Energia Hidráulica
Uma barragem ou melhor, um reservatório de água, além de acumular água para desenvolver os recursos da terra e portanto de sobrevivência, pode servir também para amenizar eventos hidrológicos extremos e bem aproveitada, a energia potencial do fluido pode ser transformada em energia elétrica. Pode ser que isto afete o equilíbrio ambiental localmente ou dependendo de suas dimensões, pode afetar uma grande região. Teremos sempre impactos com as atividades humanas, mas teremos benefícios e esta é a grande lição que as hidrelétricas podem oferecer.
A potência instalada atualmente no Brasil é de 92,2 GW e contamos ainda com um potencial explorável da ordem de 260 GW (SIPOT). O país possui o maior acervo mundial de usinas de todos os tipos e de variadas potências, instaladas em seu território continental, inclusive a 2.a e a 4.a maiores usinas do planeta: Itaipu/PR, com 14 GW (20 turbinas) e Tucuruí/PA, com 8,37 GW (23 turbinas). Belo Monte terá 11,23 GW (20 turbinas, a 1.a geradora começou em 2015) e teremos 3 das 4 maiores usinas do mundo. Até 2020 serão mais 20 GW de empreendimentos hidrelétricos adicionados ao sistema interligado (SIN).
O Brasil gerou 407,3 TWh em 2014 sendo que Itaipu sozinha gerou 89,2 TWh, superior em 2,5% que a UHE Três Gargantas (China), a maior do mundo. A energia hidráulica foi responsável pelo atendimento de 17% da demanda energética mundial com um montante de 4.050 TWh.
Vertedouro de Itaipu (Crédito: O Autor)
Área Inundada x Energia Gerada
Uma das maiores críticas contra as usinas hidrelétricas é que ocupam uma grande área com o reservatório, e que emitem CO2 por conta do material orgânico submerso. Para atender esta necessidade, as usinas estão diminuindo essas áreas ao ponto de se tornarem “à fio d`água”, ou seja sem reservatórios.
Isto depende muito do relevo onde estão instaladas: em terrenos planos a área ocupada será maior e uma menor produção de energia por Km2, como as usinas do norte do Brasil (UHE Tucuruí tem 3.513,29 km2 e Itaipu 1.350 km2). Uma relação aceitável e favorável está em torno de 9 MW/Km2 (Itaipu) e Tucuruí possui apenas 3,3 MW/Km2, a usina de Balbina tem somente 0,1 MW/Km2.
A usina solar fotovoltaica modelo (Waldpolenz/Alemanha) possui um produtividade média de 18,2 GWh/ano/Km2 ocupado e a Usina de Belo Monte terá 77,6 GWh/ano/Km2 de área ocupada. Vantagem para as hidrelétricas. A EPE divulgou que a área alagada do bioma da Amazônia corresponderá a 0,16% de sua área, o equivalente a um ano de desmatamento (10.500 Km2).
Projeto de uma usina hidrelétrica
Cada projeto de aproveitamento hidráulico é um desafio de engenharia, não há padronização, mesmo soluções semelhantes demandam condições ambientais diferentes, assim como diferentes arranjos da usina propriamente dita, do reservatório, da subestação elétrica elevadora e de manobra e rede elétrica associada. Os principais parâmetros são a queda bruta da usina e as vazões extremas de projeto do vertedouro, dando atenção especial ao dimensionamento do reservatório e suas características geológicas.
A usina transforma a energia potencial do fluido em energia elétrica quando a turbina se movimenta pela força da passagem da água e faz girar um gerador elétrico acoplado em seu próprio eixo. A potência gerada é proporcional à vazão e à altura do aproveitamento, tecnicamente: P = 8,6 Q . H (KW). Como o Brasil possui uma das mais amplas, densas, diversificadas e extensas redes fluviais do mundo, este inventário colocam o país entre os mais promissores geradores da atualidade.
Unidade Geradora de Itaipu – Visita técnica da CEMIG (Crédito: O Autor)
O planejamento brasileiro prioriza a modicidade tarifaria e portanto os projetos são ranqueados pelo menor custo (R$/MWh) em leilões de energia reverso, onde é apresentado um preço teto do aproveitamento e ganha que apresenta o maior deságio. A Usina de Belo Monte terá o preço de energia igual a R$ 77,97 por MWh para um preço teto de R$ 83,00/MWh.
A qualidade dos projetos , normatizados pela ANEEL e Eletrobrás, garantem que os levantamentos, estudos de viabilidade, ambientais e o projeto executivo sejam realizados de forma profundamente refinada e os custos até chegar na licença de operação vem inviabilizando as PCH`s e o setor luta pela simplificação e barateamento dos processos.
Pequeno histórico brasileiro
A primeira usina brasileira foi construída em Diamantina/MG (1883) com dois geradores de 8 HP cada. UHE Marmelos Zero abastecia a cidade de Juiz de Fora em 1889 com dois geradores de 126 kW cada um. E em 1905, a cidade do Rio de Janeiro, através da Light, realizou vários aproveitamentos hidráulicos regionais com grandes usinas de 12 MW, era a cidade luz, à exemplo de Paris. Em 1950 o país atinge a capacidade instalada de 1.900 MW. Em 2010 este montante cresceu abruptamente para 78.658 MW.
Tipos de Usinas hidrelétricas
As usinas podem ser classificadas em função do tipo de operação (de regularização ou a fio d`água em função do seu reservatório), em função do tipo de utilização (na base ou para atendimento à ponta do sistema), em função da queda (baixa, média-alta, muito alta utilizando diferentes tipos de turbinas hidráulicas).
Assim, cada usina irá possuir um arranjo característico, onde cada elemento (barragem, circuito hidráulico de adução, geração e casa de força e vertedouro) apresenta uma configuração própria, às vezes compactos, na maioria complexos.
Estudos hidrológicos e energéticos
Como vimos, a potência é diretamente proporcional ao produto da vazão média pela queda média líquida e esses parâmetros juntamente com a curva-chave do canal de fuga da usina e as informações cartográficas são os principais dados de entrada do projeto (Pereira, 2015). Os estudos hidrológicos portanto, irão identificar o aproveitamento ótimo da bacia no ponto do aproveitamento e essas medições são fundamentais. Diversas usinas tiveram seus reservatórios assoreados pela quantidade de sedimentos, chuvas intensas e declividades da bacia. Já o estudo energético irá dimensionar em termos probabilísticos a energia gerada pela usina.
Um aumento da potência instalada em uma usina pode proporcionar ganhos de energia firme (mínimo produzido nos períodos críticos), na energia secundária (nos períodos hidrologicamente favoráveis) permitindo um ganho global na energia garantida (permanência de 95% em operação integrada ao sistema para todo o histórico de vazões naturais).
Os geradores de energia das hidrelétricas
As máquinas elétricas envolvidas na geração de energia são os geradores síncronos (maiores potências) e assíncronos (aplicados em PCH`s). O estator (parte fixa) é composto uma carcaça cilíndrica com enrolamentos trifásicos que é fortemente ancorada na estrutura da casa de força e o rotor (parte móvel) cujo eixo é acoplado ao eixo da turbina hidráulica e excitado externamente por corrente contínua para criar um campo magnético girante que induzirão uma corrente alternada nos enrolamentos do estator. O número de polos do rotor dependerá da velocidade da turbina: para baixa queda, as rotações são menores e o rotor precisará de um número maior de polos e nas grandes quedas as rotações serão maiores e os rotores terão um número de polos menor. Como exemplo, os rotores dos geradores da UHE de Itaipu possuem 78 polos (para 60 Hz), UHE Igarapava – 60 polos, UHE Três Marias – 44 polos e os geradores de alta velocidade como os movidos a diesel ou a gás possuem 4, 6 ou 8 polos. As PCH`s podem ter rotores de 6 a 40 polos (VOITH).
O futuro das hidrelétricas no Brasil
Atualmente as hidrelétricas produzem quase 70% da eletricidade no Brasil. Para 2024, a projeção do governo federal é que a contribuição das hidrelétricas diminua para 56%. Já a energia eólica e a solar devem crescer para 14,9%. Juntas, podem ultrapassar o que é produzido pelas térmicas. Mesmo investindo em fontes de energia alternativa, o governo não abre mão de aproveitar o potencial hidrelétrico do Brasil. Até 2024, o governo quer ter 22 novas hidrelétricas,12 na Amazônia. Uma delas é Belo Monte (Globo.com).
O coordenador do Gesel/UFRJ, professor Nivalde J. de Castro, concorda que não dá para abrir mão das hidrelétricas:“Diversificando a matriz, mas sempre priorizando as usinas hidrelétricas, porque elas são mais baratas, muito mais limpas, mais sustentáveis, porque duram 50, 60, 70, 80 anos, enquanto um parque eólico não dura 30, então, quando eu construo uma hidrelétrica, eu sei que ela vai gerar energia para milhões de pessoas, como é o caso de Belo Monte, durante décadas, talvez século”, diz.
Referências
- SIPOT – Sistema de Informações do Potencial Hidrelétrico Brasileiro desenvolvido pela Eletrobrás.
- Itaipu Binacional, em: www.itaipu.gov.br;
- UHE Tucuruí – Eletronorte, em: www.eln.gov.br;
- EPE – Empresa de Planejamento Energético, em: www.epe.gov.br;
- Pereira, Geraldo Magela – Projeto de usinas hidrelétricas. Oficina de Textos, SP, 2015.
Unidades
– MW (Mega Watts) = 106 Watts
– GW (Giga Watt) = 109 Watts
– TWh (Tera Watts hora) = 1012 Watts.hora
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