18.5: Energia hidrelétrica

A energia hidrelétrica (energia hidrelétrica) refere-se à energia da água em movimento, que pode ser usada para gerar eletricidade. Em última análise, é impulsionado pela energia solar. A água em altitudes elevadas é reabastecida por meio de evaporação (induzida pelo calor solar), condensação e precipitação. A água em movimento gira uma turbina (figura\(\PageIndex{a}\)) e isso move ímãs dentro de uma bobina de arame, causando o movimento de elétrons em um gerador. O resultado é uma corrente elétrica (eletricidade). A combustão de combustíveis fósseis ou biocombustíveis, energia nuclear, energia eólica e sistemas solares térmicos seguem esse mesmo mecanismo geral; a diferença é o que faz a turbina girar.

Figura\(\PageIndex{a}\): Uma turbina de água. A água em movimento gira as pás da turbina. O portão do wicket controla o fluxo de água. A água em movimento faz com que os ímãs no rotor girem e movam elétrons dentro das alças do fio no estator, gerando uma corrente elétrica. Imagem do Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA (domínio público).

Existem vários tipos de energia hidrelétrica, mas cada um gera eletricidade por meio do mesmo mecanismo geral descrito acima. O uso mais conhecido da energia hidrelétrica envolve barragens. As barragens bloqueiam o fluxo dos rios, produzindo um lago artificial (reservatório) rio acima. A liberação de água é então controlada. Parte dessa água se move através de um canal (conduto forçado), e essa energia cinética (energia do movimento) é aproveitada em eletricidade (figura\(\PageIndex{b}\)). Na hidroeletricidade fluvial, a turbina é colocada diretamente em um rio, e o fluxo natural de água através do rio gira a turbina. A energia das marés e a energia das ondas do oceano (figura\(\PageIndex{c}\)) também são consideradas formas de energia hidrelétrica. No entanto, a energia das marés surge da atração gravitacional da lua e do sol mais distante nos oceanos da Terra, combinada com a rotação da Terra. Em outras palavras, a maioria das formas de energia hidrelétrica são formas indiretas de energia solar, com exceção da energia das marés.

Figura\(\PageIndex{b}\): Uma seção de uma barragem hidrelétrica. A água no reservatório passa pela entrada para o conduto forçado, que é um canal estreito. A água em movimento transforma uma turbina. Isso alimenta o gerador na casa de força. A água continua descendo o rio. Enquanto isso, a eletricidade é distribuída por linhas de energia de longa distância. Imagem da Autoridade do Vale do Tennessee (domínio público).

Figura\(\PageIndex{c}\): Uma forma de aproveitar a energia das ondas é com um absorvedor. Os absorvedores extraem energia da ascensão e queda das ondas com uma bóia. A bóia consiste na bóia, que está acima da água e em uma placa pesada. A longarina estreita conecta os dois. Um cabo conecta a placa pesada de cada bóia a uma subestação submarina e outro cabo vai da subestação até a costa. Imagem e legenda (modificadas) por OpenEI (domínio público).

Pequenos projetos hidrelétricos oferecem soluções de energia para muitas comunidades remotas em todo o mundo, como as do Nepal, Índia, China e Perú, bem como para países altamente industrializados, como os Estados Unidos. Pequenos sistemas hidrelétricos são aqueles que têm uma capacidade entre 0,01 e 30 megawatts (MW) de potência. Para referência, um gerador de 1 MW operando por uma hora (produzindo 1 MWh) gera eletricidade suficiente para abastecer uma casa média nos EUA por pouco mais de um mês. Pequenos sistemas hidrelétricos que geram menos de 0,1 MW são mais especificamente chamados de sistemas de microenergia (figura\(\PageIndex{d}\)). A maioria dos sistemas usados por proprietários residenciais e de pequenas empresas se qualificaria como sistemas de microenergia. Na verdade, um sistema de 10 kW geralmente pode fornecer energia suficiente para uma casa grande, um pequeno resort ou uma fazenda de hobby.

Figura\(\PageIndex{d}\): Um sistema microhidrelétrico. Embora existam várias maneiras de aproveitar a água em movimento para produzir energia, os sistemas fluviais, que não requerem grandes reservatórios de armazenamento, são frequentemente usados para projetos de microenergia. Para projetos hidrelétricos fluviais, uma parte da água de um rio é desviada para um canal, tubulação ou tubulação pressurizada (conduto forçado) que a leva a uma roda d"água ou turbina. Nesta imagem, a água do rio passa pela entrada e depois para o canal, a baía dianteira, o conduto forçado e a central elétrica, que contém a turbina. A água em movimento gira a roda ou a turbina, que gira um eixo. O movimento do eixo pode ser usado para processos mecânicos, como bombear água, ou pode ser usado para produzir eletricidade. Nesta imagem, linhas elétricas conectam a central elétrica a uma casa próxima.

Um benefício do uso de energia hidrelétrica é que barragens e reservatórios também podem ser usados para recreação, controle de inundações e armazenamento de água doce (consulte Escassez de água e soluções). Embora nunca fiquemos sem água em movimento, o potencial de usar energia hidrelétrica varia com base na precipitação. Por exemplo, durante uma seca, os níveis de água em um reservatório diminuem e há menos água liberada para gerar eletricidade. Como acontece com a maioria das fontes de energia renovável, a energia hidrelétrica não é prática em todos os lugares e é mais eficaz em regiões montanhosas com altas chuvas e derretimento da neve.

As barragens hidrelétricas e os reservatórios que elas criam degradam o habitat e impactam negativamente as espécies nativas. Por exemplo, a migração de peixes para suas áreas de desova a montante pode ser obstruída por barragens. Em áreas onde o salmão precisa viajar rio acima para desovar, como ao longo do rio Columbia em Washington e Oregon, as barragens bloqueiam seu caminho (figura\(\PageIndex{e}\)). Esse problema pode ser parcialmente aliviado com o uso de “escadas de peixe” que ajudam o salmão a contornar as barragens (figura\(\PageIndex{f}\)). Os peixes que viajam rio abaixo, no entanto, podem ser mortos ou feridos à medida que a água se move pelas turbinas da barragem. Reservatórios e operação de barragens também podem afetar os habitats aquáticos devido a mudanças na temperatura da água, profundidade da água, química, características de fluxo e cargas de sedimentos, o que pode levar a mudanças significativas na ecologia e nas características físicas do rio, tanto a montante quanto a jusante. Quando os reservatórios se enchem de água pela primeira vez, eles inundam habitats terrestres (terrestres), fazendas, cidades e sítios arqueológicos e culturais, às vezes forçando as populações a se realocarem. A vegetação terrestre se decompõe lentamente em condições pobres em oxigênio, liberando metano na atmosfera, um potente gás de efeito estufa. Nesse sentido, a energia hidrelétrica gera poucos poluentes atmosféricos durante a operação, mas a construção contribui para as mudanças climáticas.

Figura\(\PageIndex{e}\): A represa Grand Coulee, no rio Columbia, no estado de Washington, criou o Lago Roosevelt, que oferece recreação ao ar livre, como pesca e natação. No entanto, comprometeu as populações de salmão e inundou locais sagrados para as pessoas da tribo Spokane. Imagem do Departamento de Reclamação dos EUA (domínio público).

Figura\(\PageIndex{f}\): Esquerda: A escada de peixes em John Day Lock and Dam ao longo do rio Columbia, no Oregon, permite que peixes adultos migrem sozinhos acima da barragem. Direita: Diagrama de uma escada de peixe, que permite a passagem do salmão por uma barragem. Os salmões nadam rio acima para desovar (se reproduzir) e são capazes de subir os degraus da escada. O fluxo da escada atrai salmão migratório. Na piscina giratória, eles giram e depois sobem o próximo lance da escada até passarem pela represa. Imagem e legenda à esquerda (modificadas) do Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA e imagem à direita da NOAA Fisheries (domínio público).

Embora projetos hidrelétricos de barragens em grande escala sejam frequentemente criticados por seus impactos no habitat da vida selvagem, na migração de peixes e no fluxo e qualidade da água, pequenos projetos fluviais estão livres de muitos desses problemas ambientais. Por usarem o fluxo natural do rio, dificilmente alteram o canal e o fluxo do riacho. Assim, efeitos como esgotamento de oxigênio, aumento da temperatura, diminuição do fluxo e impedimento da migração a montante não são problemas para muitos projetos à beira do rio.

Atribuição

Modificado por Melissa Ha de Energia Renovável e Desafios e Impactos do Uso de Energia da Biologia Ambiental por Matthew R. Fisher (licenciado sob CC-BY)