Publicado: 10 de maio de 2024
Contribuidores: Amanda McGrath, Alexandra Jonker
A energia hidrelétrica é um tipo de energia renovável que usa a potência dos fluxos de água para gerar eletricidade. A energia gerada por usinas hidrelétricas é limpa, confiável e sustentável, tornando-a uma alternativa relevante de baixa pegada de carbono aos combustíveis fósseis na luta contra a mudança climática.
Para produzir energia hidrelétrica, a energia cinética da água corrente ou que cai é transformada em energia elétrica usando um gerador. Em termos simples, isso significa que a água em movimento faz com que as turbinas girem, o que gera energia. Por exemplo, construir uma barragem em um rio cria um reservatório de água armazenada. Quando a eletricidade é necessária, as comportas da barragem se abrem, e a gravidade puxa a água através de um cano chamado de conduto forçado. A água corrente empurra as pás de uma turbina, fazendo com que elas girem. Isso permite que o gerador conectado crie eletricidade. A água finalmente flui de volta para o rio do outro lado da barragem.
A energia hidrelétrica, também conhecida como energia hidráulica ou hídrica, é uma fonte fundamental de produção de energia. Sua capacidade aumentou em mais de 70% nos últimos 20 anos e, em 2020, foi a maior fonte de energia de baixa pegada de carbono, responsável por um sexto da geração global de eletricidade.1
A energia hidrelétrica é frequentemente valorizada por sua renovabilidade e confiabilidade. Os combustíveis fósseis (incluindo carvão, petróleo e gás) possuem um suprimento finito, mas a energia hidrelétrica pode ser gerada indefinidamente sem esgotar os recursos naturais da Terra. Outras fontes de energia renováveis, como a solar ou a eólica, dependem das condições climáticas; no entanto, a energia hidrelétrica pode ser gerada de forma consistente ao longo do ano.
Além disso, a energia hidrelétrica também é considerada uma fonte de energia limpa. Ela gera menos emissões de gases de efeito estufa (como dióxido de carbono, metano e outros) do que a produção de energia baseada em combustíveis fósseis, tornando-a uma opção mais sustentável para as empresas, países e comunidades tentarem mitigar os impactos da mudança climática. As usinas hidrelétricas normalmente operam com mais eficiência do que as usinas movidas a combustíveis fósseis. E alguns métodos de produção hidrelétrica oferecem oportunidades para armazenar a energia excedente, o que pode ajudar a melhorar a estabilidade da rede elétrica e aumentar a capacidade elétrica geral.
A hidreletricidade pode ser gerada por meio de vários tipos de instalações, que utilizam diferentes métodos para gerar energia. Cada tipo tem suas próprias vantagens e desvantagens e depende de fatores como localização geográfica, fontes de água disponíveis e necessidades específicas de energia.
A energia hidrelétrica de represamento, também conhecida como energia hidrelétrica de reservatório, é o tipo mais comum de geração de energia hidrelétrica. Ele se baseia em instalações de represamento, como reservatórios ou grandes represas, para armazenar água e liberá-la sob demanda por meio de turbinas para gerar eletricidade.
Esse tipo de energia hidrelétrica é propício para a geração de energia em grande escala. As instalações de represamento armazenam grandes volumes de água, o que significa que podem produzir uma quantidade significativa de energia elétrica. Como a água é armazenada de forma estável, a hidrelétrica de represamento é considerada uma fonte de energia confiável e previsível; no entanto, em períodos de seca, a geração de energia pode ser afetada.
A energia hidrelétrica de armazenamento bombeado envolve a movimentação de água entre estações em diferentes elevações. Essas instalações extraem água de um local menos elevado para um local mais elevado durante os momentos de baixa demanda; elas a liberam de volta para gerar eletricidade em momentos de alta demanda.
Esse tipo de usina hidrelétrica funciona como uma bateria, armazenando a energia gerada por outras fontes de energia (como solar, eólica e nuclear) para uso posterior. Esses sistemas de armazenamento fornecem uma forma de equilibrar a carga na rede. A energia armazenada pode ser usada para atender a picos repentinos na demanda ou para compensar quando fontes de energia renováveis intermitentes (como eólica e solar) não estão produzindo o suficiente. Mas encontrar locais adequados, com corpos d'água em diferentes alturas, pode ser um desafio.
Comumente conhecida como hidrelétrica de passagem, os sistemas baseados em desvio exigem pouco ou nenhum armazenamento de água. Em vez disso, o fluxo natural e a declividade de um rio são usados para gerar eletricidade renovável, desviando a água para um canal ou conduto forçado e em turbinas. As usinas hidrelétricas de desvio de pequena escala geralmente são encontradas em regiões montanhosas, onde a declividade natural do rio fornece um forte fluxo para geração de energia.
Essas instalações hidrelétricas geralmente têm uma pegada ambiental menor do que as instalações de represamento, pois não exigem grandes reservatórios e têm menos impacto sobre os ecossistemas naturais. Mas elas também operam em uma escala menor, o que significa que geram menos eletricidade em geral. E, como dependem da vazão do rio, podem ser mais variáveis, especialmente em regiões onde as chuvas mudam de acordo com a estação.
Apesar de os tipos de energia hidrelétrica descritos acima cobrirem a maioria das instalações existentes, existem algumas outras variantes em uso. Por exemplo, algumas instalações aproveitam a energia das marés, usando o sobe e desce das marés oceânicas para gerar eletricidade. Existem também as micro-hidrelétricas, que se referem a sistemas menores projetados para gerar energia para uma pequena comunidade, uma única casa ou uma instalação remota. Elas podem ser do tipo a fio d'água ou envolver um pequeno reservatório.
O uso da energia hidrelétrica remonta a civilizações antigas, como os gregos, os romanos e a dinastia Han da China, que usavam rodas d'água para moer grãos e bombear água. No entanto, foi somente no final do século XIX que a energia hidrelétrica foi usada em maior escala para gerar eletricidade.
1878
O primeiro projeto hidrelétrico do mundo alimentava uma única lâmpada em Northumberland, Inglaterra.
1882
A primeira usina hidrelétrica comercial começa a operar em Appleton, Wisconsin, EUA. Em 1905, centenas de pequenas usinas elétricas estavam em operação em todo o mundo.
1936
A Represa Hoover é concluída no Rio Colorado, nos Estados Unidos. Na época de sua construção, era a maior usina hidrelétrica do mundo e acarretou uma explosão de projetos hidrelétricos. Ela ainda está em operação atualmente, fornecendo energia para o Arizona, Nevada e Califórnia.
1984
O projeto da Barragem de Três Gargantas, na China, é aprovado. Após ter sido concluída, em 2012, tornou-se a maior usina hidrelétrica do mundo em termos de capacidade instalada.
Anos 2000-presente
A tecnologia hidrelétrica avança, aumentando o interesse em sistemas de pequena escala e instalações a fio d'água, que têm menos impacto ambiental do que projetos de barragens de grande escala. Essas tecnologias energéticas criam novas oportunidades para a capacidade hidrelétrica.
A energia hidrelétrica está sendo usada em todo o mundo para gerar eletricidade e fornecer energia limpa e renovável:
A China é o maior produtor de energia hidrelétrica do mundo, com mais de 356 mil megawatts de capacidade instalada. O país investiu pesadamente em projetos hidrelétricos, incluindo a Barragem de Três Gargantas, que é o maior projeto hidrelétrico do mundo. A barragem, localizada no rio Yangtze e concluída em 2012, tem capacidade para 22,5 gigawatts (GW).
As usinas hidrelétricas e outras fontes representam cerca de 6% da eletricidade gerada nos Estados Unidos.2 A barragem de Grand Coulee, no Rio Columbia, no estado de Washington, é o maior projeto hidrelétrico do país, com uma capacidade de geração de aproximadamente 6,8 GW. Mas talvez o projeto hidrelétrico mais conhecido do mundo seja a Represa Hoover. Localizada na fronteira entre o Arizona e Nevada, foi concluída em 1936 e tem uma capacidade de cerca de 2 GW. A barragem não apenas fornece eletricidade para concessionárias públicas e privadas em Nevada, Arizona e Califórnia, mas também regula o fluxo de água para irrigação e fornece controle de inundações.
A energia hidrelétrica é uma importante fonte de energia renovável na Europa, sendo responsável por mais de 12% da geração de eletricidade da União Europeia.3 A Noruega, por exemplo, gera mais de 90% de sua eletricidade total a partir de energia hidrelétrica.4 O maior projeto hidrelétrico da Europa em termos de capacidade é a barragem de Sayano-Shushensky, na Rússia. É a sétima maior usina hidrelétrica do mundo, com capacidade de 6,4 GW.
Existem vários projetos hidrelétricos importantes no continente sul-americano. A barragem de Itaipu, um empreendimento conjunto no rio Paraná entre o Brasil e o Paraguai, é uma das maiores produtoras de energia hidrelétrica em operação no mundo. Tem uma capacidade instalada de geração de 14 GW. E a represa de Guri, na Venezuela, também conhecida como usina hidrelétrica Simón Bolívar, tem capacidade de cerca de 10,2 GW e fornece até 80% da eletricidade do país.
Muitos países na África vêm recorrendo à energia hidrelétrica como forma de atender às suas necessidades energéticas cada vez maiores. Projetos como a Grande Barragem do Renascimento Etíope e a Barragem de Inga, na República Democrática do Congo, têm potencial para fornecer quantidades significativas de energia renovável ao continente. No Egito, a Barragem Alta de Assuã, no Rio Nilo, é um dos maiores projetos hidrelétricos da África. Concluída em 1970, tem capacidade de geração de aproximadamente 2,1 GW. A barragem tem impacto na agricultura e na economia do país, proporcionando maior armazenamento de água para irrigação e produção de energia hidrelétrica.
Como fonte de geração de eletricidade, a energia hidrelétrica oferece muitos benefícios e vantagens; no entanto, o método também tem suas limitações.
Desafios ambientais
Embora a energia hidrelétrica tenha um impacto ambiental menor do que a maioria das outras fontes de produção de eletricidade, ela ainda pode afetar os ecossistemas e os habitats da vida selvagem. Por exemplo, as barragens podem interromper o fluxo natural dos rios, levando a mudanças na temperatura da água, sedimentação e padrões de migração de peixes. A construção de grandes projetos hidrelétricos pode ser cara e produzir emissões de gases de efeito estufa. Uma vez concluídos, os reservatórios resultantes também podem produzir emissões de GEE. Quando a matéria orgânica presa no reservatório se decompõe, ela pode liberar metano, um gás de efeito estufa muito mais potente do que o dióxido de carbono. No entanto, vale a pena notar que a quantidade de metano produzida varia de acordo com as características específicas de cada reservatório.
Desafios de expansão
Os projetos hidrelétricos podem encontrar limitações geográficas — conforme mencionado, pode ser difícil encontrar locais adequados para certos tipos de geração de energia hidrelétrica. E seu desempenho geral não está imune ao impacto das mudanças nas condições meteorológicas. Embora a água ofereça uma fonte renovável para gerar eletricidade, os níveis e a disponibilidade da água podem mudar com base nas estações do ano, desastres naturais (como secas), mudanças de longo prazo nos padrões de precipitação ou contaminação do suprimento de água.
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A energia renovável é a energia gerada a partir de fontes naturais que se renovam mais rapidamente do que são utilizadas.
A descarbonização é um método de mitigação das mudanças climáticas que reduz as emissões de gases de efeito estufa (GEE).
As mudanças climáticas se referem ao aquecimento global, o aumento documentado da temperatura global da superfície da Terra desde o final do século XIX.
Compreender as vantagens e desvantagens das energias renováveis pode ajudar as organizações a planejar melhor sua implementação.
A capacidade global de geração de energia renovável está se expandindo mais rapidamente do que em qualquer outro momento nos últimos trinta anos.
Compreender os tipos de fontes de energia renovável atualmente disponíveis é fundamental para reduzir a pegada de carbono e os impactos ambientais das organizações.
Notas de rodapé
1 Hydropower Special Market Report (link externo ao site ibm.com), Agência Internacional de Energia, junho de 2021
2 Hydropower explained (link externo a ibm.com), US Energy Information Administration (EIA) e Departamento de Energia dos EUA, abril de 2023
3 Lançando luz sobre a energia - edição 2023 (link externo ao site ibm.com), Eurostat, março de 2023
4 Política de segurança elétrica da Noruega (link externo ao site ibm.com), Agência Internacional de Energia, outubro de 2022