Energia Hidrelétrica: Uma Análise Detalhada da Geração e Impactos, Resumos de Termodinâmica

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FACULDADE DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA - ÁREA

Emerson Nascimento de Jesus

Ciclo de Rankine

Salvador-BA

Emerson Nascimento de Jesus

Energia Hidrelétrica

Trabalho apresentado ao Professor Marcos Bruno da disciplina Geração de Energia Termica apresentado à Área1 no curso de Engenharia de Elétrica.

LISTA DE TABELAS Página Tabela 01 – Balanço de potências geralmente utilizadas 07 Tabela 02 – Preço médio da geração de energia elétrica, por fonte 11

SUMÁRIO

• 1 INTRODUÇÃO Página
• 2 FUNCIONAMENTO DE UMA HIDRELÉTRICA
• 3 PEQUENAS CENTRAIS HIDRELÉTRICAS (PCH´S)
• 3.1 Recurso Hidráulico
• 3.2 Transporte de Energia
• 3.3 Destino da Energia
• 4 EQUIPAMENTOS HIDROMECÂNICOS
• 4.1 Queda > 150 m (Instalação de Alta Queda)
• 4.2 15 m < Queda <150 m (Instalação de Queda Média)
• 4.3 Queda < 15 m (Instalação De Baixa Queda)
• 5 EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
• 5.1 PCH’S Interligadas à Rede Elétrica
• 5.2 PCH Ligada a Sistemas Isolados
• 6 FATORES ECONÔMICOS
• 7 A PROIBIÇÃO DAS PCH’S
• 8 VANTAGENS E DESVANTAGENS
• 9 CONCLUSÃO
• 10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

aumento de outras fontes, devido a restrições socioeconômicas e ambientais de projetos hidrelétricos e aos avanços tecnológicos no aproveitamento de fontes não- convencionais, tudo indica que a energia hidráulica continuará sendo, por muitos anos, a principal fonte geradora de energia elétrica do Brasil. Embora os maiores potenciais remanescentes estejam localizados em regiões com fortes restrições ambientais e distantes dos principais centros consumidores, estima-se que, nos próximos anos, pelo menos 50% da necessidade de expansão da capacidade de geração seja de origem hídrica. As políticas de estímulo à geração descentralizada de energia elétrica promovem uma crescente participação de fontes alternativas na matriz energética nacional, e nesse contexto, as pequenas centrais hidrelétricas terão certamente um papel importante a desempenhar.

2. FUNCIONAMENTO DE UMA HIDRELÉTRICA

As usinas hidrelétricas (ou hidroelétricas) são sistemas que transformam a energia contida na correnteza dos rios, em energia cinética que irá movimentar uma turbina e, esta um gerador que, por fim, irá gerar energia elétrica. Figura 1- Esquema de uma usina Hidrelétrica

A construção da usinas hidrelétricas se dá sempre em locais onde podem ser aproveitados os desníveis naturais dos cursos dos rios e deve-se ter uma vazão mínima para garantir a produtividade. De acordo com o potencial de geração de energia podemos classificar as hidrelétricas em: PCH’s, ou Pequenas Centrais Hidrelétricas, que operam em uma faixa de geração de 1 a 30 MW e com um reservatório de área inferior a 3km²; e GCH’s, ou Grandes Centrais Hidrelétricas, que operam com potências acima de 30MW. A maior hidrelétrica do mundo é a Itaipu Binacional com capacidade de geração de 12.600 MW.As hidrelétricas podem receber classificações ainda, de acordo com o tipo de queda ou o tipo de reservatório, mas o princípio de funcionamento é o mesmo: a água, armazenada em um reservatório (represa),passa pela turbina fazendo-a girar. A turbina por sua vez, está acoplada a um gerador que transforma a energia da turbina em energia elétrica.Os principais componentes das usinas hidrelétricas, também são quase sempre os mesmos: a barreira, ou represa, onde fica armazenada a água que irá gerar a energia e é, na maioria das vezes, aproveitado para atividades de lazer pela população, assim como, é também o maior responsável pelo impacto ambiental de uma usina; o canal, por onde a água passa assim que a porta (ou comporta) de controle é aberta enviando água para o duto que a levará às turbinas; turbinas, geralmente do tipo “Francis” (com várias lâminas curvas em um disco que ao serem atingidas pela água, giram em torno de um eixo) e que fazem cerca de 90 rpm (rotações por minuto); geradores, eles possuem uma série de ímãs que produzem corrente elétrica; um transformador elevador, que aumenta a tensão da corrente elétrica até um nível adequado à sua condução até os centros de consumo; fluxo de saída, (ou tubo de sucção) que conduz a água da turbina até a jusante do rio; e as linhas de transmissão, que distribuem a energia gerada. Figura 2- Usina hidrelétrica binacional Itaipu

Disponibilidade : efeitos da barragem a montante e a jusante, considerando aspectos associados à irrigação e à navegação; Regularidade e flutuação : variações periódicas ou sazonais da vazão do rio, hidrologia, climatologia, estiagem regime de enchentes anuais, etc.; Comportamento em casos excepcionais : grandes enchentes, amplitude de sismo, etc.

3.2 Transporte de Energia

Para o projeto de uma pequena central hidrelétrica, o custo do transporte da energia deve ser considerado. A localização do ponto de geração deve encontrar- se, portanto, na medida do possível, perto do ponto de consumo potencial ou de uma linha de transmissão existente, a fim de reduzir os custos. A possibilidade de interligações, mesmo com uma rede de pequeno porte, deve ser estudada, porque permite a utilização de geradores assíncronos, que são menos onerosos e mais robustos. Um estudo prévio deve, portanto, levar em conta: Necessidades a serem atendidas; Situação energética do local; Conexões disponíveis e as obras existentes; Evoluções previsíveis do consumo de energia; Casos-limites de utilização. Na Tabela 2, é apresentada uma estimativa dos preços médios de energia do primeiro semestre de 2009, feita a partir dos preços efetivamente pagos aos investidores,exceto nos casos da fotovoltaica, cujo preço foi estimado pelo CEPEL, e da nuclear, estimado pela Eletronuclear, em função da tecnologia e do combustível.

Tabela 2 - Preço médio da geração de energia elétrica, por fonte

3.3 Destino da Energia

A utilização prevista para a instalação, em termos de consumo, constitui um elemento determinante na escolha desta instalação e do investimento correspondente. Nesse contexto, uma pequena central pode: Atender as necessidades de uma condição existente: cidade ou grupo de aldeias e povoados. Servir, em locais pré-determinados, de pólo de desenvolvimento da demanda: Pequenas fábricas.

4. EQUIPAMENTOS HIDROMECÂNICOS

Os dados hidráulicos (queda e caudal) combinados determinam a potência total a ser gerada. A queda permite especialmente a escolha de um tipo de turbina e de instalação. FONTE PREÇO (R$/MWh) Usina Hidroelétrica de Grande Porte

Usina Hidroelétrica de Médio Porte

Usina Termonuclear 150, Usina Térmica a Gás Natural 210, Usina Eólica 270, Usina Térmica a Carvão 277, Usina Térmica a Óleo Combustível

Usina Térmica a Óleo Diesel 772, Usina Solar Fotovoltaica 1.827,

5. EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS

A parte das pequenas centrais elétricas pode-se dividir em duas grandes categorias, conforme a natureza do funcionamento: interligadas a uma rede ou em sistemas isolados.

5.1 PCH’s interligadas à rede elétrica

Na medida em que uma rede pode garantir a regulação de freqüência e a absorção permanente da potência total, os grupos serão equipados com geradores que não requerem controle comando sofisticados. Neste caso, o material instalado é o seguinte: Gerador síncrono ou assíncrono; Transformador; Painel de distribuição MT e/ou BT; Cabos, corrente contínua; Controle comando; Iluminação, proteção elétrica , etc.

5.2 PCH ligada a sistemas isolados

Se ligadas a um sistema isolado as PCH’s devem atender a demanda dos consumidores sob o ponto de vista da tensão e da freqüência. Os geradores são do tipo síncrono, equipados com uma regulação de tensão. O ajuste permanente da potência fornecida pelos grupos à carga solicitada pela rede é feito por intermédio de um regulador carga/velocidade que atua na turbina ou por meio de um dispositivo de absorção de energia. A estabilidade da freqüência pode ser melhorada mediante instalação de volantes de inércia (aumento da inércia das partes rotativas). O material instalado, além do que é descrito acima, é o mesmo que o de uma PCH interligada à rede.

6. FATORES ECONÔMICOS

Como se pode observar no decorrer de nosso ensaio, uma central é considerada PCH em função de sua pequena potência instalada (até 10 MW) sem que isso implique em que ela seja de pequeno porte (obras civis e equipamentos) ou de pequeno custo. Todavia, é de se esperar que os custos por KW instalado sejam mais baixos do que os grandes empreendimentos. O custo cumulado da obras civis, dos equipamentos elétricos e mecânicos e despesas de funcionamento nas PCH’s e nas Centrais Diesel são diretamente comparáveis. Como a potência instalada é, por definição, limitada, o custo por kW instalado será maior para grupos mais importantes, mas uma instalação de baixa queda em pequeno rio, numa região isolada, pode justificar-se em relação ao grupo diesel, quando se tem em consideração o preço do combustível e do seu transporte, e o custo da manutenção. Levando-se em conta certos fatores capazes de reduzir os custos, o nível de rentabilidade de uma PCH poderá aumentar. Trata-se particularmente de: Padronização dos equipamentos; Agrupamento de projetos. A PCH é uma importante alternativa para sistemas isolados, auto-produção de energia e para complementação de sistemas de grande porte em função do menor risco de investimento (incertezas quanto a evolução do mercado de energia elétrica e aos aumentos de custos). O potencial hidráulico passível de exploração no País, associado às pequenas centrais hidrelétricas é relativamente elevado (4 % da potência instalável total). Segundo o Plano 2.015 da Eletrobrás, centrais de até 30 MW de potência instalada representam um potencial de 9.456 MW. Este valor é possivelmente mais alto do que o estimado se levarmos em conta a carência de informações sobre PCH’s e a pequena difusão de informação sobre as tecnologias, dominadas quase que exclusivamente por um grupo restrito de técnicos, quase todos vinculados aos poucos fabricantes de equipamentos. Além disso, cabe ressaltar que investimentos para o aproveitamento dos recursos hídricos de quedas

de energia. Suas atividades provocam emissão incomparavelmente menor de gases causadores do efeito estufa do que as das termelétricas movidas a combustíveis fósseis, além de não envolverem os riscos implicados, por exemplo, na operação das usinas nucleares (vazamento, contaminação de trabalhadores e da população com material radioativo etc.). Uma descoberta mais recente em favor das usinas hidrelétricas é o método para aproveitamento da madeira inundada, que já vem sendo adotado na usina de Tucuruí, no rio Tocantins.Por outro lado, a construção e a utilização de usinas pode ter uma série de conseqüências negativas, que abrangem desde alterações nas características climáticas, hidrológicas e geomorfológicas locais até a morte de espécies que vivem nas áreas de inundação e nas proximidades. A construção da usina de Porto Primavera, por exemplo, reduziu a planície de inundação do alto rio Paraná a quase metade dos 809km originais. O desajuste do regime hidrológico afeta a biodiversidade da planície e pode acarretar a interrupção do ciclo de vida de muitas espécies (mais comumente de peixes de grande porte e migratórios) e a multiplicação de espécies sedentárias (de menor valor), o que, conseqüentemente, afeta as populações ribeirinhas que vivem da pesca. Além disso, o represamento do rio e a formação do reservatório, aliado às modificações no ambiente decorrentes da presença do homem (principalmente pelas migrações relacionadas à obra) provocam o desequilíbrio do ecossistema e favorecem a propagação de endemias como a esquistossomose, a malária e o tracoma. Ao expulsar comunidades de seus locais de origem, a inundação das represas também provoca impactos socioeconômicos de difícil superação, especialmente no caso de populações de baixa renda e que apresentam condições precárias de educação, saúde e alimentação, como ocorreu com a construção do reservatório de Sobradinho, no rio São Francisco, que afetou cerca de setenta mil habitantes — que viviam basicamente da agricultura de vazante, da pesca artesanal e da criação de caprinos —, a maioria dos quais teve grandes dificuldades de adaptação aos locais para onde foram transferidos e à prática de novas atividades para garantir o sustento. A situação é menos complicada quando a população atingida apresenta nível mais elevado de educação formal, como ocorreu em Itaipu. A degeneração de valores etnoculturais é outro risco apresentado pelas atividades que envolvem a instalação de usinas hidrelétricas, mais intenso quando atinge

comunidades indígenas — foi o que aconteceu, por exemplo, nas usinas de Balbina (com os Waimiri-Atroari) e Tucuruí (com os Paracanã). As preocupações relativas aos efeitos danosos dos empreendimentos hidrelétricos convergem sobretudo para a região amazônica, devido às peculiaridades locais. Em primeiro lugar, a área abriga a floresta amazônica, maior bioma terrestre do mundo, e declarada patrimônio nacional pela Constituição Federal (art. 225), o que torna mais complexas as negociações para instalação de quaisquer empreendimentos que provocam impactos ambientais e culturais. Além disso, é a região onde se encontra a maior parte das comunidades indígenas brasileiras, que pela Constituição Federal não podem ser removidas de suas terras — exceto em casos de catástrofes ou epidemias que ocasionem riscos à sua população, ou para defender a soberania do país (o aproveitamento de recursos hídricos nesses locais só pode ser feito com a autorização do Congresso Nacional, e depois de ouvidas as comunidades implicadas). Adicionalmente, a fragilidade de seus ecossistemas; seu atributo de regulador climático do continente; sua riqueza em minérios e madeira; o fato de ter grande parte de sua extensão ocupada pela floresta tropical úmida (da qual depende seu ciclo hidrológico); e as intensas tensões sociais existentes na região, entre outros fatores, exigem precauções singulares para o aproveitamento do potencial da região. Algumas das medidas obrigatórias e/ou tradicionalmente adotadas pelos empreendedores para minimizar os impactos negativos da construção de usinas revelaram-se insuficientes ou equivocadas. Por exemplo, nas estações de piscicultura, inicialmente usadas como uma alternativa às construções de escadas de peixes, consideradas caras e ineficazes, e que foram utilizadas por grande número de concessionárias, em muitos casos houve a colocação de espécies erradas em locais inadequados e com a utilização de métodos impróprios, o que invalidou os esforços para preservação da ictiofauna. Vários equívocos também marcaram a utilização de escadas para transposição de peixes — por exemplo, sua instalação em riachos onde só havia espécies sedentárias. Além disso, há indicadores de que as escadas dificilmente seriam eficazes para preservar ou conservar os estoques em presença de barragens em série, como na bacia do rio Paraná. Ainda que alguns rios afluentes sejam áreas propícias para a desova, são necessários locais sazonalmente alagados para o desenvolvimento inicial das grandes espécies migradoras da bacia, e a maioria dessas áreas estão reguladas

Tapajós só seria explorada após estar quase esgotado o potencial do Xingu, e assim por diante. Além dos benefícios ambientais — sobretudo o gerenciamento mais eficaz dos ecossistemas —, esse sistema acarreta uma série de benefícios econômicos, como a otimização do aproveitamento de estradas de acesso e sistemas de transmissão. Entre os diversos instrumentos criados nos últimos anos para ordenar a exploração do potencial hidrelétrico brasileiro e aprimorar as práticas ambientais no setor, alguns dos principais são a Resolução Aneel 393/98 — que estabelece que os detentores de registro de estudos de inventário deverão fazer consulta formal aos órgãos estaduais e federais incumbidos da gestão dos recursos hídricos, e aos órgãos ambientais, para definir os estudos relativos a esses aspectos — e a Lei 9.433, de 1997, que instituiu a Política Nacional de Recursos Hídricos e criou o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos. A lei determina a articulação entre a atuação dos empreendedores, os usuários e os setores e órgãos regionais, estaduais e federais responsáveis pelo planejamento de recursos hídricos; estabelece a integração da gestão das bacias hidrográficas com a dos sistemas estuarinos e zonas costeiras; e estipula que os valores arrecadados com a cobrança pelo uso de recursos hídricos serão aplicados na bacia em que foram gerados e usados para financiar pesquisas, projetos e obras incluídos nos Planos de Recursos Hídricos. O gerenciamento de bacias hidrográficas por meio da integração e participação dos usuários de suas águas, de representantes dos municípios afetados e da administração federal é feito com sucesso nos Estados Unidos (com a Tennessee Valley Authority) e na França, que foi dividida em seis bacias hidrográficas, cada qual com agência financeira própria, encarregada de cobrar taxas pelo uso das águas e administrar esses recursos. Cada comitê de bacia tem a incumbência de aprovar periodicamente um programa plurianual, o orçamento anual e as tarifas a serem cobradas aos usuários.

9. CONCLUSÃO

O setor de hidroeletricidade, cujos impactos ambientais são limitados e cujos benefícios são inúmeros, além da óbvia geração de energia elétrica, como se demonstrou neste trabalho, sofre uma pressão que vem, na prática, reduzindo dramaticamente a capacidade brasileira de utilizar seu potencial hidroenergético ainda inexplorado. As dificuldades no setor de licitação vêm crescendo a partir de 2003 implantando, no País, um clima desfavorável ao licenciamento de usinas hidrelétricas, do qual é exemplo atual a Usina de Belo Monte, projeto iniciado nos anos 1970, que o Governo ainda vinha se esforçando por licitar em 2009. Esse clima é mantido por meio de um eficiente trabalho de comunicação realizado por ONGs ambientalistas, indígenas, celebridades internacionais, e por determinados movimentos sociais, tais como o Movimento dos Atingidos por Barragens (MAB). Eles têm sido extremamente eficientes para mobilizar a imprensa e a opinião pública contra a construção de usinas hidrelétricas, em geral, e, em especial, contra aquelas dotadas de reservatórios d’água A ANEEL aprova o projeto básico e autoriza a construção da usina, e o órgão de licenciamento ambiental emite a chamada Licença de Instalação, se concordar com os programas e projetos elaborados. Só então pode começar a construção da usina, sob fiscalização da ANEEL, que leva, em geral, não menos de três anos, podendo chegar a até dez anos, em casos de projetos maiores, como Belo Monte. Antes da entrada em operação, o empreendedor precisa obter, ainda, a chamada Licença de Operação, a última exigida, que é condição para o enchimento do reservatório. Portanto, entre o início dos estudos de viabilidade e a operação de uma usina hidroelétrica, transcorrem, no mínimo, seis anos, podendo chegar a treze anos Todavia, as hidrelétricas têm seu impacto inicial atenuado ao longo do tempo, com a estabilização progressiva das novas condições ambientais. Hoje, ninguém, mais fala do impacto da construção da usina de Itaipu, apesar do pouco cuidado tomado à