Author(s): Silva, José João Prata Oliveira Laranjeira da
Date: 2011
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/7577
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Sistemas energéticos sustentáveis; Sistemas de abastecimento de água; Turbinas hidráulicas; Produção de energia eléctrica
Especialmente na Europa, as temáticas das energias renováveis e da eficiência energética representam cada vez mais um papel fundamental no âmbito do desenvolvimento sustentável. De forma a atingir sustentabilidade energética, a procura da máxima eficiência deverá ser aplicada em todo o tipo de sistemas de energia. Em sistemas de abastecimento de água, o uso de válvulas redutoras de pressão (consideradas estruturas dissipadoras) visa a uniformização e controlo de pressões, promovendo uma perda de carga localizada. As válvulas redutoras de pressão (VRP), que dissipam a energia hidráulica presente através da redução dos valores de pressão a jusante, são fundamentais no controlo e redução de pressão. Porém, o seu uso reflecte-se em energia dissipada e perdida. A utilização de microturbinas é uma alternativa sustentável para o controle de pressão e, simultaneamente, para a produção de energia eléctrica. Trata-se de um método de mitigação para controlar as perdas referidas convergindo no âmbito da eficiência energética. Na perspectiva de promover um aproveitamento de energia nas redes de abastecimento de água, o presente trabalho sugere a substituição das válvulas redutoras de pressão (VRP) por microturbinas, nomeadamente do tipo Kaplan. Desse modo, apresenta-se um método automático de selecção e projecto de microturbinas para sistemas de abastecimento de água. Este método, válido para projectos em cidades presentes e novas, recorre a uma estimativa dos caudais de água ao longo do dia, semana, mês e ano. A metodologia desenvolvida permite projectar turbinas do tipo Kaplan e Crossflow e apresenta a produção energética anual, investimento necessário, tempo de retorno e a rentabilização ao final de um período de 25 anos. Apresentam-se alguns casos de estudo que validam a ferramenta desenvolvida. No caso de estudo para uma altura de queda útil de 30 metros e caudal de dimensionamento de 0.146 m3.s-1, o resultado da instalação de uma microtubina Kaplan de 38 kW ao final de 25 anos é de 372 mil euros de receitas associadas à produção energética anual de 216 MWh e onde o tempo de retorno do investimento é de 5 anos. A metodologia desenvolvida é comparada com um caso de estudo real. Para as mesmas condições de caudal dimensionado, 0.200 m3.s-1, e altura de queda útil 55 metros, a turbina Kaplan projectada apresenta 590 MWh anuais de energia produzida contra os 530 MWh da turbina Crossflow instalada.
Especially in Europe, renewable energy and energy efficiency represent an important role in sustainable development. In order to obtain energy sustainability, energy efficiency should be maximized and applied to all types of power systems. In water supply systems, the use of pressure reducing valves (considered as dissipative structures) standardize and control pressures, promoting localized head losses. Pressure reducing valves (PRV) dissipate the hydraulic energy by reducing the present values of downstream pressure. However, the use of pressure reducing valves reflects in dissipated energy and losses. The use of microturbines is a sustainable alternative to control the pressure and, simultaneously, to produce electricity. This mitigation method can control the losses referred and converge within energy efficiency. In order to promote the recovery of energy in water supply networks, this work suggests replacing the pressure reducing valves (VRP) by microturbines, namely the Kaplan turbines. Thus, it presents an automatic selection method and design of microturbine systems for water supply. This method, valid for projects in existing and new cities, uses the estimated flow of water throughout the day, week, month and year. The methodology developed allows design and Kaplan and Crossflow turbines. It presents the annual energy production, investment needed, payback time and profitability at the end of a period of 25 years. Case studies are presented that validate the developed tool. In the case study for a height drop of 30 meters and flow of 0.146 m3.s-1, the result of installing Kaplan microtubine with 38 kW is 372 000 euros associated with annual energy production of 216 MWh in the end of 25 years. The payback period of investment is 5 years. The methodology is compared to a real case study. For the same flow conditions, 0.200 m3.s-1, and height drop of 55 meters, the Kaplan turbine projected produces 590 MWh of annually energy in comparation with the 530 MWh produced by the installed Crossflow turbine.
