Energia hidrelétrica: o que é e como funciona?

Talvez uma das energias renováveis ​​mais visíveis, o funcionamento da energia hidrelétrica e seu papel no armazenamento de energia são tão interessantes quanto desconhecidos.

Contemporânea aos grandes pensadores gregos como Platão e Aristóteles e um instrumento fundamental para o crescimento do Império Romano, a energia hidráulica tem sido de grande utilidade para a humanidade há milênios. No entanto, foi somente com o surgimento da revolução industrial e da energia elétrica que a energia hidráulica deu um salto de importância para se tornar fundamental, já convertida em energia hidrelétrica, no desenvolvimento das sociedades nos séculos XIX e XX. Hoje, daremos uma olhada no passado, mas também no futuro desse tipo de energia renovável; além de nos aprofundarmos em como ela funciona. Você se juntará a nós nesta jornada pelo poder da água para descobrir como a energia hidrelétrica funciona?

Controlar a força da natureza e aproveitá-la a nosso favor tem sido um dos maiores empreendimentos da humanidade. Assim, geração após geração, temos modificado o nosso ambiente em nosso próprio benefício, principalmente para garantir a nossa sobrevivência e, secundariamente, para melhorar a nossa qualidade de vida. As grandes civilizações da antiguidade moldaram o seu mundo para explorar os recursos naturais em seu benefício e crescer graças a eles. O poder da água, um dos elementos básicos do nosso planeta, não é alheio a isso; pelo contrário, é o principal protagonista. A roda d’água grega, o moinho romano ou a saqia egípcia são apenas alguns exemplos de como a energia hidráulica era essencial para tarefas como bombear água ou moer grãos. Embora o seu papel fosse importante na altura, tornou-se crucial com a explosão tecnológica e científica vivida durante a Revolução Industrial do século XIX, época em que a eletricidade se tornou a espinha dorsal do desenvolvimento das cidades e, consequentemente, das economias dos países industrializados. Foi então que surgiu a energia hidroelétrica que conhecemos hoje.

Impulsionadas pelo desenvolvimento do gerador elétrico e pela sofisticação das turbinas, as centrais hidroelétricas começaram a multiplicar-se nos países mais desenvolvidos. Termos como “barragem” e “reservatório” começaram a se espalhar no vocabulário dos cidadãos, e planos para construir grandes obras civis hidráulicas para atender à crescente demanda por eletricidade surgiram na Europa e na América em uma velocidade vertiginosa, mudando a paisagem da nossa natureza. Naquela época, uma parcela significativa de toda a energia elétrica vinha do aproveitamento da força da água.

Coexistindo com outros tipos de geração renovável, como eólica e solar, a energia hidrelétrica sobreviveu até hoje e continua sendo fundamental. Não é à toa que quase um quarto da eletricidade mundial é produzida graças à sua operação, sendo essa participação tremendamente maior em países como Noruega (99%), República Democrática do Congo (97%), Brasil (96%) ou Canadá (60%). Um exemplo da grande importância dessa tecnologia é que algumas das grandes obras civis da atualidade são usinas hidrelétricas como a Barragem das Três Gargantas (China, 22.500 MW) ou a Usina de Itaipu (Brasil e Paraguai, 14.000 MW). Mas sabemos como funciona a energia hidrelétrica?

Como funciona a energia hidrelétrica?

Vamos nos concentrar em uma usina hidrelétrica mais ou menos padrão. Qualquer usina desse tipo é composta por vários elementos principais para seu funcionamento. Vamos analisá-los um por um:

Energia hidrelétrica: Partes de uma usina de geração hidrelétrica

• Barragem: É a construção civil, feita principalmente de concreto, que permite o volume de água a ser mantido retido para uso à disposição do operador central. Algumas das cachoeiras mais impressionantes têm centenas de metros de altura.
• Reservatório: Esta é a área de armazenamento de água que abriga a instalação e coleta a água que corre pelos afluentes.
• Comportas ou grades de filtro: Estes são os elementos móveis que abrem e fecham para permitir a passagem da água.
• Tubos de passagem: As principais artérias pelas quais a água é conduzida em seu caminho para a geração de eletricidade.
• Turbinas: Estes são os motores que acionam a água à medida que ela passa, permitindo que a energia mecânica seja gerada.
• Geradores elétricos: Estes são os elementos responsáveis ​​por converter a energia mecânica das turbinas em energia elétrica.
• Linhas de energia: Transportam a eletricidade recém-gerada para os diferentes pontos de consumo.
• Dreno: Esta é a rota de escape para todo o fluxo hidráulico usado durante o processo de geração de eletricidade.

Em suma, as usinas hidrelétricas usam a força da água caindo entre dois pontos em diferentes elevações para gerar energia elétrica. Em outras palavras, toda a instalação funciona aproveitando a força da gravidade e a massa de água em benefício de uma série de elementos mecânicos que absorvem esse potencial energético para posterior conversão em energia elétrica. Nesse sentido, a água retida no reservatório circula pelos circuitos hidráulicos da barragem, fazendo a ponte entre o desnível entre os dois pontos. Essa cachoeira artificial, que emula as encontradas em cachoeiras naturais, permite que o líquido adquira, graças ao efeito da gravidade, uma velocidade que é transferida na forma de energia cinética para as turbinas localizadas no ponto mais baixo da infraestrutura. Assim, a água circula pela turbina, que acelera sua rotação, gerando energia mecânica que é transferida para o gerador elétrico para conversão em energia elétrica.

No entanto, a água sai da instalação e é drenada para o curso inferior do rio sem qualquer virulência para o meio ambiente. Todo esse processo também obtém um desempenho excepcional, no qual quase 90% da energia potencial da água é utilizada para gerar eletricidade, gerando apenas perdas de desempenho nas cargas do circuito hidráulico e no processo de fricção do grupo hidrelétrico (turbinas).

Dessa forma, conseguimos obter energia elétrica 100% renovável, o que está entre os mais positivos, dado seu alto nível de sustentabilidade e reutilização, e que ajuda a reduzir a emissão de gases de efeito estufa na atmosfera. Além disso, a água utilizada no processo pode ser utilizada para consumo doméstico ou irrigação. Esse tipo de tecnologia, com longa vida útil, também é de especial interesse na regulação do fluxo dos rios e na prevenção de inundações; uma razão fundamental para a construção da Barragem das Três Gargantas na China, cujo propósito de produção de energia é combinado com a prevenção de uma enchente como a que ocorreu em 1931 e causou milhões de vítimas e mortes.

Quais são os tipos de usinas hidrelétricas existentes?

Devido às suas funcionalidades e localizações, hoje podemos distinguir três tipos principais de usinas hidrelétricas:

Tipos de usinas hidrelétricas

1. Água corrente: Este é o modelo que mais depende das condições meteorológicas ou do fluxo do rio que a abastece; uma vez que não possuem capacidade de armazenamento de água, mas utilizam água circulante para gerar energia. Isso significa que essas usinas, em sua maioria menores e com capacidade inferior às demais, não conseguem se adaptar às necessidades da demanda elétrica. A seu favor, não interrompem o curso do rio, minimizando o impacto ambiental no entorno.
2. Regulação: Este é o tipo de usina hidrelétrica que todos nós pensaríamos se perguntássemos. Elas se baseiam no armazenamento de diferentes tipos de água para regular sua operação com base na demanda elétrica em um determinado momento. São grandes baterias de energia seminatural com as quais podemos atender às necessidades energéticas da sociedade, desde que os recursos hídricos sejam adequados.
3. Bombeamento: São usinas hidrelétricas reguladoras que se baseiam em diferentes níveis de reservatórios em elevações sobrepostas para as quais a água é bombeada para gerar um circuito contínuo de recursos hídricos com os quais gerar energia.

Qual ​​é o papel da energia hidrelétrica no armazenamento de energia?

Uma das grandes características da energia hidrelétrica é sua funcionalidade para fornecer energia elétrica nos momentos de maior demanda, graças à possibilidade de converter reservatórios em grandes baterias de energia. Isso, que era absolutamente benéfico até algumas décadas atrás, ganhou importância com o surgimento de outras tecnologias renováveis, cujo fluxo de produção diminui devido às mudanças nas condições climáticas. Assim, o papel da energia hidrelétrica foi reforçado com a chegada de estações de bombeamento que aproveitam o excedente de energia de instalações fotovoltaicas ou eólicas para canalizar a água utilizada durante o processo de geração hidrelétrica a montante. Com isso, a energia eólica ou fotovoltaica que não é injetada na rede durante a geração é utilizada nessas instalações hidráulicas para alimentar os reservatórios superiores da infraestrutura, permitindo o uso desse recurso hídrico de forma renovável posteriormente, sem desperdiçar a energia eólica ou fotovoltaica gerada. E embora o vento nem sempre sopre a nosso favor e a luz solar nem sempre brilhe com a energia necessária, a energia hidrelétrica serviria como um refúgio para a geração de energia verde. É assim que um reservatório se transforma em uma bateria gigante.

Um exemplo claro do sucesso desse tipo de tecnologia e de seu grande potencial de crescimento pode ser encontrado na Usina Hidrelétrica de Gorona del Viento, na Espanha, localizada na ilha de El Hierro (Ilhas Canárias). Esta usina, que começou a operar em 2014, abastece 70% da demanda total de eletricidade desta pequena ilha canária usando um método 100% renovável; chegando a dias inteiros em que 100% da energia é coberta por este método.

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