a exploração sustentável na hidroeletricidade · potência termoelétrica em mercado: 3 219 mw...

“A Geologia como fator de competitividade e desenvolvimento

económico” 11 de Novembro de 2016 | Universidade de Coimbra

Virgílio Mendes

Direção de Regulação e Mercados

EDP - Gestão da Produção de Energia, S.A.

[email protected]

A exploração sustentável na hidroeletricidade

Coimbra, 11 de novembro de 2016

EDP Produção – Direção de Regulação e Mercados 1

O Clima

O parque produtor

A produção

A variabilidade do recurso

As valências da hidroeletricidade

A complementaridade com a eólica

A proteção das águas subterrâneas

Conclusões

A exploração sustentável da hidroeletricidade

O Clima


Classificação climática de Köppen-Geiger na Península Ibérica

Seco

Bsk estepe fria

BSh estepe quente

BWk deserto frio

BWh deserto quente

Temperado

Cfb temperado sem estação seca com

Verão temperado

Cfa temperado sem estação seca com

Verão quente

Csb temperado com Verão seco e

temperado

Csa temperado com Verão seco e

quente

Frio

Dfc frio sem estação seca e Verão

fresco

Dfb frio sem estação seca e Verão

temperado

Dsc frio com Verão seco e fresco

Dsb frio com Verão seco e

temperado)

Polar

ET tundra

Atlas Climático Ibérico (1971-2000)


Clima da Península Ibérica: Precipitação com distintos padrões entre o Norte e o Sul da Península

Os aproveitamentos hidroelétricos localizados no sul da Península Ibérica têm

menores afluências do que os localizados na Galiza ou no Minho.

Média da precipitação total anual na Península Ibérica (1971-2000)

Zona Verde

Zone Seca

Zona Verde

Zona Seca

Costa oeste e regiões

montanhosas

Região sul, região interior e

costa mediterrânea


Clima da Península Ibérica: Sazonalidade da precipitação

Média da precipitação total (1971-2000)

Dezembro/Inverno: período chuvoso Julho/Verão: período seco

> 300 mm

< 20 mm

< 5 mm

< 70 mm

< 50 mm

A elevada variação da pluviosidade cria a necessidade de armazenamento

sazonal de água.


Clima em Portugal: variabilidade da precipitação no inverno

É notória a enorme variação da precipitação no inverno em Portugal.

Temperatura e precipitação no inverno em Portugal (período 1931/2 -2015/6)

2012

2013

2014

2015

Boletim Climatológico Sazonal

Inverno 2015/16

http://www.ipma.pt/opencms/pt/index.html


O Clima

O parque produtor

A produção





Conclusões


O parque produtor


Os centros eletroprodutores da EDP Produção (convencional) estão implantados em 91 localidades de Portugal

Potência hidroelétrica em mercado: 5 397 MW

Potência termoelétrica em mercado: 3 219 MW

Potência hidroelétrica com remuneração garantida: 164 MW

Potência termoelétrica com remuneração garantida: 88 MW


Os aproveitamentos hidroelétricos em Mercado no final de 2015

Touvedo

Alto Lindoso

Vilarinho das Furnas

Alto Rabagão

Vila Nova

Caniçada

Salamonde I

Frades

Lindoso Caldeirão

Aguieira

Raiva

Cabril

Bouçã

Castelo do Bode

Pracana

Fratel

Desterro

Ponte Jugais

Sabugueiro I

Vila Cova

Santa Luzia

Belver

Alqueva

Cávado-Lima Tejo-Mondego

9 centrais 1 329 MW 2 554 GWh1)


1) Produtibilidade média anual, líquida de bombagem

Total de: 41 centrais 5 397 MW 11 148 GWh1)

Existiam 41 centrais hidroelétricas em mercado,

com uma potência instalada de cerca de 5 397

MW e uma produção anual em regime

hidrológico médio de cerca de 11,1 TWh.

Destas, cerca de 1 288 MW são reversíveis: Alto

Rabagão, V. Nova II (Frades), V. Furnas (grupo II),

Torrão, Aguieira, Alqueva e Alqueva II. Torrão Crestuma/Lever

Carrapatelo

Régua

Valeira

Pocinho

Bemposta

Picote

Miranda

Tabuaço

Varosa

Douro


Picote II

Bemposta II Alqueva II

Miranda II

Feiticeiro

Ribeiradio


Pequenas Centrais Hidroelétricas com potência <10 MW (PRE)

Palhal

Ribafeita

Sabugueiro II

Aregos

France

Labruja

Penide

Ermal

Ponte da Esperança

Guilhofrei

Senhora do Porto

Caniços

Cefra

Freigil

Rei de Moinhos

Ermida

Riba Côa

Figueiral

Velada

Bruceira

Póvoa

Pedrógão

Nunes

Torga

Rebordelo

Bouçoais-Sonim

Terragido

Sordo

Ovadas

Fagilde

Penacova

Nave

Pedra Figueira

Alforfa

Estrela

Lagoa Comprida

Pisões

Pateiro

Hídricas

Drizes

40 centrais 164 MW

510 GWh

Pequenas Hídricas

1)

1) Produtibilidade média anual

Ermida (Vouga)


As maiores áreas das bacias hidrográficas dos principais rios portugueses

estão em Espanha

Douro

Tejo

Guadiana

Guadalquivir

Ebro

Segura

Júcar

Minho

Lima Cávado

Ave

Vouga

Mondego

Área (km2) Total Portugal Espanha PT ES

Douro 97603 18643 78960 19% 81%

Tejo 80629 24800 55829 31% 69%

Guadiana 66800 11580 55220 17% 83%

Lima 2496 1177 1320 47% 53%

Cávado 1613 1613 -- 100% --

Mondego 6645 6645 -- 100% --

As afluências hídricas dependem muito das precipitações na Meseta ibérica. Esta facto afeta decisivamente a hidroeletricidade portuguesa. Quando a precipitação é escassa, a produção hidroelétrica é reduzida. Tal deve-se também à baixa capacidade de armazenamento nas albufeiras.


As maiores albufeiras da bacia do Douro estão em Espanha

Portugal

hm3

2 413

Almendra

1 078

Ricobayo

62

Douro Espanhol

94

Douro Internacional

630

Baixo Sabor

66

Foz Tua

75

Douro Português

Albufeira País Rio Volume

útil Tipo

Almendra Espanha Tormes 2413 Inter-anual

Ricobayo Espanha Esla 1078 Anual

Baixo Sabor Portugal Sabor 630 Anual

Foz Tua Portugal Tua 66 Anual

Torrão Portugal Tâmega 40 Anual

As albufeiras em Espanha introduzem uma regularização no Douro português,

mitigando os períodos de estio e as secas.

Espanha

Torrão

40

Bacia do rio Douro

Volume útil máximo das albufeiras do Douro


Portugal tem umas das maiores variações anuais da hidroeletricidade na Europa

Em Portugal a produção hidroelétrica

tem uma elevada variação anual

Na Noruega a variabilidade

hidroelétrica é menor do que em Portugal

Fonte dos dados: Norwegian Water Resources and Energy Directorate (NVE)

Para compensar a variação da produção hidroelétrica, o sistema produtor necessita de ter centrais térmicas de backup para funcionarem nos anos hidrológicos secos.

Inicialmente, o backup térmico era garantido por centrais a fuelóleo, no entanto, atualmente as centrais a gás natural desempenham essa função, bem como as importações.


0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

cu. m Monthly water inflows at Pocinho (1961-2005 serie)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

cu. m Monthly water inflows at Crestuma (1961-2005 serie)

O rio Douro tem um comportamento único

Caraterísticas hidrológicas do rio Douro: • Devido à concentração das chuvas em poucos meses do ano e ao reduzido efeito de derretimento de neves na

bacia, no verão os valores das afluências são sempre pequenos. • As cheias no Douro atingem um dos maiores níveis na Europa, apenas excedidas nos rios Dniepr e Volga que

têm bacias incomparavelmente maiores.

Crestuma: última central –

próxima da foz do Douro

Pocinho: 1.ª central no

Douro Português

As afluências vindas de Espanha já contêm uma

certa regularização devida aos

armazenamentos espanhóis. Os rios

afluentes introduzem mais variabilidade.

Elevada irregularidade e incerteza nas afluências do Douro e na previsão

de cheias.

Rio Local Área bacia

(km2)

Máxima cheia

Data Caudal

(m3/s) Douro Régua 90 800 05-12-1739 18 000 Tejo Ródão 59 170 03-12-1876 12 000 Ródano Beaucaire 95 500 31-05-1856 11 000 Loire Monjean 109 000 01-12-1910 6 500 Danúbio Stein-Krems 96 000 17-09-1899 11 200 Dniepr Locmanskaia-

Kamenka 458 000 -05-1931 25 100

Volga Volgograd 1 354 270 -06-1926 48 450

1

2


O Clima

O parque produtor

A produção





Conclusões


A produção


O peso da hidroeletricidade é significativo em Portugal e Espanha

An

o s

ec

o -

2015

An

o h

úm

ido

- 2

014

Hídrica 33%

Carvão 23%

Gás natural

3%

Eólica 24%

Solar 1%

Térmicas PRE 16%

PT - Produçao

49,0 TW h

Hídrica 17%

Carvão 16%

Nuclear 22%

Gás natural

8%

Eólica 20%

Solar 5%

Térmicas PRE 12%

ES - Produção

253,6 TW h

Hídrica 19%

Carvão 17%

Nuclear 18%

Gás natural

8%

Eólica 21%

Solar 4%

Térmicas PRE 13%

PT+SP - Produção

302,6 TW h

Hídrica 20%

Carvão 28%

Gás natural

11%

Eólica 23%

Solar 2%

Térmicas PRE 16%

PT - Produção

48,2 TW h

Hídrica 12%

Carvão 20%

Nuclear 22%

Gás natural

10%

Eólica 19%

Solar 5%

Térmicas PRE 12%

ES - Produção

254,0 TW h

Hídrica 13%

Carvão 21%

Nuclear 18%

Gás natural

10%

Eólica 20%

Solar 5%

Térmicas PRE 13%

PT+SP - Produção

302,2 GW h

De 2014 para 2015 a produção hidroelétrica teve uma redução de 17,5 TW h (31%).


Condições hidrológicas extremas aumentam os custos do sistema

electroprodutor

Ano hidrológico húmido

Ano hidrológico seco

Consequências: • Perdas de energia devidas ao controlo de cheias; • Perdas de energia devidas a elevados regolfos; • Queda dos preços de mercado (habitualmente preços zero no mercado grossista); • Mais problemas de manutenção; • Eventuais prejuízos a jusante.

Consequências: • Aumento das importações para substituir a produção hidroelétrica reduzida; • Aumento das importações de combustíveis (carvão e gás natural); • Perda de potência devido a menores quedas; • Menores receitas para as empresas detentoras de hidroelétricas; • Eletricidade mais cara para os consumidores; • Provoca défices tarifários e desvios na previsão de custos; • Efeito negativo na balança de pagamentos nacional.

Exemplo de um ano seco no sistema electroprodutor português: Em 2012, o custo adicional das importações de energia eletricidade e combustíveis) poderá ter sido de cerca de 300 M€.


O Clima

O parque produtor

A produção





Conclusões




Espanha Portugal

A produção hidroelétrica tem um evidente comportamento sazonal

No verão a produção hidroelétrica é menor ainda que parte resulte do

desarmenazamento das albufeiras.

A maior variabilidade da produção hidroelétrica verifica-se no inverno.

O armazenamento de água nas albufeiras não é suficiente para compensar a

variação sazonal das afluências.


A irregularidade das afluências às bacias aumenta à medida que se avança de norte para sul (série hidrológica 1956 a 2013)

+ Ir

regu

lari

dad

e an

ual

-

As afluências às bacias hidrográficas são coerentes com a classificação climática.


A abordagem probabilística à série de afluências anuais evidencia uma função não simétrica

Visto que a mediana é inferior à média, a distribuição não é

simétrica. Assim, é de esperar

que os anos secos sejam

mais frequentes do que os anos húmidos.

Centro Mínimo Máximo Média Mín/Média

Alto Lindoso 519 2 646 1 348 39%

Caniçada 716 3 205 1 506 48%

Miranda 693 16 761 7 137 10%

Crestuma 3 418 37 421 16 171 21%

Aguieira 88 3 723 1 422 6%

Alqueva 163 9 815 2 206 7%

Série hidrológica: 1956 - 2013

Distribuição probabilística:

lognormal

S

ul

No

rte

Menor que (hm3)

Frequência das afluências


A comparação do comportamento das afluências anuais com centros em outras geografias evidencia a acentuada assimetria

Série de 1956 a 2013 Série de 1952 a 2009

Brasil Moçambique

As curvas das hidroelétricas portuguesas são mais assimétricas do que as das

centrais brasileiras.

Less than (millions cu m)


O Clima

O parque produtor

A produção





Conclusões




A Hidroeletricidade tem Importância Estratégica

Contribuição na Economia Portuguesa Criação de emprego direto

e indireto 5 000

Redução do défice

Capacidade de Armazenamento

i.e, duplica capacidade portuguesa no Douro,

com mais 630 Mm³

Controlo de cheias e

combate aos incêndios

Reserva de

Emergência

Redução das

emissões de CO2

Contributo para o crescimento

da Energia Eólica

Baixo Sabor


OPTIMIZAÇÃO DO SISTEMA PRODUTOR

Grande flexibilidade de exploração;

Reserva rápida do sistema;

Fornecimento de serviços de sistema;

Níveis de disponibilidade e fiabilidade muito elevados;

Reserva importante para permitir a penetração de fontes de energia renovável intermitentes, nomeadamente a eólica;

Maior equilíbrio no diagrama de cargas devido à possibilidade de bombagem.

MENOR DEPENDÊNCIA ENERGÉTICA Redução da dependência energética e carbónica face ao exterior;

Diminuição da dependência da volatilidade dos mercados e da eventual instabilidade em alguns países fornecedores.

OUTRAS FINALIDADES Reserva estratégica de água permitindo garantir o abastecimento de água

para consumo humano e agrícola;

Regularização de caudais e controlo de cheias;

Contribuição para o cumprimento da Diretiva 2001/77/CE (Renováveis);

Contribuição para a redução de emissões atmosféricas e para o cumprimento das metas da União Europeia.

Os Aproveitamentos Hidroelétricos têm valências diversificadas


Usos múltiplos dos aproveitamentos hidroelétricos da EDP

Aproveitamentos Alguns exemplos

Castelo do Bode Abastecimento de água à Grande Lisboa Utilização turística.

Crestuma/Lever Abastecimento de água ao Grande Porto.

Aproveitamentos do Cávado Regularização necessária para o abastecimento de água à região de Braga.

Aproveitamentos do curso principal do rio Douro

Cerca de 210 km de via navegável, do Porto até Barca de Alva (fronteira com Espanha).

Aguieira

Controlo de cheias do rio Mondego (Coimbra e Baixo Mondego);

Abastecimento de água para consumo humano;

Regadio;

Turismo e lazer.

Sistema do Ave Controlo fluvial.

Caniçada Utilização turística.

Destes exemplos, apenas a Aguieira foi especificamente instituída com o estatuto de “fins múltiplos”, tendo o Estado comparticipado diretamente no investimento

Aguieira

Castelo de Bode

Crestuma

Aproveitamentos do Cávado

Aproveitamentos do troço principal do rio Douro


O potencial hidroelétrico em energia aproveitado em Portugal, é ainda reduzido em comparação com os países europeus

20

99% 97% 86% 86%

78% 72% 72% 67% 65% 58% 42%

65%

Suiça França Alemanha Itália Espanha Suécia Austria Noruega Finlândia Portugal Grécia

35 72 54 41 90 54 187 20 201) 12

Potencial Teórico (TWh/ano) Potencial Aproveitado

1) Considerando restrições ambientais pode reduzir-se para 18 TWh (58% 65%)

Apesar de o aproveitamento deste potencial já ter sido iniciado há muito tempo, Portugal tem uma

exploração reduzida de um dos poucos recursos endógenos para produção de eletricidade.


O Clima

O parque produtor

A produção





Conclusões




As energias Eólica e, mais recentemente, o Solar Fotovoltaico aumentaram significativamente entre 2000 e 2013

A potência eólica instalada na Europa atingiu a 117 GW em 2013, dos quais 4,7 GW em Portugal e 23 GW em Espanha.

Para além da elevada capacidade instalada, a participação no consumo total tem vindo a aumentar nos últimos anos.

A energia solar fotovoltaica na Europa atingiu cerca de 85 GW em 2013, dos quais 282 MW em Portugal e 4,4 GW em Espanha.

Fonte: EWEA - Wind in power: 2013 European Statistics - February 2014

9 X

Fonte: EnBW

Evolução da Potência Eólica Instalada UE, 2000-2013 (GW)

1 020 X

Evolução da Potência PV Instalada UE, 2001-2013 (MW)

Participação da energia eólica no Consumo em 2010 - UE

2013 24% PT 21% ES


Em 2013, dos 35 GW de nova capacidade instalada na UE 11,2 GW corresponderam a energia eólica e 11 GW a Solar Fotovoltaico

Percentagem de nova Capacidade Instalada na UE em 2013 [MW/%]

Mix Potência Instalada na UE - 2000 e 2013 [MW/%]

Fonte: EWEA - Wind in power: 2013 European Statistics - February 2014

63% da capacidade total instalada na UE, durante 2013, foi conseguido através de energia eólica e solar.

A quota de potência instalada de energia eólica aumentou cinco vezes desde 2000; de 2,4% em 2000 para 13% em 2013.

Durante o mesmo período, a capacidade renovável aumentou em 61% de 24,5% da potência total instalada em 2000 para 39,6% em 2013.

2000 2013


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 6 12 18

14-04-2012

1 8 16 24 Hora

MW 19-10-2012 24-11-2012

D 3 226 MW

FON

TE: R

EN

1 8 16 24 1 8 16 24 Hora Hora

Max. – 3 434 MW Min. – 3 074 MW Produção – 79.4 GWh

Max. – 147 MW Min. – 32 MW Produção – 2.1 GWh

Max. – 3 433 MW Min. – 207 MW Produção – 41.3 GWh

65% Consumo

diário

2% Consumo

diário

32% Consumo

diário

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0 Historical Wind Generation Patterns [2007 - 2013]

Poly. (2007) Poly. (2008) Poly. (2009)

Poly. (2010) Poly. (2011) Poly. (2013)

0

50 000

100 000

150 000

200 000

250 000

300 000

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

Daily average Wind Generation 2007-2013

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

MWhPadrões Históricos de Produção de Eólica [2007-2013] Média Diária de Produção Eólica [2007-2013]

A Volatilidade e imprevisibilidade do vento assumem um papel importante no Sistema de Elétrico Português


Existe uma complementaridade Hídrica/Eólica via mercado

De noite bomba aproveitando o excesso de energia eólica armazenando energia

Jusante

Complementaridade Hídrica/Eólica

De dia turbina produzindo energia nos períodos mais adequados Montante

As centrais hidroelétricas asseguram o armazenamento da energia eólica bombando nas horas noturnas, onde existe mais recurso eólico do que consumo, e produzindo energia durante o dia através do turbinamento, nas horas

de maior consumo de eletricidade


O Clima

O parque produtor

A produção





Conclusões




Nos novos projetos hidroelétricos avaliaram-se os impactos nas águas subterrâneas

Albufeira de Venda Nova

(NPA 690,80)

Tomada de água

Chaminé de Equilíbrio

Superior – 2 poços com

mais de 300m de altura

Venda Nova III - central

restituição

Chaminé de Equilíbrio Inferior

Albufeira de Salamonde

(NPA 270,36)

Venda Nova III – esquema geral

Venda Nova III: • grandes volumes de escavação subterrânea; • túneis de grandes dimensões (12 m de diâmetro) numa extensão de cerca de 5 km; • risco de rebaixamento dos níveis de água subterrânea durante as escavações.


No reforço de potência de Venda Nova foi implementada uma monotorização das águas subterrâneas

• Monitorização de 270 pontos de água (PA) – poços, nascentes e furos.

• Leituras quadrianuais que se prolongarão por 2 anos após entrada em serviço.

• Envolvidos os proprietários.


O Clima

O parque produtor

A produção





Conclusões


Conclusões


Conclusões

A precipitação em Portugal tem um comportamento sazonal vincado

A produção hidroelétrica está associada à variabilidade da precipitação

Portugal tem umas das maiores variações anuais da hidroeletricidade na Europa

A irregularidade das afluências às bacias aumenta à medida que se avança de norte para sul

As maiores áreas das bacias hidrográficas dos principais rios portugueses estão em Espanha bem como o armazenamento

O peso da hidroeletricidade é significativo em Portugal e Espanha

Os aproveitamentos hidroelétricos têm inúmeras valências de interesse público

A produção hidroelétrica complementa a produção eólica

Nos novos projetos da EDP levou-se em conta a proteção das águas subterrâneas


A exploração sustentável na hidroeletricidade

a exploração sustentável na hidroeletricidade · potência termoelétrica em mercado: 3 219 mw...

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