cesp.
6º Encontro de Negócios de Energia
EVENTS
Um dos maiores encontros de negócios do setor é realizado em São Paulo
Por Camila Rocha Galhardo
Em sua sexta edição, o Encontro de Negócios foi realizado pela CIESP
de 9 a 11 de agosto de 2005 no Centro de Convenções Novotel em São
Paulo (SP), reunindo profissionais do mercado de energia e clientes
industriais. O evento foi palco de importantes discussões e contou
com a participação do presidente da Associação Brasileira das
Empresas Geradoras de Energia Elétrica (Abrage), Flávio Antonio
Neiva, do secretário do Tesouro Nacional, Joaquim Vieira Ferreira
Levy, do presidente da Associação Brasileira dos Produtores
Independentes de Energia Elétrica (Apine), Luiz Fernando
Vianna, do secretário de planejamento do Ministério de
Minas e Energia, Marcio Pereira Zimmermann, do
diretor geral do Operador Nacional Sistema Elétrico
(ONS), Mario Fernando de Melo Santos, do presidente da Empresa de Pesquisa Energética (EPE),
Mauricio Tolmasquim, e do chefe do Departamento
de Energia Elétrica do Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico Social (BNDES), Nelson Siffert.
Suprimento de Energia
Um assunto que mereceu destaque durante o debate
Translation: Adriana Candal
foi a questão do suprimento de energia. Na visão do
governo, o risco de um novo apagão é inexpressivo.
6th Business
Durante sua apresentação, o presidente da EPE, Mauricio
Meeting
on Energy
Tolmasquim, descartou a possibilidade de falta de energia e
Combateu as criticas ao leilão de energia
nova, dizendo que existe um cronograma que
One of the largest business meetings was held in São Paulo
está sendo cumprido.
The 6th Business Meeting on Energy was held until 2009, except for the Northeast and North
Segundo o ONS, até 2009 o sistema está asby CIESP at Novotel Convention Center in the systems where the simulations showed a risk
segurado, com exceção do sistema Nordeste e
city of São Paulo (SP), between August 9-11, higher than 5%. The ONS's Director gave a
Norte, onde as simulações geraram o risco
2005, gathering professionals of the energy passionate speech on the calculation
maior que 5 %. O diretor do Operador Naciomarket and industrial clients. The event was methodologies for the assessment of the
nal Sistema Elétrico fez uma palestra inflamathe stage of important debates and relied on rationing plan. Mr. Santos stated that the
da sobre as metodologias de cálculo para
the participation of the President of ABRAGE calculations cannot use statistical data as
avaliação do racionamento. Mario Santos afir(Brazilian Association of Electric Power Gene- premises, for the electric sector works with
mou que os cálculos não podem tomar como
rating Companies), Mr. Flávio Antonio Neiva, probabilities.
premissas dados estáticos, pois o setor elétrithe Secretary of National Treasure , Mr. Renewable Space
co trabalha com probabilidades.
Joaquim Vieira Ferreira Levy, the President of During the event, a session to talk about the
Espaço Renovável
exporting potential of renewable sources of
Durante o evento, foi realizada em paralelo APINE (Brazilian Association of Electric Power
energy was also carried out. Equipment
Independent
Producers),
Mr.
Luiz
Fernando
uma sessão para discutir o potencial expormanufacturing companies, associations and
Vianna,
the
Secretary
of
Planning
of
the
MME
tador das fontes renováveis de energia.
reference centers took part in the workshop.
(Ministry
of
Mines
and
Energy),
Mr.
Marcio
Estiveram presentes no workshop empresas
It was possible to observe, throughout this
Pereira
Zimmermann,
the
General
Director
of
produtoras de equipamentos, associações e
the ONS (Brazilian Independent System Ope- session, the need for the agents to mobilize
centros de referência.
themselves in order to make use of this
Nesta sessão, constatou-se a necessidade dos rator), Mr. Mario Fernando de Melo Santos, the
moment the country has been living in terms
President
of
the
EPE
(Energy
Research
agentes se mobilizarem, aproveitando o bom
of exportations. Another important aspect
momento que o país enfrenta nas exporta- Company), Mr. Mauricio Tolmasquim, and the
that was discussed was the creation of a
ções. Outro aspecto importante discutido foi a Head of the Electric Power Department of
tagging program that will guarantee the
BNDES
(National
Bank
for
Economic
and
criação do programa de etiquetagem que
quality stamp of the national products.
garantirá o selo de qualidade dos produtos Social Development), Mr. Nelson Siffert.
Supported by Método Eventos, the initiative
Energy
Supply
nacionais. A iniciativa para a realização desta
for this session to be carried out came from
A
topic
that
deserved
special
attention
during
sessão foi do Centro das Indústrias do Estado
CIESP (Industry Association of the State of
the
debate
was
the
issue
regarding
energy
de São Paulo CIESP e do Centro Nacional de
São Paulo) and CERPCH (National Center of
supply.
According
to
the
government's
point
of
Referência em Pequenas Centrais HidreléReference for Small Hydropower Plants).
view
the
risk
of
a
new
blackout
is
practically
tricas, com apoio da Método Eventos.
Through the presentations and discussions, a
Através das apresentações e discussões foi insignificant. During his presentation, EPE's
working team and a document that will guide
President,
Mr.
Tolmasquim,
discarded
the
poscriado um grupo de trabalho e também um
future activities were created. The main goal
sibility
of
a
power
shortage
and
contested
the
documento que guiará suas atividades futuof the team will be the creation of the basis for
criticism
regarding
the
new
energy
auction,
ras. O objetivo principal do grupo será a
a program aiming at the exportation of
saying
that
there
was
a
schedule
and
it
was
criação das bases para um programa de
products and services regarding renewable
being
followed.
exportação de produtos e serviços de energia
energy.
According
to
ONS,
the
system
is
guaranteed
renovável.
O encontro de negócios se dividiu em dois ambientes:
Seminários e Workshops: onde foram debatidos os cenários do
mercado de energia e propostas para seu desenvolvimento, fornecendo,
assim, informações relevantes para o planejamento estratégico das empresas, bem como informações sobre oportunidades de negócios;
Encontro de Negócios: ambiente em forma de feira, onde os consumidores industriais tiveram acesso a algumas dezenas de expositores, entre
geradoras, transmissoras e distribuidoras de energia, distribuidoras de
gás natural e GLP, fabricantes de equipamentos para geração e co-geração de energia, consultoras, órgãos governamentais, dentre outros.
The business meeting was divided into two environments:
Seminars and Workshops where the energy market scenarios and
proposals to improve them were debated. So relevant information, as well
as information on business opportunities, was provided, so that the
companies can develop a good strategic planning;
Business Meeting was a fair where the industrial consumers had access
to some dozen stands set up by power generating, transmitting and
distributing companies, natural gas and PLG distributors, manufacturers
of equipment for power generation and cogeneration, consulting firms,
governmental organs and so etc..
05
Setor elétrico em debate
Por Camila Rocha Galhardo
Colaboração: Jason Tibiriçá Ferrari - CERPCH
Evento discute principais aspectos do setor
A
Cidade do Rio de Janeiro foi sede no mês de agosto da sexta edição do Energy Summit,
onde foram debatidas as alternativas de financiamento e outros aspectos estruturais
da expansão do setor elétrico. Durante três dias, agentes do setor se reuniram para
discutir diretrizes estratégicas para o mercado e compartilhar experiências de países vizinhos.
Cenários de Suprimento de Energia no
Brasil
No primeiro dia, o principal tema de discussão
foi a análise sobre os possíveis cenários de
suprimento de energia no Brasil. Sob o comando do jornalista Sidney Resende, o debate
foi bastante intenso e contou com a participação do Secretário de Energia do Rio de
Janeiro, Wagner Victer, do Secretário do Ministério de Minas e Energia, Nelson Hubner, do
presidente da CHESF, Dilton da Conti, e do
presidente da CBIEE, Cláudio Sales, além dos
Presidentes da Eletrobrás e da Empresa de
Pesquisa Energética(EPE),Aloísio Vasconcelos
e Mauricio Tolmasquim, respectivamente.
Durante a sessão, a platéia ficou dividida com
os pontos de vista do Governo e dos agentes
do setor privado. Segundo o presidente da
Tractebel, Maurício Bähr, "quem participar do
leilão vai vender energia de uma usina que
ainda não construiu. E podem surgir
problemas até lá, tanto na área ambiental e
judicial, como mudanças na alíquota dos
impostos".
Por outro lado, o governo mostrou otimismo
ao discutir a licença prévia para 2.500MW
provenientes de 17 usinas que podem ser leiloadas em dezembro. O secretário executivo
do MME, Nelson Hubner, que representou o
ministro Silas Rondeau na abertura do evento,
afirmou que os cronogramas estão sendo
cumpridos, e o licenciamento deve sair a tempo do leilão, que poderá ofertar o total 2.500
MW. Hubner ainda ponderou "Nem sei se
precisaremos de tudo isso".
Gás Natural
Diante de um cenário de lentidão dos licenciamentos e da possível falta de energia em 2009
considerada mais provável para a Região Nordeste, alguns especialistas apontaram o gás
natural como uma provável solução. Em sua
apresentação no evento, o Presidente da EPE
06
Maurício Tolmasquim, anunciou que o governo
vai liberar a participação de usinas térmicas
na licitação, voltada para contratos de fornecimento a partir de 2008. Contudo, estudos em
curso no MME indicam que a disponibilidade
de gás para as termelétricas é bem inferior ao
projetado. No Nordeste, a disponibilidade não
permite mais de 40% da carga pelas usinas.
As discussões sobre o gás se estenderam ao
segundo dia do evento, quando outros aspectos foram colocados em discussão, como a
relativa dependência brasileira do gás boliviano que, por questões políticas, tem se comprovado instável; além da descoberta da bacia
de Santos que poderá ser explorada comercialmente em meados de 2009, com possível
redução deste prazo em um ano, segundo o
MME.
Eletrobrás
No final do segundo dia do Energy Summit, o
presidente da Eletrobrás, Aloísio Vasconcelos,
confirmou que, em janeiro 2006, acontecerá o
lançamento das ações da estatal na Bolsa de
Valores de Nova York. A operação ocorrerá no
momento em que o grupo se prepara para
lançar a sua nova subsidiária internacional,
batizada de Eletrobrás Internacional. A empresa, segundo Vasconcelos, deverá concorrer com a francesa EDF e com a canadense
Hydro Quebec na prestação de serviços de
geração de energia. "A massa de conhecimento que a Eletrobrás tem acumulada nas
áreas de construção, geração, transmissão e
montagem está sendo continuamente consultada na África e na América Central e em países como China e Coréia do Sul. Por isso, tem
um conhecimento extraordinário para vender
junto com a engenharia brasileira, com o
gerador brasileiro, com a turbina brasileira,
com o desenho e a montagem brasileira",
afirmou o presidente da estatal.
Apesar de olhar com interesse para o exterior,
Vasconcelos confirmou a participação das Empresas do Sistema Eletrobrás no leilão de novas
usinas, previsto para dezembro. A participação
será minoritária - limitada a 49% - em Sociedades de Propósito Específico, com mais de uma
empresa do grupo ou com apenas sócios
privados.
Vasconcelos também destacou o papel da
Eletrobrás no setor social e acadêmico, destacando o projeto realizado em parceria com a
Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI) que
busca soluções para eficiência energética no
âmbito do programa Procel. O projeto receberá
um aporte de três milhões de reais para o
centro de eficiência energética, localizado na
UNIFEI.
PCHs Viáveis no cenário atual do setor
elétrico nacional
Uma alternativa que tem comprovado sua
viabilidade, no cenário atual do setor elétrico,
são as Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCHs).
Elas representam 34% do Programa de
Incentivo às Fontes Alternativas de Energia
(Proinfa) do Governo Federal e são alvo de
programas regionais como o Minas PCH,
desenvolvido pelo governo do Estado de Minas
Gerais em parceria com a Companhia
Energética de Minas Gerais (CEMIG). Este trará
um incremento de 400MW à matriz energética
do Estado.
Já no mercado livre de energia, a participação
das PCHs se dá através da repotencia-lização
de antigas centrais desativadas e da entrada
em operação de novas usinas. O potencial de
crescimento é significativo, segundo pesquisa
realizada pelo Centro Nacional de Referência
em Pequenas Centrais Hidrelétricas (CERPCH).
Neste estudo, foi detectado um potencial para
exploração de 26GW e para repotencialização
um potencial de 200MW e 1.033 centrais, cujo
potencial é da ordem de 320MW.
As PCHs são centrais de baixo impacto ambiental, com pequenos lagos e apresentam prazo
para entrada em operação menor se comparadas às grandes centrais, além da geração de
empregos, melhoria na qualidade de vida, com
destaque para as cadeias produtivas locais.
EVENTS
Electric sector in debate
T
Meeting discusses principal aspects of the sector
he city of Rio de Janeiro held the 6th Energy Summit, where funding alternatives and
other structural aspects regarding the expansion of the electric sector were debated.
Over three days, agents of the sector got together to talk about strategic guidelines
for the market and share their experiences with their neighboring countries.
Brazilian Power Supply Scenario
On the first day, the main theme opened for
discussion was an analysis about the possible
power supply scenarios in Brazil. Conducted
by journalist Sidney Resende, the debate was
quite intense and relied on the participation of
the Secretary of Energy of the city of Rio de
Janeiro, Mr. Wagner Victer, the Secretary of
MME (Ministry of Mines and Energy), Mr.
Nelson Hubner, the president of CHESF, Mr.
Dilton da Conti, and the president of CBIEE,Mr.
Cláudio Sales. The presidents of Eletrobrás
SHPs Feasible in today's national electric
sector scenario
An alternative that has proved its feasibility
within today's electric sector scenario is the use
of Small Hydropower Plants (SHPs). They represent 34% of PROINFA (a federal program that
encourages power production out of alternative
sources of energy) and they also are the target
of regional programs such as Minas-PCH, which
is a program developed by the state of Minas
Gerais in a partnership with CEMIG (Energy
Company of the State of Minas Gerais). This program will bring about 400MW the state energy
matrix.
As far as the energy free market is concerned,
the participation of SHPs takes place by means of
the refurbishment and repowering of old decommissioned plants and also by means of new
plants that are being built. The potential growth
is significant, according to a research carried out
by CERPCH (National Center of Reference for
Small Hydropower Plants). This study found out
a potential of 26GW that can be explored and
200MW that can be repowered. 1,033 plants
were also discovered and their potential ranges
about 320MW.
The SHPs are plants that cause low environmental impacts. They have small reservoirs and the
deadline for their operation to start is shorter
when compared to large plants. In addition, they
generate jobs and improve life quality, mainly
regarding the local production chains.
and EPE (Energy Research Company), Mr.
Aloísio Vasconcelos and Mr. Mauricio
Tolmasquim respectively, were also present.
During the session, the audience was divided
between the government's and the private
sector agents' points of view. According to the
president of Tractebel, Mr. Maurício Bähr,
"those who will participate in the auction will
sell power from a plant that hasn't been built
yet. Besides problems regarding either the
environmental area or the legal area might
arise as well as changes in the tax rates.”
On the other hand, the government showed
optimism while discussing the previous license for 2,500 MW coming from 17 plants that
may be auctioned in December. MME's executive secretary, Mr. Hubner, who represented
Minister Silas Rondeau in the opening ceremony, said that the schedules are being followed
and the licenses must be granted in time for
the auctions, which will offer 2,500 MW
altogether. Mr. Hubner still said, I don't even
know if we need all that power".
Natural Gas
Facing a scenario where the licensing process
is slow and where there is a possibility of
energy shortage in 2009 that is likely to affect
the Northeast region, some experts consider
the natural gas to be a probable solution.
During his presentation, Mr. Tolmasquim,
announced that the government will allow the
participation of thermal power plants in the
tender for contracts of power supply from
2008 on. However, studies that are being carried out by the MME indicate that the
availability of natural gas for the thermal
power plants will be considerably lower than it
was first thought. In the Northeast, the
availability does not allow more than 40% of
The debates regarding natural gas continued
the load in thermal plants.over the second day
of the event, when other aspects were brought up, as for example the Brazilian depen-
Translation: Adriana Candal
dence on the Bolivian gas that, Because of
political issues, has become unstable; the discovery of Santos Basin, which may start being
commercially explored in the mid 2009 or possibly one year before that according to MME.
Eletrobrás
At the end of the second day, the president of
Eletrobrás (a federally owned company), Mr.
Vasconcelos, confirmed that the company will
release part of its shares in the New York Stock
Exchange in January. The operation will take
place at the same time as the group is preparing itself to launch is new international
branch called Eletrobrás Internacional. The
company, according to Mr. Vasconcelos, may
compete with the French company EDF and
the Canadian one Hydro Quebec when it comes to services regarding power generation.
“The amount of knowledge Eletrobrás has
accumulated in the areas of construction,
generation, transmission, and assemblage is
being continuously used as reference by
several countries in Africa and South America,
as well as China and South Korea. That is the
reason why Eletrobrás has an extraordinary
knowledge to be sold together with the Brazilian engineering, a Brazilian generator, a Brazilian turbine, with Brazilian design and assemblage”, said the President of the company.
In spite of looking abroad with a certain
degree of interest, Mr. Vasconcelos confirmed
the participation of the companies that are
part of Eletrobrás System in the auction of the
new plants that is forecast to take place in
December. Their participation is limited to
49% in Specific Purpose Societies with either
more than one company of the group or only
private partners.
Mr. Vasconcelos also highlighted Eletrobrás's
role within the social and academic sectors,
giving special attention to the project that is
being carried out in a partnership with the
Federal University of Itajubá (UNIFEI) that
looks for solutions aiming at energy efficiency,
which is part of the Procel program. The
project will receive R$ 3 million of financial
support, which will be allocated to the energy
efficiency center, located at UNIFEI.
07
Comitê Editorial - editorial commite
Presidente - President
Geraldo Lúcio Tiago Filho - CERPCH UNIFEI
Editores Associados - associated publishers
Ângelo Rezek - IEE UNIFEI
Augusto Nelson Carvalho Viana - IRN UNIFEI
Célio Bermann - IEE USP
José Carlos César Amorim - IME
Marcos Aurélio V. De Freitas - COPPE UFRJ
Zulcy de Souza LHPCH UNIFEI
Apresentação de Artigos
Os interessados em enviar artigos a serem
publicados nesta revista devem encaminhálos através do e-mail:
[email protected]
O material deverá ser aprovado pelo Comitê
Editorial e estar dentro das seguintes normas
de publicação:
»os artigos deverão possuir no máximo seis
páginas (incluindo tabelas e figuras) em
Word; em letra Times New Roman; corpo 11;
espaçamento simples; margens inferior 2,5
cm, superior 2,5 cm, esquerda 3 cm e direita 3
cm e tamanho do papel A4 (210X297 mm).
»A presença de figuras e tabelas. No entanto,
é indispensável que o artigo contenha as referências bibliográficas. O material deve ser
enviado na língua original.
If you are interested in having your article
published by this magazine, you must sent it
to [email protected]. The article
must be approved by the editorial committee
and must fulfill the norms of the magazine:
the article must not surpass six pages; front:
times new roman 12; margin inferior 2,5 cm,
superior 2,5 cm, left 3 cm and right 3 cm;
paper size A4 (210X297 cm) and simple
space. Tables and figures are optional. The
article must have bibliography and must be
sent in the author's native language.
08
The of free-flow hydro turbines in Brazil
Geraldo Lúcio Tiago Filho, PhD.
Abstract
This paper presents the state of the art of freeflow hydropower turbine, also known as a
hydrokinetic turbine in Brazil. This kind of
turbine is designed to generate electricity
using only the kinetic energy of water flow in
rivers and is used to generate electricity in
isolated communities in the inland of Brazil.
Moreover it is relevant to say that the developed technology has proved is necessary to be
robust and suitable for the extremely severe
conditions of the remote and isolated villages,
since it is has been functioning uninterruptedly from several years with a minimum
maintenance. This type of small hydrokinetic
turbine typically can provide up to 2 kW of
electric power, being a reliable alternative for
the electrification of remote and isolated
households, communities or social end-users.
1.Introduction
Brazil, due to its huge watersheds network,
presents a great hydropower potential
evaluated in 260 GW. From this situation only
66 GW, 77 % of the Brazilian electric matrix is
designated to electric energy generation. The
major part of this potential is located the
Amazon Region. Which rivers are torrential,
run in plains what complicates its use for
generation purposes.
For the reason that there are vast distances
between the communities, and due to the fact
that the region is inhospitable and the communities are located in the margin of the
rivers.. It is relevant to highlight the importance of equipment development adequate to
very low head and the use of hydrokinetic
turbines.
The use of hydro kinetic energy
The use of kinetic energy on the rivers can be
considered one of the first forms that men
invented to transform natural energy, not only
in navigation but also in the activation of water
rod. Nowadays it is still common to find water
pumps driven with the use of water rods
located on the rivers.
UNIFEI / CERPCH
The use of kinetic energy is considered to be
an alternative or non-conventional form to
generate electricity and has at its source a
renewable energy supply. This technology is
an advance in relation to environmental
impacts, for it is not necessary to store
potential energy in artificial lakes with the use
of water dam, and so it consequently doesn't
need to interfere with the natural course of
rivers.
Even though it is recognized the importance of
this kind of hydro power utilization were
usually this kind of turbine are derived from
wind turbines, even if its operation is similar.
2.The Brazilian experience on kinetic
turbine
There are few references in Brazilian literature
about the use of kinetic turbine to generate
electricity and the knowledge in this field of
application is equally poor.
One of the first papers is a report of a prototype of a horizontal axis type turbine developed by Harwood- (1985) of the National
Institute of Amazon Research (INPA). He utilized 4-meter diameter multi blade propeller
wind of the type mills, which is anchored into
the river to generate electricity. This equipment was experimented in rivers in the
Amazon region with water velocities of 0,7 up
robust enough to support an intense working
regime and it did not have any protection
against fluctuating debris and the mechanical
transmission devices used in this system was
made with chains and introduced significant
losses and other operating problems.
In 1999 the Hydro-mechanic Laboratory of
Federal University of Itajubá, LHPCH, makes a
reference to a low head hydraulic central with
a hydrokinetic turbine. In this paper Zulcy
(1999) analyses the characteristics of vertical
axis and axial turbines, of Cruz (1995) and
shows that the power per unit is typically up to
2 kW for water velocities of 0,6 to 1,5 m/s.
Another proposal of axial turbine was done by
Alencar (2001) in LHPCH however due to lack
of finan-cial resources the equipment was not
built. Actually the project is passing through a
re-study process and is waiting for financial
sup-port liberation from fomentation
to 1,5 m/s and proved to be functional.
However this equipment did not show being
Figure 4. Hydrokitnetic Turbine by Alencar (2001)
Figure 1- The kinetic energy used to drive
pumps, by water rods.
Figure 2 Hydrokinetic turbine by Harwood (1985)
09
técnicos
institutions.
The Center of Research in Electrical Energy
CEPEL, (Nascimento- 1999) also did some
mentions abaut a water rod adapted to generate electrical energy and a axial type turbine.
This first equipment, constructed in association with a national manufacturer of water
rods and the Federal University of Rio de
Janeiro COPPE, has rods with width of 3
meters e diameter of 2 meters. It was mounted on floaters and had to generate 3,5 kW
with water velocity of 1,5 m/s. The equipment, when in a functioning process with the
placing of load, showed an accentuated
reducing in the rods rotation, blocking its
functioning.
This project presents some innovations such
as a bar in the turbine entrance and a stator at
the entrance of the runner, which directs the
water flow in the turbine. And that way to
increase the attack angle of the blades of the
propeller, optimizing the transformation of
hydraulic energy. In addition to this, a suction
tube is used at the outlet of the turbine and the
use of cones in the center of the turbine to
minimize the generating of turbulence in the
water stream. This is shown in the figure 7.
Figure 5. Turbine CEPEL by water rods
(Nascimento 1999)
According Els (2003), CEPEL made second
experience with a prototype of a axial turbine
in reduced scale (5/1) with a two bladed
propeller. With this prototype measures where
made to evaluate the influence of a converge
mouthpiece at the entrance of the propeller.
Nevertheless, the use of this device did not
bring great increase in velocity.
According to ELS (2003), in Brazil, the most
successful experience in the use of electric
energy happened in the Department of
Mechanical Engineering from the University of
Brasilia UNB, which researching group has
been studying and developing experiences
with diverse prototypes of vertical and axial
turbines, as shown in figures 6.
The turbine is composed of a protecting grid (1), a
stator with directing blades (2), propeller (3),
suction tube (4), cone for the incoming and outgoing
flows (5), transmission box (6)
Figure 7 Turbine axial parts made by UNB source
Els (2003)
According to ELS (2003), the influence of the
suction tube on the performance of the
turbine was tested empirically in the field, and
it was noted that there was a significant increment in the overall performance of the turbine
with the suction tube.
The mechanical transmission system is implemented with a set of gears submersed in oil
and a stage of transmission belts. The turbine
drive a 2 kVA, 220 volts AC electrical generator in 1800 rpm, generating 1 kW of electricity.
The generator is out of the river, putted in the
extreme point of a lever which pivot is fixed in
one of the river margins. The runner of the
turbine is inserted in water flow bringing down
the lever. See figure 8.
Two models of turbines where tested and
installed. Various blades compose the runner
or propeller. Experiments where made, manufacturing the blades with metallic strips and
also with metallic structure involved with
fiberglass. According to Els (2003) the number of blades, the transversal area and its coefficient of solidity depend on the river flow.
The best results for this turbine were obtained
in river with a 2 m/s speed and a six blade,
eighty centimeter, diameter propeller with a
solidity coefficient of 30%.
To control the voltage generated by the
turbine, which in this case tends to vary with
the water velocity and the load coupled on its
grid, an electronic control system was designed. It maintains the electrical load on the grid
constant in order to stabilize the grids voltage.
3.Conclusion
The hydrokinetic generation groups are adequate to decentralized generation. Once they
are indicated to the assistance of small isolated riverside communities and might present
robust conception and ease installation and
maintenance. The limitation of this kind of
equipment have been being viable to low
potential, and hardly will surpass 10 kW.
However, its use presents vantages regarding
the environment once it does not demands
water storage or water stream deviation work
Bibliography
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& SHP News, year 3, number 11, ago/set/ou 2001.
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Villages, in X Encontro Latino Americano e do Caribe
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NASCIMENTO, Marcos V. G. e outros. Opções à
geração diesel elétrica para sistemas isolados na
região norte: eólica, hidrocinética e biomassa. IV
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Energia Elétrica SNPTEE, Foz de Iguaçu, Paraná,
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SOUZA, Zulcy de. PCH de baixa queda, Grupo de
Trabajo sobre hidromecanica. 5a. reunión, IMFIA.
Montevideo, Uruguay, 1999.
Figure 6 Prototypes made by UNB ELS (2003)
Figure 8 Photos of the turbines made by UNB. Source Els(2003)
10
Ricardo Wilson Aguiar da Cruz
Micro-Geração de Eletricidade em Pequenas Comunidades Isoladas da
Amazônia com Grupos-Geradores Hidrocinéticos e Grupo Dieselétrico
Resumo
Este artigo propõe uma concepção de
sistema, em certo sentido híbrido, consistindo
de grupos-geradores hidrocinéticos, conhecidos na região como “cata-águas”, consorciados com um pequeno gerador dieselétrico
existente, que pode ser instalado em comunidades rurais típicas das margens dos rios da
região amazônica. Além do benefício do
fornecimento de energia elétrica, em geral
quase inexistente, as próprias comunidades
podem construir seu sistema. Dessa forma,
são elencadas razões sócio-econômicas e
parâmetros técnicos para esse fim.
Abstract
This paper proposes a system, in a certain way
a hybrid system, that can supply electric
energy to small communities among those
typically established along Amazonian river
margins, which consists of parallel hydrokinetics turbine power sets, usually known in
Amazon as 'cata-água' (in Portuguese), and
set on parallel to an existing Diesel power set.
Besides the poor benefit of surplus of electric
energy most of the time, the hybrid systems
can be built by the communities itself. The
work elects social, economic and technical
parameters for this purpose.
Introdução
A carência de eletricidade é fato antigo no
interior amazônico. Numa região de dimensões continentais e população rarefeita, ainda
persiste o cenário de carência de energia
elétrica nas pequenas comunidades isoladas,
obrigando os ribeirinhos à velha iluminação a
lamparina.
A colonização da Amazônia concentrou os
povoados nas margens dos rios mais próximos da calha da bacia amazônica, região de
planície alagada e onde há poucas chances
para a construção de usinas que exijam represamento. No Estado do Amazonas, o maior da
região e cujo interior é dos menos povoados,
atualmente, 85% da população está na calha
oriental do Rio Amazonas (IBGE, 1992) e é
razoavelmente atendida pela concessionária
local, a CEAM, no que pese seus eternos problemas de caixa, falta de peças de reposição e
o caro transporte de combustível. Os 15%
restantes estão nas regiões mais elevadas,
inacessíveis e distantes, o que contribui para
sua carência de eletricidade. Em geral, a
demanda per capita média no interior amazonense é da ordem de 0,04 kWe (Cruz, 1995).
Em decorrência do grande vazio ocupacional
da região, surgem comunidades dentro da
área distrital dos municípios, geralmente em
volta de um pequeno pólo econômico de
exploração de produtos naturais (pau-rosa,
andiroba, sorva, etc.), com população raramente excedendo 200 pessoas (IBGE, 1992).
Algumas dessas comunidades chegam a
distar 500 km da sede do município, sendo
comum disporem de um pequeno grupo
dieselétrico na faixa de 5 kVA que só funciona
nos dias de festa.
Concepção do Sistema Híbrido
No contexto deste trabalho, idealizou-se um
sistema que opere 24 horas por dia, produzindo uma potência firme dimensionada assumindo como representativa para as comunidades isoladas da região uma população de
200 habitantes e a demanda per capita média
de 0,04 kWe. Do total, foi tomado arbitrariamente apenas metade, como forma de relevar
o menor tamanho sócio-econômico dessas
comunidades isoladas. A capacidade de um
sistema para uma comunidade tipo assim é:
Q = ½ ´ 200 hab. ´ 0,04 kWe/hab. = 4,0 kWe
É esperado que a disponibilização de energia
elétrica permita que as comunidades isoladas
possam implementar algumas atividades
econômicas e de subsistência, e. g. a produção de farinha de mandioca (SUFRAMA,1999).
O sistema concebido só deverá operar hibridamente quando o grupo dieselétrico tiver que
ser acionado para atendimento de pontas,
como à noite, durante festas comunitárias,
porque é a inconstância de acesso ao óleo diesel e o seu custo que não permitem operação
econômica do eventual grupo existente, como
se demonstra na próxima seção.
As duas geometrias hidrocinéticas potencialmente aplicáveis, porque já foram investigadas em Manaus, são descritas a seguir.
- Cata-água do INPA: faz parte da família de
rotores tipo hélice. Foi adaptado de um rotor
de cata-vento multi-pá americano, com flutuadores feitos com tambores de 200 litros
(Harwood, 1980). O número de pás do protótipo (Fig. 1) foi reduzido para 8. A eficiência
resultou baixa, mas estima-se que pode
aumentar com desenvolvimento técnico. É
uma alternativa de fácil execução com materiais locais, que não exige mão-de-obra para
funcionar. Nos EUA e Escócia já foram testados rotores de hélice com duas a três pás, de
alta eficiência.
cinética de três pás retas com a forma de
perfis aerodinâmicos biconvexos (Fig. 2)
demonstrou possuir melhor eficiência que o
cata-água, tanto experimental, como relatado
pelo Instituto Canadense de Hidráulica (apud
Cruz, 1995) onde os testes incorporaram
várias idéias simples para implementação da
eficiência; como teórica (Cruz, 1995).
Também pode ser construído com materiais
locais e usar a idéia dos flutuadores com tambores do cata-água.
Figura 2. Ilustração artística do Darrieus-tripá.
As velocidades encontradas nas áreas mais
altas dos rios amazônicos, em geral em altitudes acima de 100 m, têm potencial para aproveitamentos hidrocinéticos. Dados levantados
por Harwood (apud Cruz, 1995) permitem
adotar uma velocidade média de 1,5 m/s nessas regiões, no período das cheias.
Devido uma turbina hidrocinética só usar a
energia cinética do curso d'água, suas dimensões são muito maiores dos que as turbinas
hidráulicas convencionais, para uma mesma
potência. Por isso, só é possível construir
máquinas para potências muito baixas. A
potência útil em [kWe] que um grupo-gerador
hidrocinético pode extrair da correnteza é
dada por (Cruz, 1995):
Pu = ½ η hc C p g A V 3
Figura 1. Ilustração artística do cata-água do INPA.
- Darrieus tripá: este rotor deriva do rotor
eólico de mesmo nome. A configuração hidro-
Onde Nhc é o rendimento total do grupo (0,7 a
0,85), Cp é o coeficiente de potência (máximo
teórico de 0,593, o chamado limite de Betz), A
[m2] é a área frontal do rotor e V [m/s] é a
velocidade média do curso d'água defronte do
rotor. Quanto mais rudimentar a confecção da
máquina, menor o produto . No Canadá,
1. Dados técnicos dos rotores hidrocinéticos
Dado
Potência elétrica
Diâmetro do rotor
Altura total do conjunto
Flutuadores
Rotação nominal
Velocidade da água
Densidade de potência frontal obtida
Cata-Água
1 kW
4,0 m
5,5 m
6 tb/200 l
70 rpm
1,5 m/s
0,08 kWe/m2
Darrieus
1,5 kW
1,2 m (4,0 m de altura)
5,3 m
6 tb/200 l
70 rpm
1,5 m/s
0,313 kWe/m2
Fontes: Harwood (1980) e Cruz (1995).
11
técnicos
Escócia e EUA, países que mais têm desenvolvido essas máquinas, este produto chega aos
0,25 para rotores a hélice tri-pá (Cruz, 1995).
Na Tabela 1 (anteriror) se têm as características do cata-água que foi experimentado pelo
INPA (Har-wood,1980), e do Darrieus estudado teoricamente por Cruz (1995).
Um cata-água com a capacidade total de 4,0
kWe teria um diâmetro exagerado, tornandose mecanicamente impraticável. Assim, o
ideal é o uso de várias máquinas em paralelo.
Considerando-se máquinas com as dimensões
e a eficiência da Tabela 1, para atender os 4,0
kWe do cálculo (1), são necessárias 4 máquinas em paralelo. Em uma etapa posterior de
desenvolvimento que permita elevar a eficiência do cata-água possivelmente adotando um
rotor hélice mais elaborado, as dimensões dos
rotores poderiam ser substancialmente reduzidas. No momento, a opção pelo rotor multipá americano modificado é, do ponto de vista
construtivo, um recurso fácil porque são
disponíveis no mercado nacional.
Na opção pelo grupo Darrieus, que não possui
fabricantes do similar eólico no País, tem-se
que esta é uma máquina de confecção mais
difícil do que o cata-água. Os materiais e as
técnicas necessários para construir o rotor
Darrieus são mais difíceis de encontrar no
interior. Não obstante, o número de máquinas
para atender à capacidade total de 4,0 kWe
seria menor, se adotado a máquina da Tabela
1. Assim, 3 máquinas em paralelo bastariam.
Em uma primeira fase, a escolha do grupo
recai sobre o cata-água. Nesse caso, a
especificação dos componentes deve seguir o
que já foi testado pelo INPA (Harwood, 1983):
»Flutuadores em tambores de 200 litros
amarrados com arame e ripas de madeira;
»Plataforma do conjunto flutuante totalmente
de madeira;
»Rotor de cata-vento de 4,0 m de diâmetro,
reforçado nas extremidades;
»Mancais do rotor em cumaru, madeira
oleaginosa usada com esta finalidade;
»Alternador elétrico de automóvel, que pode
ser recondicionado;
»Transmissão de força do rotor ao alternador
por corrente; e
»Ancoragem por poitas usando cabos de nylon
e pedras em bloco.
Aspectos Econômicos
O custo total de uma unidade piloto, composta
de 4 cata-águas de 1 kWe, sistemas auxiliares
(cabos, instrumentos, etc.) e itens indiretos
(projetos, transportes, viagens, etc.), é
estimado em torno de R$ 80.000, significando
um custo de instalação da ordem de 8 510
US$/kW, se usando materiais e sub-sistemas
de primeira-mão, um valor muito alto que
pode cair se usados materiais de segunda
mão; e a longo prazo pode cair mais ainda,
devido aos efeitos escala de produção e
aprendizado, e aos benefícios sociais diretos e
indiretos que poderão advir.
No contexto de uma análise comparativa
entre alternativas isoladas, investigou-se o
número de horas de operação diárias que
iguala o custo operacional de 4 cata-águas e 1
grupo dieselétrico de 4,0 kW. Para tanto, se
considerou a amortização dos custos de
implantação e os custos de O&M de ambas as
12
alternativas; e o custo de combustível do
grupo dieselétrico; assumidos os coeficientes
técnicos da Tabela 2. Isso é o que se mostra na
Figura 3. Vê-se ali que a alternativa
hidrocinética se iguala à alternativa
dieselétrica se operando diariamente pouco
mais de 5¾ horas, quando o custo operacional
é da ordem de 15.940 R$/ano (189 R$/Wh).
19500
18750
18000
17250
16500
Conjunto Cata-Água
15750
15000
14250
13500
12750
12000
11250
10500
1,25 1,75 2,25 2,75 3,25 3,75 4,25 4,75 5,25 5,75 6,25
Figura 3. Custo de operação anual do conjunto
cata-água e do grupo dieselétrico
Os custos da Figura 3 foram determinados
assumindo o sistema hidrocinético operando
24 h/dia e o dieselétrico de 1 h/dia a 24 h/dia,
365 dias por ano. A Figura 3 mostra nitidamente que o grupo dieselétrico só é economicamente atrativo operando poucas horas por
dia, daí porque no sistema concebido este só é
pensado para atender as “pontas de carga”
das comunidades.
Externalidades Envolvidas
As questões ambientais e sócio-culturais são
importantes quando se analisam tecnologias
de geração elétrica, haja vista seus altos
potenciais de impacto. No contexto do
conceito do desenvolvimento sustentado, não
se pode relegar ao segundo plano o tripé
ambiente-sociedade-economia. Porém, o uso
de grupos hidrocinéticos em
larga escala na Amazônia é
desconhecido. Grupos dielétricos, por seu turno, já são
Dieselétrico
tradicionalmente usados há
mais de 40 anos na região, de
sorte que suas externalidades
já se internalizaram. Dessa
forma, pode-se inferir que as
possíveis externalidades do
sistema concebido se relacionam aos grupos hidrocinéticos.
A Tabela 3 elenca algumas
externalidades positivas e negativas das duas alternativas
hidrocinéticas, com seus níveis
6,75 7,25 7,75 8,25 de impacto, que se podem
divisar no presente estágio da
concepção, visando corroborar a opção primária pelo cata-água.
Os riscos de danos por choque, perda de peças
e danos aos peixes é maior no cata-água
porque área circular frontal é maior do que a
das pás verticais do Darrieus. No entanto, não
são empecilhos fortes. Para evitar o problema,
o INPA propôs antepor ao rotor uma tela de
arame.
Quanto às técnicas construtivas, o rotor do
cata-água é menos exigente do que o Darri-
2. Coeficientes para comparação de alternativas
Descriminação
Custo horário médio de O&M (R$/ano)
Custo horário de combustível (R$)
Investimentos fixos (R$)
Taxa de desconto (% a.a.)
Vida útil (anos)
Conjunto Cata-água
? a
?
80.000
15,0
20
Dieselétrico
7.600
3,5·(t/dia) b
6.000
15,0
10
Notas: a Foi considerado que, dadas as suas características operacionais, o cata -água não exige mão -de-obra para
funcionar. b Considerou-se um consumo específico de 0,35 litro/kWhe e o óleo diesel a 2,5 R$/litro no interior.
3. Possíveis externalidades dos grupos hidrocinéticos na Amazônia
Externalidade
Risco de danos por choque de detritos flutuantes devido
à
proximidade entre as máquinas e a área que ocupam
Risco de o rotor causar danos a cardumes de peixes devido à
proximidade entre as máquinas e a área que ocupam
Risco de perda de partes e peças
Uso de técnicas construtivas difíceis
Necessidade de regulação da velocidade de rotação
Benefícios do aprendizado sobre a máquina (melhoria do
projeto, reprodução, etc.)
Possibilidade de fabricação comercial local
Efeitos da p ouca escolaridade da comunidade
sobre o
aprendizado e a fabricação local
Custos envolvidos no acesso a lubrificantes
Custos envolvidos no estoque de peças
Risco de aumento do tráfego de barcos perto das máquinas
Risco de não se conseguir a mpliar a capacidade de ger ação
(relacionado aos fatores acima), por crescimento
rápido da
demanda em decorrência da atração de ri beirinhos pela
disponibilidade de eletricidade
Impacto Relativo
Cata-água
Darrieus
Maior
Menor
Maior
Menor
Baixíssimo
Menor
Nenhuma
Baixíssimo
Maior
Constante
Alto
Baixo
Alta
Baixa
Menor
Maior
Nenhum
Nenhum
Baixo
Nenhum
Nenhum
Baixo
Menor
Maior
eus. Também, o Darrieus é problemático na
regulação de sua rotação pulsante, em decorrência da variação senoidal das forças
hidrodinâmicas que atuam nas pás (Cruz,
1995). Isso obriga a máquina a operar apenas
na rotação de projeto, porque as flutuações
trazem o risco de travamento do rotor, que
pararia de girar. Esse fenômeno não existe no
cata-água, que é capaz de sofrer variações
razoáveis de rotação.
Os benefícios do aprendizado e a possibilidade
de fabricação das máquinas no interior são
interligadas e da maior importância, posto
que é justamente nisso onde reside a motivação para um projeto energético de grande
importância social no interior da Amazônia.
No tocante ao aprendizado, o cata-água tem
possibilidades elevadas de difundir-se, porque
seu modo de funcionamento é rapidamente
associado por qualquer pessoa com os cataventos. O Darrieus não, porque as forças
hidrodinâmicas que atuam em suas pás são
herméticas para o público em geral.
A solução da questão escolaridade demanda
esforço para o êxito do projeto. Na próxima
seção são indicadas idéias básicas visando
internalizar os benefícios do ensino técnico
necessário para que as próprias comunidades
possam construir suas máquinas.
Não há custos associados com as externalidades que se referem a custos com lubrificantes e estoque de peças porque, primeiro,
como já mencionado, a madeira cumaru que
pode ser usada nos mancais é autolubrificante; e segundo, a baixa rotação das máquinas não as candidata a desgastes e quebras, o
que, se ocorrerem, são de fáceis consertos.
Finalmente, o crescimento populacional da
comunidade pode exigir rápido aumento de
oferta de energia, e aumentar o risco de abalroamento por barcos para ambas as máqui-
nas, mas a facilidade construtiva do cata-água
permite que isso seja feito mais rapidamente.
Em síntese, pode-se constatar que das 12
possíveis externalidades da Tabela 3, o cataágua possui 7 dentre as positivas, o que o confirma como a melhor alternativa hidrocinética.
Estratégias para Implantação do Projeto
O sucesso da difusão das técnicas de construção necessariamente passa pela questão da
escolaridade no interior, normalmente muito
baixa para o êxito de um projeto tecnológico.
Devem-se incluir metas educacionais no projeto, que deverão acompanhar a construção.
Nesse sentido, deve ser buscado apoio nas
escolas de engenharia para projetos e difusão
técnica, e nas secretarias de educação estaduais e no SESI que dispõem de barcos escola
e pessoal qualificado para ensino de mecânica
na região.
Também é necessário buscar fontes de financiamento para implantar os sistemas. Uma
possibilidade são as linhas disponíveis para
pequenos agricultores do Governo do
Amazonas.
Conclusões e Recomendações
A geração no interior é possível se o interiorano for o senhor do processo. Não há novidade alguma nisso, aliás, como já o diziam os
gregos há 2 300 anos. Por isso, no início,
podem-se prever reações de fontes políticas e
ideológicas ao projeto. Tais problemas deverão ser tratados pelo diálogo constante, tanto
nas localidades, por assembléias públicas,
como pela mídia disponível, mostrando sempre os verdadeiros objetivos do projeto o bem
estar do homem.
Possíveis problemas técnicos deverá haver,
principalmente no início, devido ao tempo
necessário para o aprendizado de construção
e operação. É nessa fase que o trabalho educacional deverá ser mais atuante, mantendo
contato constante com as partes envolvidas
no projeto.
Um dos vícios que deverá ser tentado eliminar
nas comunidades é a dependência a benfeitores políticos que geralmente lucram com a
ignorância grassa. Isso pode levar o projeto
ao fracasso, a exemplo de recentes políticas
de doação de moto-serras e motores estacionários no interior, casos em que os utensílios
foram usados até que quebrassem, sem que o
interiorano soubesse como consertá-los. Uma
maneira de evitar isso é conferir destaque
para as ações educativas, sendo possível
recrutar estudantes universitários para reforço das ações.
Como mencionado, o custo de implantação do
grupo hidrocinético deverá cair conforme o
número de unidades implantadas aumentar.
É possível ainda a integração do sistema
concebido com outras tecnologias de suprimento, como os painéis foto-voltaicos. Essa
possibilidade denota a flexibilidade que os
grupos hidrocinéticos possuem para compor
sistemas híbridos ou múltiplos de geração,
destacando se que, nisso, estas máquinas são
particularmente propícias para sustentarem
bases de carga de micro-sistemas de geração.
Referências
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Síntese dos Resultados
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Manaus; 1999.
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13
AVANÇOS
Sociais
Tecnologia Social
Turbinas Hidrocinéticas são alternativas na geração energia elétrica no país
Por Fabiana Gama Viana
Tecnologia social a serviço das comunidades
ribeirinhas e uma alternativa na geração
sustentável de energia elétrica nessas
localidades. As turbinas hidrocinéticas são
aquelas capazes de gerar energia através da
correnteza dos rios, sem a necessidade de
construção de barragens e formação de lagos.
Este equipamento, que fica suspenso por um
braço mecânico instalado na margem ou
flutuando em bóias no meio do rio, consiste
em um cilindro oco de metal que pode ser de
vários tamanhos (de quatro a nove metros de
comprimento), com uma hélice acoplada em
seu interior. A quantidade de energia gerada
está diretamente relacionada à velocidade da
água e à profundidade do rio que devem ser
de, no mínimo, 1,5 metro por segundo (m/s) e
1 metro (m), respectivamente. A partir daí,
segundo o professor Franco Morale da
Universidade de Brasília (UnB), é possível
gerar até 20 quilowatts hora (kWh) ou 14,4
mil kWh por mês, o que daria para atender
várias residências de classe média por mês
(Agência CT, 13/05/2004).
Antes de o equipamento ser instalado, são
realizados estudos relacionados aos dados
topográficos, ao mapeamento via satélite das
áreas com potencial hidráulico, além da identificação do perfil da comunidade. Este último
aspecto é fundamental, pois são diagnosticadas as carências e as necessidades da
região onde vai haver a geração de energia, e
a comunidade é,posteriormente,treinada
para cuidar da manutenção e operação da
turbina.
Vantagens
A partir daí, a turbina hidrocinética apresenta
inúmeras vantagens. A primeira delas é o
baixo custo ambiental, pois este empreendimento não necessita de grandes obras de
engenharia, além de não ocorrer alteração na
flora e fauna locais. Da mesma forma, a
turbina hidrocinética tem a vantagem de
possuir uma maior durabilidade, com média
de 30 anos, sem interrupções na geração de
energia, e manutenção a ser realizada a cada
seis meses. O equipamento também pode ser
instalado praticamente em qualquer rio com
correnteza, além de adaptações que podem
ser feitas para aproveitar quedas d'água,
pequenos desníveis ou até mesmo máquinas
instaladas em série para demandas maiores.
Vale destacar ainda que a turbina hidrocinética possibilita às comunidades ribeirinhas o
acesso à ener-gia elétrica sem a necessidade
de uma rede elétrica completa instalada.
Pesquisas
Mesmo sendo uma tecnologia com grande
demanda social, as pesquisas com turbinas
que utilizam a correnteza dos rios para gerar
energia elétrica são recentes, e a literatura
disponível sobre o tema é escassa. A concepção das turbinas hidrocinéticas remonta à
década de 1970, quando foram iniciados
trabalhos buscando formas alternativas de
energia, como energia solar, eólica, biomassa
e microcentrais hidrelétricas, em função dos
problemas deflagrados com a Crise do
Petróleo em 1973.
14
Modelo comercial da turbina hidrocinética - detalhe do desenho
Turbinas Hidrocinéticas
Existem basicamente dois tipos de turbinas hidrocinéticas segundo a posição de giro do eixo:
turbinas de eixo horizontal ou axial e de eixo vertical.
Eixo horizontal do tipo axial: De acordo com a concepção de John Harry Harwood, estas
possuem um rotor de seis pás, apoiado sobre mancais de rolamento, sustentado por barras
fixadas numa base formada por flutuadores. O fluxo da água fica alinhado com o eixo de
transformação mecânica. Esta turbina é ancorada no fundo do leito do rio.
Eixo vertical: As turbinas hidrocinéticas de eixo vertical, a partir da concepção de R. W. A.
Cruz,possuem um rotor com três pás, semelhante ao rotor Darrieus, utilizado em turbinas
eólicas. O fluxo fica perpendicular ao eixo de transformação mecânica da turbina. Esta é
ancorada no fundo do leito do rio. Turbinas de eixo vertical, explicam Van Els, Campos e
Salomon (2005), são preferidas quando é necessário tirar proveito da energia cinética de um
fluxo cuja direção pode mudar com o tempo, como por exemplo, sistemas de aproveitamento
de fluxo das marés.
Darrieus: O dispositivo é constituído um rotor com 2 até 4 pás, ou lâminas, retas com as duas
extremidades presas a um disco solidário ao eixo. O eixo, através de um sistema de polia e
correia, aciona o gerador instalado estrategicamente sobre flutuadores. O conjunto é ancorado, através de cabos, de forma a permitir um melhor posicionamento e um maior aproveitamento da correnteza do rio. O eixo na posição vertical facilita a instalação do gerador ou de
polias multiplicadoras de velocidade, e caracteriza-se, principalmente, em produzir energia
independente da direção da correnteza.
Gorlov: é uma turbina desenvolvida recentemente com base no rotor Darrieus, cujas duas
pás ou lâminas tem forma helicoidal. Segundo seu inventor, essa configuração apresenta
maiores rendimentos e menores vibrações, uma vez que sempre haverá uma pá em posição
de receber o fluxo. Possui rotação unidirecional mantendo um escoamento livre, com um
rendimento máximo que pode alcançar 35 %o que é normal em se tratando de um rotor
operando em um meio não confinado segundo principio de Betz, é fabricada em alumínio e
revestida com uma camada de material anti-aderente, reduzindo desta forma o atrito na água
e prevenindo contra o acúmulo de crustáceos e sujeira. Podendo ser usada na posição vertical
ou horizontal.
Savonius:Também conhecidos como rotores “s”, funciona com correntes de água em
qualquer sentido. Basicamente o rotor é constituído por duas pás semi-circulares colocadas
uma justaposta à outra. De concepção bastante simples, esse tipo de rotor tem-se prestado
para pequenas instalações de bombeamento.
Rodas d'água: ë um dos mais simples dispositivo para o aproveitamento da energia hidráulica. O seu funcionamento se dá pela incidência da água nas pás, ou caçambas da roda, que
com seu peso e a energia cinética da água, aciona a roda, fazendo girar o seu eixo. A admissão
da água na roda pó ser feita por cima, lateralmente ou por baixo. O desvio da água até o roda
pode ser feito mediante o uso de tubos de PVC, chapas de aço galvanizado, calha de madeira
ou alvenaria. A velocidade de rotação é muito baixa, isto é, de 1 a 40 giros por minuto, mas
mesmo assim pode ser utilizada para movimentar moinhos, serrarias; gerar eletricidade (100
a 1000 Watts) e bombear água a um reservatório.
Fonte:
ALENCAR, Harley Souza e TIAGO FILHO, Geraldo Lúcio. Geração Descentralizada com Energia
Alternativa para o Desenvolvimento Sustentável de Regiões Ribeirinhas. UNIFEI, 2003
VAN ELS, Rudi Henri, CAMPOS, Clóvis de Oliveira, SALOMON, Lúcio Benedito Reno. Turbinas
Hidrocinéticas no Brasil. UnB, 2005.
De acordo com informações do Centro Nacional de Referência em
Pequenas Centrais Hidrelétricas (CERPCH), na década de 1980, o
pesquisador John Harry Harwood desenvol-veu máquinas
hidrocinéticas de eixo horizontal com rotor multipás de quatro metros
de diâmetro, semelhante ao de um moinho de vento, que foi
experimentado em rios da Amazônia com velocidades de água de 0,7
a 1,5 m/s. Estes equipamentos, concebi-dos para atender potências
de consumo da ordem de 2 kW, possuíam rotores de turbinas tipo
Hélice e foram apoiados em grandes balsas com flutuadores.
Contudo, mesmo o equipamento mostrando ser funcional, este
apresentou uma série de dificuldades em relação a um intenso
regime de funcionamen-to e à proteção contra objetos flutuantes,
além de apresentar perdas significativas e outros problemas
operacionais em virtude do dispositivo de transmissão mecânico
utilizado no sistema ser feito com correias e um rendimento baixo, da
ordem de 30%.
Após o protótipo de Harwood, vários outros estudos foram feitos. No
início dos anos 2000, um grupo de pesquisa do Laboratório Hidromecânico para Pequenas Centrais Hidrelé-tricas (LHPCH) da
Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI) elaborou um arranjo de
turbina hidrocinética com um rotor do tipo axial, montada em uma
plataforma com difusor, localizado à montante do rotor, com a
finalidade de direcionar melhor o fluxo e aumentar o rendimento da
máquina. O equipamento não chegou a ser construído e, atualmente,
está em processo de re-estudo, aguardando apoio de instituições de
fomento à pesquisa. Da mesma forma, o Centro de Pesquisa em
Energia Elétrica (CEPEL), dentre outras experiências, experimentou
um protótipo de uma turbina axial em escala reduzida com rotor de
duas lâminas. A partir daí, o CEPEL realizou medições para avaliar a
influência de um sistema de convergência do fluxo no rotor.
Grupo UnB
De todas as experiências realizadas no país, merecem destaque
aquelas desenvolvidas pelo Departamento de Engenharia Mecânica da
Universidade de Brasília (UnB) que tem estudado e desenvolvido
protótipos diversos de turbinas verticais e axiais (ver quadro). Essas
pesquisas iniciaram-se há 10 anos. Em 1995, foi instalado o primeiro
protótipo em um povoado isolado do município de Correntina, no
interior da Bahia, com capacidade de 840 kWh por mês. Dois anos
depois, o grupo obteve o primeiro reconhecimento público e oficial dos
estudos desenvolvidos quando receberam o Prêmio Jovem Cientista do
Instituto de Ciência e Tecnologia do Governo do Distrito Federal. Em
2003, o grupo fundou a empresa Hidrocinética Engenharia, instalada
no campus da UnB e integrante do Programa de Incubação de
Empresas do Centro de Desenvolvimento Tecnológico.
Desafios
Mesmo com as pesquisas desenvolvidas e com as boas perspectivas
em torno das turbinas hidrocinéticas, ainda são muitos os desafios
enfrentados, sejam em relação à restrição de mercado e à melhoria
tecnológica do equipamento, seja na redução dos custos de produção.
No entanto, é preciso que os estudos continuem já que essa alternativa
de geração de energia elétrica tem imensurável importância social,
propiciando o desenvolvimento e o crescimento econômico das comunidades ribeirinhas, além de minimizar os impactos ambientais.
Fonte:
ALENCAR, Harley Souza e TIAGO FILHO, Geraldo Lúcio. Geração Descentralizada
com Energia Alternativa para o Desenvolvimento Sustentável de Regiões
Ribeirinhas. UNIFEI, 2003
VAN ELS, Rudi Henri, CAMPOS, Clóvis de Oliveira, SALOMON, Lúcio Benedito
Reno. Turbinas Hidrocinéticas no Brasil. UnB, 2005.
”Não é fácil produzir uma unidade geradora confiável,
com um baixo custo de fabricação”
Em entrevista o prof. Clóvis Campos,do Departamento
de Engenharia Mecânica da Universidade de Brasília
As pesquisas com turbinas hidrocinéticas são
desenvolvidas pelo grupo do Departamento
de Engenharia Mecânica da Universidade de
Brasília (UnB) há 10 anos. Ainda assim,
muitos são as dificuldades e os desafios
enfrentados nesses estudos, seja sob o ponto
de vista de diminuição dos custos de
produção, seja sob o aspecto de melhoria
tecnológica do equipamento. “Não é fácil
produzir uma unidade geradora confiável,
com um baixo custo de fabricação”, explica o
professor Clóvis de Oliveira Campos, do
Departamento de Engenharia Mecânica da
Universidade de Brasília e sócio-fundador da
empresa Hidrocinética Engenharia Ltda. No
entanto, é preciso ressaltar o papel social
dessa alternativa de geração de energia
elétrica. “Com uma turbina hidrocinética, é
possível melhorar em muito a qualidade de
vida de ribeirinhos, criando inclusive
condições de melhor fixá-los em sua origem,
Os bons resultados que temos obtido
são em decorrência da execução de um
projeto mecânico desenvolvido com
base em larga experiência em projetos,
construções mecânicas em geral e
também experiência em tratamentos
anticorrosivos que fomos aprendendo
ao longo do tempo.
Evitando o êxodo rural”, ressalta Campos.
Em entrevista à PCH Notícias & SHP News, o
prof. Clóvis Campos apresenta a importância
das turbinas hidrocinéticas no contexto
brasileiro e suas vantagens, além dos desafios
e perspectivas.
PCH -Qual o potencial de geração de energia
elétrica a partir de turbinas hidrocinéticas
atualmente no Brasil?
Prof. Clóvis - O atendimento da demanda de
energia, em todo o Brasil, é enorme e, mesmo
assim, a quantidade de lugares onde se pode
introduzir uma turbina hidrocinética é muito
significativa. As primeiras turbinas que produzimos (Universidade de Brasília - UnB),encontram-se em operação no interior do estado da
Bahia. Atualmente existem 4 unidades funcionando lá, gerando energia limpa, segura,
confiável e de baixo custo. Construímos uma
outra unidade em parceria com o INPA [Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia], que
se encontra na Região Amazônica.
Qual a potência máxima de uma turbina
hidrocinética?
A potência que obtivemos em máquinas de até
1,2 m de diâmetro foi de 2 kW. É relevante
-O custo de aquisição de uma turbina hidrocinética varia de R$15.000 a R$20.000 para
máquinas para corredeiras e grandes rios, respectivamente;
-Os custos totais de instalação e montagem dependem principalmente da facilidade de
acesso, além de outros custos da logística de instalação, o que pode facilmente exceder os
custos de aquisição do equipamento;
-O custo de instalação também engloba o projeto executivo, a montagem da estrutura de
sustentação na margem do rio ou a montagem da estrutura de ancoragem;
-A manutenção preventiva e limpeza podem ser executadas por um operador treinado.
Este deve fazer a limpeza junto à grade de proteção da turbina pelo menos uma vez por
semana, além de se fazer a verificação rotineira de seu funcionamento;
-A cada seis meses é necessário fazer uma verificação seguindo um plano de manutenção
preventiva. O custo de peças de reposição (escovas, óleo lubrificante, correias, etc.) fica
em torno de R$ 125,00 por ano.
-A cada dois anos é necessário fazer uma revisão geral da máquina, substituindo os
componentes que venham a comprometer a confiabilidade do equipamento e tratamento
anti-corrosivo, que pode chegar a um custo de R$ 750,00 por revisão.
Esses dados foram levantados a partir a partir da experiência acumulada de operar a primeira turbina
experimental durante nove anos no município de Correntina (BA). Não estão incluídos os custos com
mão-de-obra e logística de transporte. Estes custos podem variar conforme a região de instalação da
turbina.
15
AVANÇOS
Sociais
lembrar que uma máquina que gera 2 kW, em
24h por dia, produz 1.400 kWh por mês.
Qual é o custo de produção de uma turbina
hidrocinética? E os custos de manutenção?
Os custos de fabricação ainda estão um pouco
elevados devido ao processo ainda ser
bastante artesanal. Criamos como empresa
incubada, no Centro de Desenvolvimento Tecnológico da Faculdade de Tecnologia da UnB, a
empresa Hidrocinética Engenharia Ltda. para
produzir e comercializar as turbinas hidrocinéticas. Uma unidade que possa produzir
até 2 kW está custando hoje aproximadamente R$15.000,00 (custos em Brasília).
E em termos de custos do kW gerado? Essa é
uma forma competitiva de geração de energia
elétrica?
O custo do kW gerado é bastante atraente em
fazendas ou em locais onde a alternativa de
geração são os grupos Diesel geradores.
E se formos comparar com o preço da energia
elétrica gerada a partir de um gerador a Diesel?
Seja com Diesel ou qualquer outra alternativa
térmica, a diferença é enorme. Os donos das
máquinas instaladas no interior da Bahia que
o digam.
Quais são as dificuldades enfrentadas hoje nas
pesquisas sobre turbinas hidrocinéticas?
Uma das dificuldades mais significativas está
nos sistemas de transmissão mecânica versus
custos. Não é fácil produzir uma unidade
geradora confiável, com um baixo custo
defabricação. Os bons resultados que temos
obtido são em decorrência da execução de um
projeto mecânico desenvolvido com base em
larga experiência em projetos, construções
mecânicas em geral e também experiência em
tratamentos anticorrosivos que fomos aprendendo ao longo do tempo.
Não há incentivos do Governo Federal para a
utilização das turbinas hidrocinéticas em
comunidades isoladas?
O governo até que está iniciando algum apoio
com programas como o "Luz para Todos".
Estamos construindo uma unidade que vai ser
instalada em breve, no interior do Amapá.
De Correntina (BA) causou uma perda enorme
nos peixes que naquele rio existiam. Uma turbina hidrocinética não causa o menor impacto
ambiental.
Os custos de fabricação ainda estão um
pouco elevados devido ao processo ainda
ser bastante artesanal.
Sob os aspectos ambientais, comparativamente, quais são os impactos ambientais ocasionados por uma usina hidrelétrica comum e a
geração de energia elétrica a partir da turbina
hidrocinética?
Eu tenho experiência com usinas convencionais. Eu sei, eu vi o que a Usina de Tucuruí,
Balbina e Samuel fizeram na Região Norte. Eu
sei que uma pequenina usina dentro da cidade
de Correntina (BA) causou uma perda enorme
nos peixes que naquele rio existiam. Uma
turbina hidrocinética não causa o menor impacto ambiental.
Atualmente, como estão as pesquisas sobre
turbinas hidrocinéticas no mundo e, em particular, no Brasil?
Alguns pesquisadores estão se interessando,
Turbina hidrocinética sob flutuantes
porém os resultados ainda não passam de
projetos que quando muito saem de um computador e passam para relatórios.A execução,
a fabricação e a obtenção de resultados ainda
deixam muito a desejar, principalmente porque o produto final é de pequena capacidade e
o usuário, população ribeirinha, é de baixa
renda.
Quais são as perspectivas para a geração de
energia elétrica a partir de turbinas hidrocinéticas no Brasil?
As perspectivas são boas, são muito importantes, porque com uma turbina hidrocinética
é possível melhorar em muito a qualidade de
vida de ribeirinhos, criando inclusive condições de melhor fixá-los em sua origem, evitando o êxodo rural.
Fonte:
VAN ELS, Rudi Henri, CAMPOS, Clóvis de Oliveira,
SALOMON, Lúcio Benedito Reno. Turbinas
Hidrocinéticas no Brasil. UnB, 2005.
Hydrokinetic Turbines
Basically, there are two types of hydrokinetic turbines that are classified according to the axis position: horizontal and vertical axis
turbines.
Horizontal axis turbines: According to John Harry Harwood's conception these turbines have a 6-blade rotor supported on bearings,
sustained by bars fixed on a platform with floaters. The water flow is aligned to the mechanical transforming axis. This turbine is anchored
in the bottom of the river.
Vertical axis turbines: According to R. W. A. Cruz's conception vertical axis hydrokinetic have a 3-blade rotor, which is similar to the
Darrieus rotor used by wind turbines. The water flows through the axis of the turbine perpendicularly. This turbine is also anchored in the
bottom of the river. Vertical axis turbines, as explained by Van Els, Campos and Salomon (2005), are the best choice when it is necessary
to use the kinetic energy of a flow whose direction may change with time, e.g. tidal flow systems.
Darrieus: The device consists of a rotor with 2 to 4 blades, whose extremities are fixed to disks, forming only one set that rotates together
with axis. The generator is driven by the turbine by using a belt-drive system. By using cables, the unit can be anchored in a way to
optimize the use of the flowing water of the river. The axis in a vertical position facilitates the installation of the generator or speed
increasers. The main feature of the turbine is the production of energy regardless of the direction of the flow.
Gorlov: it's a recently developed turbine based on the so-called Darrieus turbine. Alexander Gorlov's design uses blades that are twisted
into the shape of a helix, rotate at twice the velocity of the water current flow, and turn in the same direction regardless of the flow
direction. According to its inventor this arrangement presents higher efficiencies and lower vibrations, for there will always be a blade in
position to receive the flow. It has a unidirectional rotation that can maintain a free flow, and its maximum efficiency may reach 35%,
which is normal according to the Betz principle as far as a turbine operating in flowing water is concerned. The turbine is made from
aluminum coated with an anti-adherent material to reduce the friction with the water and avoid the accumulation of crustaceous and
debris. The turbine can be positioned horizontally or vertically.
Savonius: Also known as “S” rotors, it works with flowing water that comes from any direction. Basically, the rotor consists of two scoops
that are overlapping and, if one looks down on the rotor from above, a two-scoop machine would look like an "S" shape in cross section.
Having a considerably simple design, this type of rotor has been used in small pumping stations.
Water wheel: It is one of the most simple devices used for extracting power from a flow of water. A water wheel consists of a large wheel,
typically wooden, with a number of blades or buckets arranged on the outside rim forming the driving surface. The wheel is mounted
vertically on a horizontal axle that is used as a power take-off. Historic water wheels came in two basic forms undershot and overshot. The
overshot wheel has the water channeled to the wheel at the top and slightly to one side in the direction of rotation. The water collects in the
buckets on that side of the wheel, making it heavier than the other "empty" side. The weight turns the wheel, and the water flows out into
the tail-water when the wheel rotates enough to invert the buckets. The overshot design uses almost all of the water flow for power
(unless there is a leak) and does not require rapid flow. The overshot wheel is a far more powerful and efficient design, but because it
requires constructing a dam and a pond it is far more capital intensive.
The rotation speed is considerably low, i.e., ranging from 1 to 40 rotations per minute. It can be used for powering flour mills, sawmills,
generating electricity (100 to 1000 Watts) and pumping water from a reservoir.
16
Social Technology
Translation: Adriana Candal
Hydrokinetic turbines: an alternative for electric power generation in the country
A social technology that serves riverside communities and an alternative for the sustainable
generation of electric power in these communities, hydrokinetic turbines are those able to
generate energy by using the flowing water of the rivers, without the need to build
dams or set up reservoirs.
This equipment, which is suspended by a mechanical arm installed on the
riverbanks or floats in the middle of the river by using floaters, consists of a
metal hollow cylinder, with an internal blade, that can have different sizes
(from 4 to 9 meters long). The amount of power that is generated is directly
proportional to the speed of the flowing water and to the depth of the river,
at least 1.5 meter per second (m/s) and 1 meter (m), respectively.
According to Professor Franco Morale with the University of Brasília (UNB)
by using any combination higher than that one, it is possible to generate
up to 20 kilowatts/hour (kWh) or 14.4 thousand kWh a month, which
would be enough to meet the demand of several medium-class households a month (Agência CT, 13/05/2004).
Before installing the equipment, studies regarding the topographic data,
satellite mapping of the areas that present hydraulic potential and the
identification of the community's profile are carried out. The last item is
fundamental aspect, for the needs of the region where the energy will be
generated can be diagnosed, and the community will be trained to carry out
the maintenance and operation of the turbines.
Advantages
Hydrokinetic turbines present innumerable advantages. The first one of them is
the low environmental cost, for this enterprise does not need large engineering
works and does not change the local flora and fauna. In addition, hydrokinetic turbines
have greater durability, 30 years on average, carrying out maintenance checks every six
months and without interrupting the power generation. The equipment can be installed on
practically any river that has a flow. Besides, it is possible to make adjustments to use waterfalls, small rapids or even machines that can be installed in a series to meet higher demands. It
is important to highlight that hydrokinetic turbines make it possible for riverside communities
to have access to electric power without the need of a complete power grid.
Researches
Even being a technology with considerable social demand, researches on turbines
that use river flowing waters for generating electric power are fairly recent and the
literature available about this theme is scarce. The conception of hydrokinetic
turbines goes back to the 1970s, when the studies searching for alternative sources of energy, e.g. solar, wind and biomass energy and the use of SHPs (Small
Hydropower Plants) started because of problems caused by the 1973 Oil Crisis.
According to information provided by CERPCH (National Center of Reference for
Small Hydropower Plants), in the 1980s, researcher John Harry Harwood developed horizontal axis hydrokinetic machines with a four-meter long multi-blade rotor,
similar to windmills. They were tested in rivers of the Amazon Region presenting
flowing water speed ranging from 0.7 to 1.5 m/s. These machines, conceived for
consumption demands ranging about 2 kW, had helixlike turbine rotors and were
supported by large rafts. However, although the equipment seemed to be fairly
functional, it presented a number of difficulties in relation to its intensive utilization
regime and its protection against floating objects. In addition, it presented
significant losses and other operational problems because the mechanical
transmission device used by the system was made with belts, and also, a low
efficiency, about 30%.
After Harwood's prototype, several other studies were carried out. In the early
2000, a research group of the LHPCH (Hydro-mechanic Laboratory for Small
Hydropower Plants) at the Federal University of Itajubá (UNIFEI) elaborated an
arrangement consisting of a hydrokinetic turbine with an axial rotor assembled on
a platform with a flow directing structure, located upstream of the rotor, aiming at
improving the efficiency of the machine. The equipment was never built and, today,
it is being re-studied, waiting for the financial support of R&D institutions. In the
same way, CEPEL (Research Center on Electric Power), among other experiences,
tested a prototype of a turbine with a two-blade axial rotor in a reduced scale. Then
CEPEL carried out readings to assess the influence of a flow convergence system on
the rotor.
UnB Group
Among all the experiences carried out in the country, the ones that deserve to be
high-lighted are those developed by the Department of Mechanical Engineering of
the University of Brasília (UnB), which has been studying and developing several
prototypes of vertical and axial turbines (refer to figure). These researches started
ten years ago. In 1995, the first prototype with a capacity of 840 kWh/month was
installed in an isolated community that was part of the city of Correntina in the
state of Bahia. Two years later, the studies were first publicly and officially recog-
Fig. 1 - Hydrokinetic Turbines
nized when the group received prize 'Young
Scientist' granted by the Federal Institute of
Science and Technology of the Federal. In
2003, the group founded the company Hidrocinética Engenharia, located at the campus of
UnB, which is part of a program of the Technological Development Center that encourages
the development of new companies.
Challenges
In spite of the already developed researches
and the good perspectives regarding hydrokinetic turbines, there are still a lot of challenges to be faced, in relation to either market
restrictions or reduction in the production
costs. However, the studies must continue, given that this alternative for generating of electric power has immeasu-rable social importance, for besides mitigating environmental
impacts, it makes it possible for riverside
communities to develop and grow economically speaking.
17
AVANÇOS
Sociais
“It is not easy to produce a reliable
generating unit at a low manufacturing cost”
Em entrevista o prof. Clóvis Campos,do Departamento
de Engenharia Mecânica da Universidade de Brasília
A group that is part of the Department of
Mechanical Engineering of the University of
Brasília (UnB) has been developing
researches on hydrokinetic turbines for ten
years. Still, these studies must face many
difficulties and challenges regarding either the
reduction in the production costs or the
technological improvement of the equipment.
“It is not easy to produce a reliable generating
unit with a low manufacturing cost”, explains
professor Clóvis de Oliveira Campos, who is
part of the Department of Mechanical Engineering of the University of Brasília and partner
and co-founder of the company Hidrocinética
Engenharia Ltda. However, it is important to
highlight the social role that is played by this
alternative for the generation of electric
power. “By using a hydrokinetic turbi-ne it is
possible to improve the life quality of the people who dwell along the rivers
significantly, and even create
better conditions to keep them
where their roots are, avoiding
the exodus from rural areas”,
states Professor Campos.
In an interview to the PCH
Notícias & SHP News, Professor
Campos talks about the importance of hydrokinetic turbines
within the Brazilian scenario,
their advantages, challenges and perspective.
PCH - What is today's generating potential of electric power out of hydrokinetic
turbines in Brazil
Prof. Clóvis - The supply of power all over the
country is huge, and still, the number of
places where a hydrokinetic turbine could be
introduced is quite significant. The first turbines that we produced [University of Brasília
UnB] are operating in the countryside of the
state of Bahia. Today, there are four units
operating there, generating clean and reliable
energy at low costs. In a partnership with
INPA (National Research Institute of Amazônia) we built another one, which is operating
in the Amazon Region.
What is the maximum power of a hydrokinetic turbine?
The power that we attained from machines of
up to 1.2 m of diameter was 2 kW. It is important to remember that a machine that generates 2 kW every hour 24 hours a day, generates
1,400 kWh a month.
What is the manufacturing cost of a hydrokinetic turbine? And its maintenance
costs?
The manufacturing costs are still a little high
because the process is considerably rudimentary. We created a company within the Center
of Technological Development * of the Technology College of UnB called Hidrocinética Engenharia Ltda. in order to manufacture and
commercialize hydrokinetic turbines. Today, a
unit that can generate up to 2 kW costs about
R$15,000.00 (costs in Brasília).This center
aims at encouraging the development and the
creation of new technological companies.
What about the costs of the generated
kW? Is this a competitive form of generation of electric power?
The cost of the generated kW is rather attractive on farms or in places where the alternative for generation consists of Diesel generating units.
And if compare with the price of the electric power generated by Diesel generator
Either with Diesel or any other thermal alternative the difference is huge. The owners of
the machines installed in Bahia's countryside
know that quite well.
Today, what are the difficulties faced by
those who work on the research of hydrokinetic turbines?
One of the most significant difficulties lies on
the mechanic transmission systems versus
costs. It is not easy to produce a reliable generating unit at low
manufacturing costs.
The good results we
have been attaining
come from a mechanical project that was
developed based on
the vast experience
on designs and mechanic constructions
in general and also
the experience on anti-corrosive treatment
we have been accumulating over the years.
Are there no incentives from the Federal
Government towards the use of hydrokinetic turbines in isolated communities?
The government has just started to provide
some sort of support with programs such as
“Light for Everyone”. We are building a unit
that will soon be installed in the countryside of
the state of Amapá.
Environmentally speaking, what are the
impacts caused by a conventional hydroelectric plant in comparison with those
caused by the generation of electric
power by using a hydrokinetic turbine?
One of the most significant
difficulties lies on themechanic
transmission systems versus
costs. It is not easy to produce
a reliable generatingunit at
low manufacturing costs.
18
I have experience of conventional hydroelectric plants. I know, I saw what the plants of
Tucuruí, Balbina and Samuel caused in the
North Region. I know that a small plant in the
town of Correntina (BA) caused the death of a
large amount of fish that lived in that river. Hydrokinetic turbines do not cause the slightest
environmental impacts.
Today, what is the status of the researches on hydrokinetic turbines in the
world and, particularly, in Brazil?
Some researchers are getting more interested. However, the results are still simple
projects that leave the computer hard disk to
become reports. The realization, the manufacturing and the attainment of results are still
far from reaching the desired level, mainly
because the final product presents a small
capacity and because of the users, people who
dwell along the rivers, have low income.
What are the perspectives regarding the
generation of electric power out of hydrokinetic turbines in Brazil?
The perspectives are good and very important, for by using hydrokinetic turbines it is
possible to improve the life quality of the
people who dwell along the rivers significantly,
and even create better conditions to keep
them where their roots are, avoiding the exodus from rural areas
The good results we have been
attaining come from a mechanical
project that was developed based on
the vast experience on designs and
mechanic constructions in general
and also the experience on anticorrosive treatment we have been
accumulating over the years.
»The purchasing cost of hydrokinetic turbines ranges from R$15,000 to R$20,000 for
machines that will use rapids and large rivers, respectively;
»The total, installation and assembly, costs depend mainly on how easy the access is. There
are also other installing logistic costs, which may easily surpass the purchasing costs;
»The installation cost also comprises the executive project, assembly of the supporting
structure on the river bank or the assembly of the anchoring structure;
»Operations regarding preventing maintenance and cleaning can be carried out by a trained
operators. They must clean the turbine protecting grate at least once a week and carry out a
routine check to make sure that the turbine is working properly;
»Every six months it is necessary to carry out a check following a preventing maintenance
plan. The cost of the replacing parts(brushes,lubricating oil,belts,etc.) ranges about R$
125.00 a year
»Every two years it is necessary to carry out a general check on the machine, replacing the
part that could compromise the reliability of the equipment. It is also important to carry out
an anti-corrosive treatment. The cost of each general check may reach a cost of R$ 750.00.
***These data were collected from the experience of operating the first experimental turbine for
nine years in the town of Correntina (BA). The costs regarding labor and transport are not
included. These costs may vary according to the region where the turbine will be installed.
Fonte:
VAN ELS, Rudi Henri, CAMPOS, Clóvis de Oliveira, SALOMON, Lúcio Benedito Reno. Turbinas
Hidrocinéticas no Brasil. UnB, 2005.
II EE-VEI
8 a 10 de março 2006
Carbon Markets Américas
29 a 30 de março de 2006
Rio de Janeiro - RJ Brasil
[email protected]
www.greenpowerconferenes.com
V SBPMCH
03 a 06 de abril 2006
I Simpósio de Gestão e Monitoramento de Aproveitamentos
Hidroenergéticos
28 de abril de 2006
Belo Horizonte MG Brasil
[email protected]
www.cerpch.unifei.edu.br
AGRENER GD 2006
06 a 08 de junho de 2006
VII SINCONEE e o III GEDOC
20 a 22 de junho de 2006
Florianópolis-SC Brasil
[email protected]
http://www.sinconee.com.br
Second International Congress on Energy Efficiency and
Renewable Energy Sources,
8 a 10 de março 2006
Sofia - Bulgaria
http://www.viaexpo.com/ee-vei-2006/eng/congress2006.php
Carbon Markets
29 a 30 de março de 2006
V Simpósio Brasileiro sobre Pequenas e Médias Centrais
Hidrelétricas
3 de abril de 2006
Florianópolis SC Brasil
[email protected]
http://www.cbdb.org.br/
I SIGMAH
28 de abril de 2006
6º Congresso Internacional sobre Geração Distribuída e
Energia no Meio Rural
06 a 08 de Junho de 2006
UNICAMP - Campinas (SP) - Brasil
[email protected]
VII SINCONEE e o III GEDOC
20 a 22 de junho de 2006
Para maiores informações sobre eventos e cursos, acesse:
http:// www.cerpch.unifei.edu.br
For more information about courses and events, acces:
http:// www.cerpch.unifei.edu.br
I Simpósio de Gestão e Monitoramento de Aproveitamentos Hidroenergéticos
Abril de 2006
Itajubá - MG