Espaço de Ciência e Tecnologia de Joinville

De forma básica, a estrutura das usinas hidrelétricas é composta por barragem, sistema de captação de água e casa de força. Conforme ilustra a Figura 1, o reservatório tem como principais funções a estocagem da água e a formação do desnível necessário para a produção de energia. O sistema de captação de água é formado por túneis, canais ou dutos metálicos capazes de transportar a água até a casa de força. Nessa instalação, as turbinas são formadas por uma série de pás ligadas a um eixo acoplado ao gerador.. Enquanto a água se movimenta dentro do duto ela transfere parte de sua energia cinética para as pás da hélice, movimentando-as. A turbina, que está acoplada ao gerador elétrico, converte esta energia mecânica de rotação em energia elétrica. Após desempenhar sua função a água é liberada ao leito natural do rio. A partir da casa de força, a energia convertida é conduzida para a rede elétrica através das linhas de distribuição ilustradas na Figura 1.1 (HINRICHS; KLEINBACH, 2008). No passado, a energia hidráulica foi muito utilizada para mover eixos utilizados para diversas finalidades, entre elas, moer grãos, serrar madeira, fornecer energia mecânica para outras tarefas. As forças da água e do vento (energia eólica) foram as únicas fontes de geração de trabalho disponíveis até o desenvolvimento do motor a vapor (HINRICHS; KLEINBACH, 2008). Uma estrutura à parte, com importância considerável, é o vertedouro. Sua função é regular o nível do reservatório em tempos de cheia para evitar um possível rompimento da represa e o aumento excessivo da área atingida pela lâmina de água.

Ser favorecido por recursos naturais que se transformam em fontes de produção de energia é estratégico para qualquer país. Entre outros fatores, porque reduz a dependência do suprimento externo e, em conseqüência, aumenta a segurança quanto ao abastecimento de um serviço vital ao desenvolvimento econômico e social. No caso dos potenciais hídricos, a esses argumentos favoráveis, somam-se outros dois: o baixo custo do suprimento na comparação com outras fontes (carvão, petróleo, urânio e gás natural) e o fato de a operação das usinas hidrelétricas não provocar a emissão de gases causadores do efeito estufa (ANEEL, 2008). Apesar de sua abundância na terra, a água não tem participação expressiva na matriz energética mundial. Segundo relatório da International Energy Agency (IEA, 2008), entre 1973 e 2006 a participação da força das águas na produção total de energia passou de 2,2% para apenas 1,8%. A este quadro são atribuídos vários elementos causadores, tais como a distribuição da água ao longo da superfície terrestre e a necessidade de quedas consideráveis para sua instalação. Do volume total, quase a totalidade está nos oceanos. Da água doce restante, apenas aquelas que fluem em desníveis e/ou vazões suficientes podem ser usadas para as instalações das usinas. Ainda de acordo com o levantamento da IEA, nos últimos trinta anos a oferta da energia hidrelétrica aumentou em apenas dois lugares do mundo: Ásia, em particular na China, e na América Latina, em função do Brasil, país em que o aproveitamento do potencial hidráulico chega a 30%. Atualmente, a usina com maior potencial é a de Três Gargantas, na China, que foi iniciada em 1993. Em 2009, com 26 turbinas instaladas, a capacidade concebida da barragem passou a ser de 18.200 megawatts (MW), ultrapassando a potência da binacional Itaipu, até então a maior usina hidrelétrica em potência instalada no mundo. Os países com maior capacidade instalada em usinas hidrelétricas (em MW) estão ilustrados no mapa da Figura 1.2. Analisando o mapa é possível constatar que países como China, Brasil, Canadá e EUA possuem um bom aproveitamento dos recursos hídricos na geração de energia, representados pela cor escura, com geração entre 50.000 MW e 100.000 MW. Isso mostra um investimento considerável dos respectivos países nesse tipo de tecnologia, que é reflexo da boa disponibilidade de recursos. O Brasil possui atualmente em operação, segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (2008), cerca de 1.252 empreendimentos gerando mais de 84 milhões de MW de potência.

Usinas hidrelétricas são consideradas fontes energéticas renováveis, pois utilizam do ciclo da água para gerar eletricidade. A água evapora da superfície da Terra, forma as nuvens, precipita de volta a Terra e escoa em direção ao oceano (EPA, 2007). A energia hidráulica é considerada internacionalmente uma energia limpa, pois na sua produção não há emissão de gases de efeito estufa. Porém, existem entraves na construção destes empreendimentos por conta dos impactos sócio-ambientais. Infere-se a estes impactos as grandes áreas inundadas que são prejudicadas em sua flora e fauna, bem como a interferência no curso original da bacia na qual foi instalada. Outro empecilho muito comum é a negociação com a população nativa que muitas vezes se impõem contra a evacuação da área inundada. Este é o impacto social mais observado nestes empreendimentos, já que interfere em questões culturais da população local. Essas e outras negociações geralmente são acompanhadas por Organizações Não-Governamentais (ONGs) de ambientalistas buscando desenvolver os projetos de maneira econômica e sustentável. No Brasil, já existem vários projetos de implantação dessa tecnologia espalhados pelo país. A hidrografia brasileira possui um potencial energético muito bom e uma geração semelhante àquela de países como Arábia Saudita e Iraque em relação ao petróleo. Porém, no Brasil mais de 90% da capacidade de geração é baseada em dois elementos gratuitos: a água e a força gravitacional. A hidrografia brasileira é privilegiada com muitos rios perenes, cuja declividade baixa ajuda na formação de grandes lagos, levando a uma grande armazenamento de energia potencial (HINRICHS; KLEINBACH, 2008). Novos projetos de pequeno e médio porte estão sendo instalados pelo território nacional com fundos do Programa de Aceleração do Crescimento (PAC), a fim de garantir o fornecimento de qualidade para futuros eventos como a Copa do Mundo de Futebol de 2014 e as Olimpíadas de 2016, bem como implementar o programa Luz para todos, do governofederal (GOLDEMBERG; LUCON, 2007).