Fontes geradoras de energia elétrica

A facilidade de transporte da eletricidade e seu baixo índice de perda energética durante conversões incentivam o uso da energia em grande escala no mundo todo, inclusive no Brasil.

Fontes renováveis, como a força das águas, dos ventos ou a energia do sol e recursos fósseis, estão entre os combustíveis usados para a geração da energia elétrica. Por meio de turbinas e geradores podemos transformar outras formas de energia, como a mecânica e a química, em eletricidade.

A Empresa de Pesquisa Energética (EPE) mostra em seu site que, pela abundância de grandes cursos d’água, espalhados por quase todo o território brasileiro, a fonte hidrelétrica está no topo da matriz elétrica brasileira. Políticas públicas implementadas nos últimos anos, no entanto, têm feito aumentar a participação de outras fontes nessa matriz.

01. Hidráulica
02. Gás Natural

03. Petróleo

04. Carvão
05. Nuclear
06. Biomassa
07. Eólica
08. Solar
09. Geotérmica
10.Marítima
11.Biogás

01. Hidráulica

O fluxo das águas é o combustível da geração de eletricidade a partir da fonte hidráulica. Para aproveitar a queda d’água de um rio, por exemplo, estuda-se o melhor local para a construção de uma usina, levando-se em conta o projeto de engenharia, os impactos ambientais, sociais e econômicos na região, além da viabilidade econômica do empreendimento.

As obras de uma usina hidrelétrica incluem o desvio do curso do rio e a formação do reservatório. A água do rio movimenta as turbinas que estão ligadas a geradores, possibilitando a conversão da energia mecânica em elétrica.

A água é o recurso natural mais abundante do planeta. Estima-se que o potencial hidráulico do Brasil seja da ordem de 260 GW – segundo dados do Atlas de Energia Elétrica do Brasil. Aneel.2008.

A primeira hidrelétrica do mundo foi construída no final do século XIX, junto às quedas d’água das Cataratas do Niágara, na América do Norte. No mesmo período, o Brasil construiu sua primeira hidrelétrica, no município de Diamantina (MG), utilizando as águas do Ribeirão do Inferno, afluente do rio Jequitinhonha. Essa hidrelétrica possuía 0,5 megawatt (MW) de potência e linha de transmissão de dois quilômetros de extensão.

Cem anos depois, a potência instalada das usinas aumentou exponencialmente. Concluída em maio de 2006, a Hidroelétrica de Três Gargantas, na China, é hoje a maior hidroelétrica do mundo.

Com uma capacidade de geração total de 22.500 MW, ela superou Itaipu Binacional, a maior até então, com capacidade de 14.000 MW.

A potência instalada determina se a usina é de grande ou médio porte ou uma Pequena Central Hidrelétrica (PCH). A Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) adota três classificações:

- Centrais Geradoras Hidrelétricas (CGH, com até 1 MW de potência instalada)

- Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH, entre 1,1 MW e 30 MW de potência instalada)

- Usina Hidrelétrica de Energia (UHE, com mais de 30 MW de potência instalada).

O porte da usina também determina as dimensões da rede de transmissão que será necessária para levar a energia até o centro de consumo. No caso das hidrelétricas, quanto maior a usina, mais distante ela tende a estar dos grandes centros. Assim, exige a construção de grandes linhas de transmissão em tensões alta e extra-alta (de 230 kV a 750 kV) que, muitas vezes, atravessam o território de vários Estados.

Instaladas junto a pequenas quedas d’água, as PCHs e CGHs, no geral, abastecem pequenos centros consumidores – inclusive unidades industriais e comerciais individuais – e não necessitam de instalações tão extensas para o transporte da energia.

02 . Gás Natural

Na geração termelétrica, a eletricidade é produzida a partir da queima de combustíveis, sendo o gás natural um dos mais utilizados no Brasil. O vapor produzido na queima do gás é utilizado para movimentar as turbinas ligadas a geradores.

O gás natural tem elevado poder calorífico e, em sua queima, apresenta baixos índices de emissão de poluentes, em comparação a outros combustíveis fósseis. Em caso de vazamentos, tem rápida dispersão, com baixos índices de odor e de contaminantes. O gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos gasosos, originados da decomposição de matéria orgânica fossilizada ao longo de milhões de anos.

O desenvolvimento deste tipo de geração é relativamente recente – tem início na década de 1940. O uso dessa tecnologia foi ampliado somente na última década do século passado. Atualmente, as maiores turbinas a gás chegam a 330 MW de potência e os rendimentos térmicos atingem 42%.

Entre as vantagens adicionais da geração termelétrica a gás natural estão o prazo relativamente curto de maturação do empreendimento e a flexibilidade para o atendimento de cargas de ponta.

03 . Petróleo

O petróleo é uma mistura de hidrocarbonetos que tem origem na decomposição de matéria orgânica, principalmente o plâncton (plantas e animais microscópicos em suspensão nas águas), causada pela ação de bactérias em meios com baixo teor de oxigênio.

Ao longo de milhões de anos, essa decomposição foi se acumulando no fundo dos oceanos, mares e lagos e, pressionada pelos movimentos da crosta terrestre, transformou-se numa substância oleosa. Essa substância é encontrada em bacias sedimentares específicas, formadas por camadas ou lençóis porosos de areia, arenitos ou calcários.

Embora conhecido desde os primórdios da civilização humana, somente em meados do século XIX tiveram início a exploração de campos e a perfuração de poços de petróleo. A partir de então, a indústria petrolífera teve grande expansão. Apesar da forte concorrência do carvão e de outros combustíveis considerados nobres à época, o petróleo passou a ser utilizado em larga escala, especialmente após a invenção dos motores a gasolina e a óleo diesel.

Durante muitas décadas, o petróleo foi o grande propulsor da economia mundial, chegando a representar, no início dos anos 70, quase 50% do consumo de energia primária em todo o mundo.

Embora declinante ao longo do tempo, sua participação nesse consumo ainda representa cerca de 43%, segundo dados da Agência Internacional de Energia, de 2003.

O petróleo é o principal responsável pela geração de energia elétrica em diversos países do mundo. Apesar da expansão recente da hidroeletricidade e da diversificação das fontes de geração de energia elétrica verificadas nas últimas décadas, o petróleo ainda é responsável por cerca de 8% de toda a eletricidade gerada no mundo.

A geração de energia elétrica a partir de derivados de petróleo ocorre por meio da queima desses combustíveis em caldeiras, turbinas e motores de combustão interna. A utilização de caldeiras e turbinas é similar aos demais processos térmicos de geração e se aplica ao atendimento de cargas de ponta e/ou aproveitamento de resíduos do refino de petróleo. Os grupos geradores a diesel são comuns no suprimento de comunidades e de sistemas isolados da rede elétrica convencional.

No Brasil, onde historicamente a geração de energia elétrica é predominantemente hidrelétrica, a geração térmica tem desempenhado papel importante no atendimento da demanda de pico do sistema elétrico e, principalmente, no suprimento de energia elétrica a municípios e comunidades não atendidos pelo sistema interligado.

04 . Carvão

O carvão, a exemplo do que ocorre com os demais combustíveis fósseis, é uma complexa e variada mistura de componentes orgânicos sólidos, fossilizados ao longo de milhões de anos. Sua qualidade, determinada pelo conteúdo de carbono, varia de acordo com o tipo e o estágio dos componentes orgânicos.

A turfa, de baixo conteúdo carbonífero, constitui um dos primeiros estágios do carvão, com teor de carbono na ordem de 45%; o linhito apresenta um índice que varia de 60% a 75%; o carvão betuminoso (hulha), mais utilizado como combustível, contém cerca de 75% a 85% de carbono, e o mais puro dos carvões; o antracito, apresenta um conteúdo carbonífero superior a 90%.

Da mesma forma, os depósitos variam de camadas relativamente simples e próximas da superfície do solo e, portanto, de fácil extração e baixo custo, a complexas e profundas camadas, de difícil extração e custos elevados.

Em participação na matriz energética mundial, o carvão é responsável por cerca de 8% de todo o consumo mundial de energia e de 39% de toda a energia elétrica gerada. Para assegurar a preservação do carvão na matriz energética mundial, atendendo às metas ambientais, têm sido pesquisadas e desenvolvidas tecnologias de remoção de impurezas e de combustão eficiente do carvão.

O aproveitamento do carvão mineral para a geração de energia elétrica no Brasil teve início nos anos 1950. Naquela época, foram iniciados estudos e, em seguida, a construção das usinas termelétricas de Charqueadas (RS), com 72 MW de potência instalada, Capivari (SC), com 100 MW, e Figueira (PR), com 20 MW.

05 . Nuclear

A energia nuclear ou nucleoelétrica é proveniente da fissão do urânio em reator nuclear. Apesar da complexidade de uma usina nuclear, seu princípio de funcionamento é similar ao de uma termelétrica convencional, na qual o calor gerado pela queima de um combustível produz vapor, que aciona uma turbina, acoplada a um gerador de corrente elétrica.

Na usina nuclear, o calor é produzido pela fissão do urânio no reator, cujo sistema mais empregado é constituído por três circuitos – primário, secundário e de refrigeração. No primeiro, a água é aquecida a uma temperatura de aproximadamente 320°C, sob uma pressão de 157 atmosferas. Em seguida, essa água passa por tubulações e vai até o gerador de vapor, onde vaporiza a água do circuito secundário, sem que haja contato físico entre os dois circuitos. O vapor gerado aciona uma turbina, que movimenta o gerador e produz corrente elétrica.

No final dos anos 1960, o governo brasileiro decidiu ingressar na geração termonuclear, visando conhecer melhor a tecnologia e adquirir experiências para o futuro. Na época, cogitava-se a necessidade de complementação térmica para o suprimento de eletricidade no Rio de Janeiro. Decidiu-se, então, que essa complementação ocorresse por meio da construção de uma usina nuclear (Angra I) em Angra dos Reis (RJ).

A construção de Angra I (657 MW) teve início em 1972. A primeira reação nuclear em cadeia ocorreu em março de 1982 e a usina entrou em operação comercial em janeiro de 1985. Mas, logo após, interrompeu suas atividades, voltando a funcionar somente em abril de 1987, operando, porém, de modo intermitente, até dezembro de 1990 (nesse período, operou com 600 MW médios durante apenas 14 dias).

Entre 1991 e 1994, as interrupções foram menos frequentes, mas somente a partir de 1995 a usina passou a ter operação regular.

A construção de Angra II (1.350 MW) teve início em 1976 e a previsão inicial para a usina entrar em operação era 1983. Em razão, porém, da falta de recursos, a construção ficou paralisada durante vários anos e a operação do reator ocorreu somente em julho de 2000, com carga de 200 MW a 300 MW. Entre 20 de agosto e 3 de setembro daquele ano, a usina funcionou regularmente, com 915 MW médios. A partir de então, operou de modo intermitente até 9 de novembro, quando passou a funcionar com potência de 1.350 MW médios.

06 . Biomassa

Biomassa é a massa total de organismos vivos numa área. Esta massa constitui uma importante reserva de energia, pois é formada essencialmente por hidratos de carbono. Do ponto de vista energético, para fins de outorga de empreendimentos do setor elétrico, biomassa é todo recurso renovável oriundo de matéria orgânica (de origem animal ou vegetal) que pode ser utilizada na produção de energia.

Uma das principais vantagens da biomassa é que, embora de eficiência inferior à de outras fontes, seu aproveitamento pode ser feito diretamente, por meio da combustão em fornos e caldeiras, por exemplo.

Para aumentar a eficiência do processo e reduzir impactos socioambientais, tem-se desenvolvido tecnologias de conversão mais eficientes, como a gaseificação e a pirólise – decomposição térmica de materiais contendo carbono, na ausência de oxigênio. Também é comum a co-geração em sistemas que utilizam a biomassa como fonte energética.

No Brasil, a imensidão das regiões tropicais e chuvosas oferece excelentes condições para a produção e o uso energético da biomassa em larga escala, com grande potencial no setor de geração de energia elétrica.

No restante do país, a produção de madeira, em forma de lenha, carvão vegetal ou toras, também gera grande quantidade de resíduos que podem igualmente ser aproveitados na geração de energia elétrica. No entanto, o recurso de maior potencial para geração de energia elétrico no país é o bagaço da cana-de-açúcar.

O setor sucroalcooleiro gera grande quantidade de resíduos, que pode ser aproveitada na geração de eletricidade, principalmente em sistemas de co-geração. Ao contrário da produção de madeira, o cultivo e o beneficiamento da cana são realizados em grandes e contínuas extensões, e o aproveitamento de resíduos (bagaço, palha, vinhoto etc.) é facilitado pela centralização dos processos de produção.

Em média, cada tonelada de cana processada requer cerca de 12 kWh de energia elétrica, o que pode ser gerado pelos próprios resíduos da cana. Os custos de geração já são competitivos com os do sistema convencional de suprimento, o que possibilita a autossuficiência do setor em termos de suprimento energético, por meio da co-geração.

07 . Eólica

Energia eólica é a energia cinética contida nas massas de ar em movimento (vento). Seu aproveitamento ocorre por meio da conversão da energia cinética de translação em energia cinética de rotação, com o emprego de turbinas eólicas – também denominadas aerogeradores – para a geração de eletricidade, ou de cata-ventos (e moinhos), para trabalhos mecânicos como bombeamento d’água.

A energia eólica é utilizada há milhares de anos no bombeamento d'água, moagem de grãos e outras aplicações que envolvem energia mecânica. A geração eólica ocorre pelo contato do vento com as pás do cata-vento. Ao girar, essas pás dão origem à energia mecânica que aciona o rotor do aerogerador, que produz a eletricidade.

A primeira turbina eólica comercial ligada à rede elétrica pública foi implantada na Dinamarca, em 1976. Hoje, existem mais de 30 mil turbinas eólicas em operação em todo o mundo.

O desenvolvimento tecnológico recente – principalmente no que tange à melhoria dos sistemas de transmissão, da aerodinâmica e das estratégias de controle e operação das turbinas – têm reduzido custos e melhorado o desempenho e a confiabilidade dos equipamentos.

O Brasil é favorecido em termos de ventos, que se caracterizam por uma presença duas vezes superior à média mundial e por uma volatilidade de apenas 5%, o que dá maior previsibilidade ao volume a ser produzido.

Além disso, como a velocidade costuma ser maior em períodos de estiagem, é possível operar usinas eólicas em sistema complementar com usinas hidrelétricas, de forma a preservar a água dos reservatórios em períodos de poucas chuvas.

As estimativas constantes do Atlas do Potencial Eólico Brasileiro de 2010, elaborado pela Eletrobras, apontam para um potencial de geração de energia eólica de 143,5 mil MW no Brasil, volume superior à potência instalada total no país nesse mesmo ano. As regiões com maior potencial medido são Nordeste, Sudeste e Sul.

08 . Solar

A energia solar é aquela energia obtida pela luz do Sol que pode ser captada com painéis solares. É uma fonte de vida e de origem da maioria das outras formas de energia na Terra. A energia solar chega ao planeta nas formas térmica e luminosa.

Sua irradiação na superfície da Terra é suficiente para atender milhares de vezes o consumo mundial de energia. Essa radiação, porém, não atinge de maneira uniforme toda a crosta terrestre. Depende da latitude, da estação do ano e de condições atmosféricas como nebulosidade e umidade relativa do ar.

A produção de eletricidade a partir da energia solar vem crescendo nos últimos anos, e tem ganhado projeção com o desenvolvimento da micro e da minigeração.

Tradicionalmente, o mais generalizado é o uso da energia solar para a obtenção de energia térmica. Esta aplicação destina-se a atender setores diversos, que vão da indústria, em processos que requerem temperaturas elevadas (por exemplo, secagem de grãos na agricultura) ao residencial, para aquecimento de água. Outra tendência é a utilização da energia solar para a obtenção conjunta de calor e eletricidade.

O Brasil é privilegiado em termos de radiação solar. O Nordeste brasileiro apresenta radiação comparável às melhores regiões do mundo nessa variável. O que, porém, não ocorre em localidades mais distantes da linha do Equador, como as regiões Sul e Sudeste.

09 . Geotérmica

A energia geotérmica (ou geotermal) é aquela obtida pelo calor que existe no interior da Terra. Os principais recursos são os gêiseres – fontes de vapor no interior da Terra que apresentam erupções periódicas.

Embora conhecida desde 1904 – ano da construção da primeira usina –, a evolução deste segmento sempre foi lenta e caracterizada pela construção de pequeno número de unidades, em poucos países. No Brasil, por exemplo, não há nenhuma unidade em operação, nem sob forma experimental.

O porte de empreendimentos atuais, porém, é significativo. A potência instalada no campo de gêiseres da Califórnia é de 500 MW. Nos últimos anos, no esforço para diversificar a matriz, alguns países, como México, Japão, Filipinas, Quênia e Islândia, procuraram expandir o parque geotérmico.

Quando não existem gêiseres e as condições são favoráveis, é possível estimular o aquecimento d'água usando o calor do interior da Terra. Um experimento realizado em Los Alamos, Califórnia provou a possibilidade de execução deste tipo de usina.

Em terreno propício, foram perfurados dois poços vizinhos, distantes 35 metros lateralmente e 360 metros verticalmente, de modo que eles alcancem uma camada de rocha quente. Em um dos poços é injetada água, ela se aquece na rocha e é expelida pelo outro poço e quando esta função acontece a água predominante na pedra penetra na mesma ocorrendo o processo de metabolização geotérmica.

Esta é a melhor maneira de obter energia naturalmente. É necessário perfurar um poço que já contenha água e a partir daí a energia é gerada normalmente.

Em casos raros, pode ser encontrado o que os cientistas chamam de fonte de "vapor seco", em que a pressão é alta o suficiente para movimentar as turbinas da usina com excepcional força, sendo assim uma fonte eficiente na geração de eletricidade.

Aproximadamente todos os fluxos de água geotérmicos contêm gases dissolvidos, sendo que estes gases são enviados à usina de geração de energia junto com o vapor de água.

É igualmente importante que haja tratamento adequado a água vinda do interior da Terra, que contém minérios prejudiciais à saúde. Se ocorrer despejo diretamente em rios locais, isto prejudica a fauna e a flora locais.

10 . Marítima

A água é o recurso natural mais abundante do planeta e uma das poucas fontes para produção de energia que não contribui para o aquecimento global. Além disso, é renovável.

O potencial de geração de energia elétrica a partir do mar inclui o aproveitamento das marés, correntes marítimas, ondas, energia térmica e gradientes de salinidade.

A eletricidade pode ser obtida a partir da energia cinética (do movimento) produzida pelo movimento das águas ou pela energia derivada da diferença do nível do mar entre as marés alta e baixa ­– a energia maremotriz, o modo de geração de eletricidade por meio da utilização da energia contida no movimento de massas de água devido às marés.

Dois tipos de energia maremotriz podem ser obtidas: energia cinética das correntes devido às marés e energia potencial pela diferença de altura entre as marés alta e baixa.

Todas as tecnologias ainda estão em fase de desenvolvimento, com exceção desta última. Nenhuma ainda apresenta custos competitivos frente às demais fontes alternativas de energia. Um dos países que se destaca nas pesquisas é Portugal, que tem diversos projetos pilotos.

Segundo registra a Empresa de Pesquisa Energética (EPE), o potencial estimado para a energia a partir das marés no mundo é de 22 mil terawatt-hora (TWh) por ano, dos quais 200 TWh seriam aproveitáveis. Em 2008, menos de 0,6 TWh, ou 0,3%, eram convertidos em energia elétrica.

11 . Biogás

O biogás é obtido a partir da biomassa contida em dejetos (urbanos, industriais e agropecuários) e em esgotos, que passa naturalmente do estado sólido para o gasoso por meio da ação de microorganismos que decompõem a matéria orgânica em um ambiente anaeróbico.

Neste caso, o biogás é lançado à atmosfera e passa a contribuir para o aquecimento global, uma vez que é composto por metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), nitrogênio (N2), hidrogênio (H2), oxigênio (O2) e gás sulfídrico(H2S). A utilização do lixo para produção de energia permite o uso deste gás, além da redução do volume dos dejetos em estado sólido. A geração de energia por esta fonte permite a redução dos gases causadores do efeito estufa e contribui para o combate à poluição do solo e dos lençóis freáticos.

Existem três rotas tecnológicas para a utilização do lixo como fonte energética. Uma delas, a mais simples e disseminada, é a combustão direta dos resíduos sólidos.Outra é a gaseificação por meio da termoquímica (produção de calor por meio de reações químicas).

Finalmente, a terceira (e mais utilizada para a produção do biogás) é a reprodução do processo natural em que a ação de microorganismos em um ambiente anaeróbico produz a decomposição da matéria orgânica e, em consequência, a emissão do biogás.

No Brasil, apesar do enorme potencial, ainda são poucas as usinas termelétricas movidas a biogás em operação.

No final de 2009, a Aneel regulamentou a geração a partir do biogás e sua comercialização. Pela Resolução Normativa no 390/2009, qualquer distribuidora de energia elétrica pode fazer chamadas públicas para comprar eletricidade produzida por biodigestores. Seguindo as exigências da Aneel em relação à qualidade da energia, os produtores poderão enviar a eletricidade para a linha de distribuição, em vez de somente consumir.

Fonte: www.ccee.org.br/