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energia hidrelétrica·
LUIZ CLÁUDIO DE ALMEIDA MAGALHÃES··
1. lntrodução; 2. Vantagens e desvantagens dos aproveitamen-
tos hidrelétricos; 3. Energia hidrelétrica no Brasil; 4. Programa
hidrelétrico brasileiro; 5. Politica hidrelétrica nacional; 6. Con-
clusões.
- Introduçlo
o homem, desde seu surgimento na face da Terra, há milênios, vinha fa-
zendo uso quase exclusivo da força animal e de sua própria força para
sobreviver. Há pouco mais de uma centena de anos, graças a sucessivas descoberta& e invenções, passou o homem a utilizar, em ritmo crescente, novas formas de energia e máquinas por elas movimentadas. Podemos deIinear este período da história pela intima correlação entre os indices de desenvolvimento da civilização e, coincidentemente, os índices de consumo de energia. O conhecimento das atuais fontes econômicas de energia e a busca de novas outras é, portanto, um processo inevitável para a sobrevivência do homem, a fim de assegurar os níveis já atingidos pela civilização e possibi- litar alcançar níveis mais elevados de desenvolvimento conforme suas aspi- rações. As formas convencionais de produção de energia, que, economicamente,
têm utilização em escaIa industrial, são, principalmente:
- a combustão dos elementos fósseis (minerais): petróleo, carvão, gás na- tural.
- a utilização dos potenciais hidráulicos.
- a fissão nuclear do urãnío.
- Conferbcia Pronunciada Da Escola Superior d. Guerra, em 21 d. junho do 1977. •• Ex-presidente das Contrais Elétricas d. Fumas S.A.
R. Adm. públ. Rio de Janeiro. 12(4):17-55. out./ tU,. 1978
Outras formas são possíveis, porém em menor escala ou ainda incipientes. Das formas citadas, vamos ater-nos à que se refere o tema dado para a nossa palestra. a energia hidrelétrica, decorrente da utilização dos poten- ciais hidráulicos. Desde os tempos primitivos, o homem utiliza a energia hidráulica em seu benefício, quando verificou que a força natural dos cursos de água, princi- palmente junto a cachoeiras ou corredeiras, podia girar as pás de uma roda acoplada, por exemplo, a um moinho. Essas aplicações eram eviden- temente precárias, uma vez que o uso da energia tinha que ser realízado no próprio local da queda de água e, por outro lado, suas dimensões estavam limitadas pelos processos primários de fahricação da roda e de seu acopla- mento (eixos, engrenagens, correias etc.).
'" Com o advento do uso da corrente elétrica, em fins do século XIX, foi possível transformar a energia hidráulica em uma nova forma de ener- gia que podia ser transportada a grandes distâncias: surgiu, então, a ener- gia hidrelétrica. Essa nova forma de energia, cujo termo híbrido exprime bem a simbiose entre a fonte primária e sua utilização, passou a predominar de tal forma, em conseqüência da vertiginosa evolUção tecnológica, que. hoje em dia, pode-se afirmar que a energia hidráulica só é utilizada, em escala industrial, para a produção de eletricidade. Dai usarem-se, quase sem distinção, os termos energia hidráulica e energia hidrelétrica, indife- rentemente, na prática ...,l - De fato, o desenvolvimento dessa tecnologia possibilitou acoplar uma roda de água aperfeiçoada, de alta velocidade, a uma turbina, a um gerador de energia elétrica através de um eixo em instalação compacta, associados aos demais elementos de controle, regulador de velocidade, de tensão etc. Em última análise, o que se utiliza é a energia potencial de um corpo em queda livre (no caso, um certo volume de água) que, conforme nos ensina a física, é medida pelo produto da massa do corpo pela altura da queda. Assim, levando-se em conta as perdas hidráulicas e o rendimento do conjunto turbina! gerador, da ordem de 90%, a potência de uma usina hidrelétrica será dada, aproximadamente, pela fórmula
P = 0,0086 Q X h
onde, P = potência da usina em MW Q = vazão média em mS/s h = queda bruta, ou seja, a diferença entre o nível a montante e o nível a jusante (canal de fuga), em m.
Para facilitar a compreensão do que foi exposto, procuramos dar no anexo deste trabalho algumas noções gerais sobre a energia hidrelétrica, fator de carga, regularização através de reservatórios, etc.
18 R.Á'p.^ 4/
A participação da energia hidrelétrica em alguns dos principais países,
em relação à produção elétrica total, é a seguinte:
(28 países de maior pradução de energia elétrica)
- Tabela - Participação da geração hidrelétrica -
- Noruega Países %
- Brasil
- Suíça 'J Nova Zelândia n
- Suécia
- Áustria
- Iugoslávia
- Finlândia
- México
- Venezuela
- Espanha
- França
- Austrália
- Japão
- Argentina
- Romênia
- EUA
- URSS
- Tchecoslováqnia
- República Federal da Alemanha
- Polônia
- Reino Unido
- República Democrática da Alemanha
- AIrica do Sul - R.Á.P. 4/ Holanda O
2. Vantagens e d_antagens dos aproveitamentos hldl8létrlcos
2.1 Aspectos técTÚCOS e econômicos
Sob o aspecto técnico-econômico, a vantagem mais evidente da energia hidrelétrica <em regiões com condições hidrográficas e de relevo favoráveis, e cujo potencial ainda não foi inteiramente explorado) é o seu baixo custo de geração - a tal ponto que indústrias de alto consumo de eletricidade. em que o preço da energia representa fração importante dos custos de produção, como a de alumínio, da polpa e do papel, dos fenilizantes nitro- genados, tenderam a concentrar-se, desde a primeira metade do século, em áreas ou paises de predominância hidrelétrica: Canadá, Noruega, cenas regiões dos EUA etc. Essa vantagem é ainda complementada pela flexibi- Iiade de operação e alto nível de confiabilidade característicos das máquí- nas hidrelétricas, que se refletem diretamente em termos de confiabilidade do sistema e qualidade de serviço. Mas a energia hidrelétrica tem cenas desvantagens técnicas inerentes e que devem ser levadas em conta durante o planejamento e a operação do sistema. A primeira desvantagem reside no fato de que a usína hidrelétrica deve .er construída junto à fonte e não junto à carga, isto é, não há flexibilidade para deslocá-Ia, pois os cursos de água estão em locais fixos, onde a natu- reza os colocou. À medida que os aproveitamentos economicamente viáveis vão sendo construídos, os demais tendem a se afastar cada vez mais do consumo, aumentando o seu custo, acrescidos por linhas de transmissão cada vez mais longas. As usinas térmicas convencionais ou nucleares podem ser construídas junto à carga, o mais próximo possível do consumo, pois a matéria-prima é economicamente transponável. A segunda desvantagem está ligada aO longo prazo necessário para a maturação dos investimentos: a construção de uma usina hidrelétrica de grande pone pode estender-se por um período de cinco a sete anos, aOS quais se devem acrescentar pelo menos um ou dois anos para o projeto e engenharia e dois ou três de estudos preliminares, o que conduz a um horizonte de planejamento de oito a doze anos. Outra desvantagem séria, principalmente nos países em desenvolvimento, carentes de capital, é o alto investimento exigido para a construção da usina, do reservatório de acumulação, de línhas de transmissão para inter- ligação ao sistema, e de toda a infra-estrutura necessária <estradas, comu- nicações, acampamento provisório, vila de operadores etc.). A indústria de energia hidrelétrica é essencialmente de capital intensivo. A operação de uma usina hidrelétrica, em compensação, envolve custos
anuais relativamente pequenos, mas está, por sua ve~ sujeita a uma limi-
tação fundamental: a capacidade de geração da usina, em um determinado período, dependerá sempre da quantidade de água afluente ao reservatório, a qual varia de forma aleatória, e não pode ser prevista com precisão. De
Energia hidrelétrica 21
A produção, o transporte e a final utilização dos combustíveis fósseis
implicam graves problemas ecológicos: a primeira, porque pode acarretar a destruição paisagística de vastas regiões; o transporte, por congestionar vias de comunicação e envolver riscos ambientais em casos de acidente; e a utilização final, porque pode ocasionar a poluição da atmosfera em face do desprendimento de gases, a poluição térmica das águas pelo calor residual, e a poluição da paisagem pelas cinzas e resíduos da combustão.
A energia nuclear, em vista dos seus riscos inerentes, exige medidas e
cuidados especiais, de custo elevado, tecnologia sofisticada e administração altamente especializada, de forma a se ter o elevado grau de segurança exigido pelos organismos internacionais incumbidos de sua fiscalização. A geração hidrelétrica não apresenta nenhum dos problemas típicos dos processos de combustão, nem os riscos inerentes à energia nuclear, mas a atividade de construção de barragens e usinas e, principalmente, a criação de grandes reservatórios, interfere em maior ou menor grau com o sistema ecológico e com a estrutura sócio-econômica da área. O nivel desta interferência e as modificaÇÔe5 induzidas no sistema devem ser avaliados em cada caso, a fim de desenvolver e valorizar as modificaçôes benéficas, e evitar ou minimizar as modificações negativas. A experiência brasileira tem demonstrado que, na maior parte dos casos, consegue-se um balanço final positivo. Assim, em regiões pouco desenvolvidas, a construção de uma usina hidrelétrica pode desorganizar o antigo sistema sócio-econômico, mas geral- mente é um elemento de inovação e dinamização econômica e cultural; em alguns casos, o reservatório pode fazer desaparecer uma queda de água ou outra beleza natural, mas o lago artificial formado oferece amplas possibilidades desportivas e recreacionais e poderá constituir-se em pólo de atração turística (citem-se, como exemplo, o reservatório de Guarapi- ranga, em São Paulo, e o Plano de Desenvolvimento da área do reserva- tório de Fumas, realizado em convênio com o Estado de Minas Gerais). Inundam-se terras agrícolas, mas um programa de povoamento do reser- vatório com peixes, cientificamente planejado (como vem sendo executado, em caráter experimental, na Usina de Furnas) pode levar a uma produção de proteínas capaz de compensar a anteriormente advinda da atividade agrícola ou pastoril, a par dos aspectos de lazer e de turismo decorrentes. Em reservatórios de grande volume de água existe o risco, muito raro, da ocorrência de tremores de terra, imediatamente após o seu enchimento, devido à acomodação das camadas inferiores do maciço sob o peso da água acumulada; as águas paradas a montante podem ainda propiciar a proliferação de insetos transmissores de doenças, o que, no entanto, é passível de ser controlado. Deve-se observar, finalmente, que a operação do reservatório, visando à otimização da produção de energia elétrica, levará naturalmente à regula- rização das vazões do rio, evitando-se os fenômenos de enchentes ou de secas prolongadas e propiciando, portanto, um benefício real e mensurável às populaÇÔe5 e mesmo ao ecossistema a jusante.
Enugúz hidrelétrica 23
Em conclusão, pode-se afirmar que a construção de uma usina hidrelé-
trica e a criação de seu reservatório de acumulação provocam interações
importantes com o ecossistema e só a análise pormenorizada dos diversos
componentes desta complexa interação permite avaliar, em cada caso, se a
resultante global é positiva ou negativa, comparando-se estes custos ou
benefícios indiretos com os seus custos e benefícios diretos.
2.3 Aspectos estratégicos
Sob o ponto de vista global, é fundamental distinguir as fontes renováveis
(cuja utilização implica a valorização de um recurso natural, sem o des-
truir) e não-renováveis (cuja utilização representa uma redução na herança
global que cada geração lega às suas sucessoras; o surgimento de novas
tecnologias e mudanças de objetivos poderiam ensejar melhor uso da par-
cela subtraída).
Uma política energética coerente deve, portanto, visar prioritariamente
à utilização de fontes renováveis e, nesse grupo, a energia hidrelétrica ocupa
lugar privilegiado, por ser a única acessível, em escala industrial e a baixo
custo, com a tecnologia atualmente disponível.
Dentro de um contexto estratégico global, o aspecto da segurança nacio-
nal tem, evidentemente, importante consideração na análise de integração
de um projeto hidrelétrico ao sistema. A titulo de exemplo, citaremos os
estudos de viabilidade dos projetos de Salto da Divisa/Itapebi, no Rio
Jequitinhonha, divisa dos estados de Minas Gerais e Bahia, e o de Ilha
Grande (Guaíra) na divisa Paraná/Mato Grosso.
Ambos foram estudados por Fumas e, na escolha da alternativa final,
pesaram consideravelmente os aspectos da segurança nacional e da inte-
ração usina/meio.
O aproveitamento Salto da Divisa/Itapebi é um projeto estratégico que
permitirá interligar os sistemas elétricos das Regiões Sudeste e Nordeste,
garantindo o suprimento aos projetos industriais que se estão estabelecendo
nessa região, hoje supridos apenas por uma fonte de energia hidráulica
proveniente do rio São Francisco; além disto, deverá agir como elemento
de dinamjzação da economia de uma das regiões mais pobres do País,
o Vale do Jequitinhonha, no estado de Minas Gerais. A energia que deverá
fluir na linha de transmissão Vitória/Itapebi/Salvador é de alto interesse
para o grande sistema de interligação nacional.
Os estudos de viabilidade de Ilha Grande, no rio Paraná, indicavam
COmo mais econômica, entre outras, uma alternativa de se construir um
único aproveitamento na localidade de Guaíra que, no entanto, provocaria
a inundação de mais de IO.OOOkm^2 de terras, criando um lago artificial
de 200km no eixo maior e SOkm no eixo menor. Optou-se, então, pelo
aproveitamento da queda natural em dois projetos - Ilha Grande e Porto
Primavera - com dois lagos menores e que permitiam o acesso fácil pelas
rodovias e ferrovias das regiões de cada margem. Esse aproveitamento,
~om um único reservatório, prat:camente colocaria o futuro ~stado de Mato
24 R.A.P. 4/
Sudeste/ Centro-Oeste
Paraná
Paranaíba
Grande
Doce
São Francisco
Jequitinhonha
Par810a e bacias costeiras
Sul
Iguaçu
Uruguai
Jacní
Outras bacias
Trecho internacional
Paraná e Uruguai (50%)
Brasil
Energia firme
(TWh/ano)
3.2 Consumo de energia elétrica: mercado
Capacidade (GW)
Como vimos anteriormente, existe íntima correlação entre o consumo total
de energia e o nível de desenvolvimento industrial dos países. No caso da
26 R.A.P. 4/
~nergia elétrica, esta correlação mais se autua; no Brasil, é uma caracte-
rística básica de nosso p=so de desenvolvimento.
Gráfico 1
Brasil- Consumo de EnelJlia B16trk:aXpm - 1962- 1976
/l.
1/ 7h
71!. /
/ )
{
li'
o ~ i o
'" .... Ajuste Equação Linear (^) 6.618 + 185,8 (PIB) Exponencia 49,6262 (PIS) 1 2.6.
Fonte: Eletrobrás - DNAEE - FGV
V
) 74
73
7j. )
v,
PIBSiMe. de 1972
No ano de 1976, cerca de 76% do consumo de eletricidade se concen-
traram na Região Sudeste, 11 % na Região Nordeste e 12 % na Região
Sul; a Região None representou pouco mais de 1 % do consumo total.
Energia hidrelétrica 27
Região
Norte Nordeste Sudeste Sul Brasil
Tabela 4
Consumo 1976
3.3 Projeção do consumo: necessidades futuras
1Wh (%)
Estudos realizados pela Eletrobrás e suas subsidiárias permitem estimar que o consumo brasileiro atinja mais de 740TWh, nO ano 2000. Nessa ocasião, as diversidades regionais de consumo terão sido reduzidas, mas serão ainda acentuadas, e o Quadro nacional não será muito diferente do de hoje.
Tabela 5
Consumo de energia elétrica
N.'" do DEME - Eletrobrás
Regiões
1Wh (%)^ TWh (%^ )
Norte 1 1,5 42 6 Nordeste 8 10,9 156 21 Sudeste + Centro-Oeste 57 75,7 438 59 Sul 9 11,9 112 15
Brasil 75 100,0 748 100
Energia hidrelétrica 29
A comparação do potencial hidrelétrico nacional indicado no quadro,
com a projeção do consumo, mostra que, sob um ponto de vista global,
todas as necessidades brasileiras em energia elétrica poderiam ser atendidas,
até o fim do século, utilizando-se exclusivamente a energia hidrelétrica.
TWh/a
Gráfico 3
Disponibilidade Hidrelétrica
X
Consumo de Energia Elétrica no Brasil.
Disponibilidade hidIliulica • 740
A geomodologia brasileira é tal que os recursos hidráulicos são espa-
lbados por todo o País, com certa predominância na Região Norte, onde
se situa a maior bacia hidrográfica do mundo, a do rio Amazonas.
O potencial hidráulico está sendo utilizado de acordo com as necessidades
do mercado, levando-se em consideração as distâncias de transmissão até
os centros de carga. Esse potencial é, hoj e, bem conhecido, excetuados
certos tributários do Amazonas e outros rios situados em áreas remotas que
30 R.A.P. 4/
Se nos detivermos a analisar a distribuição geográfica do potencial hidráu-
lico brasileiro, em relação ao consumo de eletricidade nas diversas regiões,
poderemos verificar que o ponto fundamental do problema é a concen-
tração do COnsumo de eletricidade na Região Sudeste, enquanto uma
parcela ponderável do potencial hidráulico situa-se no Norte (Amazônia),
região de menor consumo do País.
Gráfico 5
Twb/a 'Região Nordeste
DispomõilidadelUlJáulica •
o.l....._-
Assim, por volta de 1m, as Regiões Sudeste e Nordeste passarão a
apresentar um balanço energético deficitário (em relação à geração hidre-
létrica local), enquanto o Sul terá ainda certa disponibilidade de recursos
no fim do século e a Região Norte terá ainda um balanço energético
tranqüilo.
(^32) R.A.P. 4/
Gráfico 6
TWh/. Regiio Sudeste e Centro-Oeste
400
Disponibililade Hidráulica. 190
o déficit energético das Regiões Sudeste e Nordeste no fim do século
teria que ser suprido por meio de investimentos extremamente pesados em
linhas de transmissão ligando os centros de carga dessas regiões aos p0-
tenciais ainda disponíveis nas Regiões Sul e Norte, investimentos que se
tomariam ociosos à medida que se desenvolvesse o consumo nessas regiões.
No caso da Região Sul, pode-se prever que todo o excedente de produção
seria absorvido pelo seu próprio consumo até o fim do século.
Um programa baseado em uma única fonte de suprimento teria reduzida
sua flexibilidade em termos de planejamento e de execução, e seria dema-
siado vulnerável a eventuais crises setoriais ligadas ao suprimento de
matérias-primas ou à prestação de serviços. FmaImente, a falta de com-
plementação termelétrica no sistema, reduzindo a flexibilidade de opera-
ção, não permitiria todos os benefícios da aperação coordenada.
En~rgiQ JJdrelltrica 33
dominantemente nas Regiões Sul e Nordeste, no início, e Norte em seguida,
afastando-se cada vez mais dos grandes centros de consumo, o que elevará
o custo do kW instalado, devido à necessidade de grandes linhas de trans-
missão (de 1.000 a 2.000km) e a problemas de construção em locais
remotos.
4. Programa hidrelétrico brasileiro
4.1 Situação atual
Para se ter uma idéia da evolução da energia hidrelétrica, seria interes-
sante observar a evolução da capacidade instalada no país desde o seu
início. Assim, temos a seguinte tabela:
Tabela 6
Energia elétrica - capacidade instalada - registro hist6rico
Termo Hidro
I
Total
Ano MW (% ) MW
I
(%) MW
1976 3.454 15 18.954^85 22.
Energia hidrelétrica 31
I~
I9S
I""
Gráfico g
_ eU_ - capIcidadç_ RePtro histórico
.T......
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Do total atual de 18.954MW, as principais hidrelétricas em operação (acima de 500MW), são, por região:
Regiões
Norte Nordeste
Sudeste I CentrcrOeste
Sul Total
Fonte: MME
36
Tabela 7
Potência instalada nominal
MW -
Hidrelétricas
Usinas (Empresas)
Paulo Afonso (CHESF)
Ilha Solheira (CESP) Jupiá (CESP) Marimbondo (Furnas) Furnas (Furnas) Estreito (Fumas)
MW
MW
R.A.P. 4/
