Energia Hidrelétrica: Benefícios, Impactos e Desafios no Brasil, Esquemas de Energia

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FACULDADE DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA-ÁREA

Energia Hidroelétrica

Emerson Nascimento de Jesus

Salvador-BA 2011

Emerson Nascimento de Jesus

Energia Hidroelétrica

Trabalho apresentado ao Professor Jefté Nascimento da Silva da disciplina Introdução aos sistemas de potência apresentado à Área1 no curso de Engenharia de Elétrica.

Lista de Tabelas

Potência (kW) Uso Final da Energia 50 kW Iluminação e força motriz para uma pequena fábrica 500 kW Iluminação e força motriz para uma vila com 200 famílias 5.000 kW Alimentação de uma rede local Tabela 1- Balanço de potências geralmente utilizadas Tabela 2 - Preço médio da geração de energia elétrica, por fonte 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,

Sumário

desenvolvimento de regiões distantes dos grandes centros urbanos e industriais. A contribuição da energia hidráulica na matriz energética nacional é da ordem de 79 % de toda a energia elétrica gerada no País. Apesar da tendência de 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.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.

3. Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH´s)

A maior parte do potencial hidrelétrico brasileiro não aproveitado (100 GW) é constituído por usinas de pequeno e médio porte e por aproveitamentos localizados na Amazônia (região Norte 50%). Em relação as usinas de pequeno porte, abaixo de 10 MW, este potencial é ainda mais importante se levarmos em consideração os reduzidos impactos sócio-ambientais destes empreendimentos. Em função disso e de outros fatores relevantes, o setor elétrico vem concedendo paulatinamente maior atenção à contribuição das pequenas centrais hidrelétricas – PCH. Os elementos fundamentais para um estudo de implantação de PCH´s são:  Recurso Hidráulico;  Transporte de Energia Elétrica;  Destino da Energia.

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. 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. Queda > 150 m (instalação de alta queda) Os locais favoráveis encontram-se, na maioria dos casos, nas ribeiras de grande declives, com rápidos ou cascatas. As obras de tomada de água e de prevenção de enchentes são, em geral, de dimensões limitadas e, portanto, de custos reduzidos. A maior parte dos investimentos de construção civil é constituída pelo conduto hidráulico. A turbina utilizada, neste caso, será do tipo Pelton, com a utilização de geradores de velocidade de rotação elevada (superior a 1.000 rpm), cujas dimensões e, conseqüentemente, o preço por kVA instalado são sensivelmente mais baixos do que para as máquinas mais lentas. 15 m < queda <150 m (instalação de queda média) Os investimentos de construção civil são distribuídos entre a tomada d’água, as obras de proteção contra as enchentes e o conduto hidráulico. As turbinas serão do tipo Francis, com velocidades de rotação na faixa de 750 a 500 rpm; por isso, no caso de velocidades mais baixas, a utilização de um multiplicador, diminuindo o custo dos geradores, pode constituir uma solução vantajosa.

Queda < 15 m (instalação de baixa queda) A casa de força será integrada nas obras de tomada d’água ou localizada a uma pequena distância. As turbinas serão do tipo Kaplan ou Hélice, com velocidades de rotação baixas (de 70 a 350 rpm), correlativas de diâmetros importantes. O volume das obras civis pode ser reduzido mediante o uso de grupos axiais do tipo Bulbo. O custo dos geradores é também reduzido mediante a utilização de multiplicadores de velocidade. O equipamento inclui um conjunto de comportas, grades e máquinas limpa-grades, de dimensões adaptadores para a tomada d’água e proteção de jusante. 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. 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. 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

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 pequeno e médio porte são desejáveis, em função das características econômicas intrínsecas.

A Proibição das PCH`s

Recentemente ficou proibida a construção de PCH`s através do projeto de lei Nº 6.311, de 28/10/2009, ficando proibida a construção de Usinas Hidrelétricas (UHE) e Pequenas Centrais Elétricas (PCH) nos municípios que possuem o título de estância hidromineral, climática ou turística, concedido por ato do Poder Público Federal ou Estadual. Devido ao impacto, tanto ambiental quanto social, da construção de usinas hidrelétricas particularmente elevado naqueles municípios com valioso patrimônio ambiental, que constitui a base da economia municipal. Em particular, aos municípios que possuem título de estância hidromineral, climática ou turística. A economia e a vida desses municípios dependem, diretamente, da conservação dos seus recursos hídricos, paisagísticos, de flora e de fauna. Qualquer dano a esses recursos tem impacto negativo direto e de grande monta sobre os meios de vida dos municípios.

Vantagens e Desvantagens

Nas usinas hidrelétricas, a água do lago (ou reservatório) formado pelo fechamento da barragem é transportada por canais, túneis e/ou condutos metálicos até a casa de força, onde passa por uma turbina hidráulica acoplada a um gerador, no qual a potência mecânica é transformada em potência elétrica; depois de passar pela turbina, a água retorna ao leito natural do rio. A energia é conduzida por cabos ou barras condutoras dos terminais do gerador até o transformador elevador, no qual sua voltagem é elevada para permitir a condução, pelas linhas de transmissão, até os centros consumidores, onde, por meio de transformadores abaixadores, o nível da voltagem é levado aos níveis indicados para utilização. Em comparação com as alternativas economicamente viáveis, as centrais hidrelétricas são consideradas formas mais eficientes, limpas e seguras de geração 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

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 pelos reservatórios ou foram drenadas para o desenvolvimento agrícola. Em relação às populações expulsas pela inundação do reservatório, foi um erro supor que o simples reassentamento (mesmo com indenização pela desapropriação) seria suficiente para compensar transtornos e prejuízos decorrentes, sem esforços para requalificar a mão-de-obra e programas de assistência médica, educacional e financeira, ao menos no período de adaptação às novas condições. Entre os problemas por enfrentar incluem-se ainda a carência de metodologias para avaliação adequada de impactos ambientais (mapas temáticos, listagens de verificação, matrizes de interação etc.) e a deficiência de mecanismos para articular a atuação dos empreendedores com as instituições responsáveis pela política econômica e social das regiões atingidas e para garantir a participação dos grupos afetados na tomada de decisão desde a fase inicial do ciclo de planejamento da geração hidroelétrica (que compreende a estimativa do potencial, o inventário, o estudo de viabilidade, o projeto básico e o projeto executivo). Em dois dos países com maior capacidade instalada de geração

hidráulica, Estados Unidos e Canadá, a sociedade participa da própria definição dos termos de referência dos Estudos de Impacto Ambiental (EIAs). Especialistas apontam como providências imprescindíveis para minimizar alguns dos efeitos adversos da construção e uso de centrais hidrelétricas o reflorestamento das margens dos reservatórios e de seus afluentes; os programas de conservação da flora e da fauna e implantação de áreas protegidas; o inventário, resgate, relocação e monitoramento de espécies ameaçadas de extinção que ocorriam na área atingida; a avaliação dos efeitos do enchimento dos reservatórios sobre as águas subterrâneas; o monitoramento da qualidade da água; e a realização de estudos arqueológicos antes do enchimento do reservatório (na usina de Samuel, no rio Jamari, esse procedimento levou ao resgate de fatos históricos da região, que remontam a dez mil anos). Outro consenso entre os estudiosos é a vantagem de realização de um plano de longo prazo que privilegie, sempre que possível, a abertura em seqüência das bacias de determinada região (por oposição à prática usual de construção de usinas dispersas em bacias distintas). Por esse método, só se iniciaria a exploração de uma bacia após estar quase concluído o aproveitamento de outra da região. Assim, por exemplo, a usina de Belo Monte, no rio Xingu, só seria construída após a implementação da maioria dos aproveitamentos do médio Tocantins; a bacia do 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

Conclusão

Existe, entretanto, no caso do setor de energia elétrica, um fenômeno preocupante. 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 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 época para mitigá-lo. Cabe acrescentar que ninguém tem mais interesse nos cuidados para com a vegetação das margens dos rios, notadamente no trecho a montante da usina, que os seus concessionários. A vida do rio e a preservação de seu fluxo d’água para geração dependem fundamentalmente da manutenção das matas ciliares da bacia afluente, que se torna, assim, de grande interesse do gerador. As hidrelétricas têm, ainda, inegáveis vantagens sobre as outras opções de geração, quer sob a ótica dos usos múltiplos de seus reservatórios, de grande potencial gerador de benefícios sócio-econômicos, quer pela existência de mecanismos legais e infralegais consolidados, que induzem à contraprestação de compensações de natureza financeira e ambiental decorrentes do empreendimento dificuldades de licitação de aproveitamentos hidrelétricos a partir de 2003 não podem ser atribuídas exclusivamente à introdução do Licenciamento Ambiental Prévio como requisito para o leilão de novos aproveitamentos. Na verdade, implantou-se, 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.

Referencias Bibliográficas

BRUEL, L. R. D. Sistemática para Cadastramento de PCH’s. IN: VI Congresso Brasileiro de Energia (Anais), Rio de Janeiro, 1993 Agência Nacional de Energia Elétrica. Atlas de Energia Elétrica do Brasil, 3ª. Ed. Brasília: Agência Nacional de Energia Elétrica, 2008