INSTITUTO FEDERAL GOIANO CAMPUS URUTAÍ
PAULO TÁRCYO, RODRIGO PIVA E ROMENIG MARCOS
USINAS HIDRELÉTRICAS E PCHS
URUTAÍ - GO 2011
PAULO TÁRCYO, RODRIGO PIVA E ROMENIG MARCOS
USINAS HIDRELÉTRICAS E PCHS
Trabalho a ser entregue para obtenção de nota à matéria de Física I do curso de Engenharia Agrícola do Instituto Federal Goiano – Campus Urutaí. Professor: Waltenir.
URUTAÍ - GO 2011
Introdução. A primeira hidrelétrica do Brasil para serviços de utilidade pública foi a do rio Paraibúna, produzia energia para a cidade de Juiz de Fora (MG). O Brasil está entre os cinco maiores produtores de energia hidrelétrica no mundo, segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) . Atualmente operam no país 158 usinas hidrelétricas, que produzem um total de 74.438.695 kW (maio/2007). US$ 3,7 bilhões. Este é o custo segundo cálculos da Eletronorte, que defende o projeto como um dos empreendimentos hidrelétricos com menor custo operacional do mundo. Em comparação com as alternativas economicamente viáveis, as centrais hidrelétricas são consideradas formas mais eficientes, limpas e seguras de geração de energia. Por outro lado, a construção e a utilização de usinas podem ter uma série de conseqüências negativas, que abrangem desde alterações nas características climáticas, hidrológicas e geomorfológicas locais até a morte de espécies que vivem nas áreas de inundação e nas proximidades. PCH´s são instalações que resultam em menores impactos ambientais e se prestam à geração descentralizada.
De acordo com a matriz energética, usina hidrelétrica é a que usa a energia potencial da água convertendo-a em energia elétrica, para que isso ocorra é necessária à construção de barragens para criar um desnível no leito do rio fazendo com que a água passe pelas turbinas girando-as e transformando a energia potencial em energia elétrica que vai para uma central de onde e distribuída para seu destino final ou intermediário. De acordo com a resolução nº 394 - 04-12-1998 da ANEEL-Agência Nacional de Energia Elétrica, PCH (Pequena Central Hidrelétrica) é toda usina hidrelétrica de pequeno porte cuja capacidade instalada seja superior a 1 MW e inferior a 30 MW. Além disso, a área do reservatório deve ser inferior a 3 km². Uma PCH típica normalmente opera a fio d'água, isto é, o reservatório não permite a regularização do fluxo d´água. Com isso, em ocasiões de estiagem a vazão disponível pode ser menor que a capacidade das turbinas, causando ociosidade. Em outras situações, as vazões são maiores que a capacidade de engolimento das máquinas, permitindo a passagem da água pelo verterdor. Por esse motivo, o custo da energia elétrica produzida pelas PCHs é maior que o de uma usina hidrelétrica de grande porte (UHEUsina Hidrelétrica de Energia), onde o reservatório pode ser operado de forma a diminuir a ociosidade ou os desperdícios de água. Entretanto as PCH´s são instalações que resultam em menores impactos ambientais e se prestam à geração descentralizada. Este tipo de hidrelétrica é utilizada principalmente em rios de pequeno e médio porte que possuam desníveis significativos durante seu percurso, gerando potência hidráulica suficiente para movimentar as turbinas. As resoluções elaboradas pela ANEEL permitem que a energia gerada nas PCH´s entre no sistema de eletrificação, sem que o empreendedor pague as taxas pelo uso da rede de transmissão e distribuição. O benefício vale para quem entrou em operação até 2003. As PCH ´s são dispensadas ainda de remunerar municípios e Estados pelo uso dos recursos hídricos. A primeira usina hidrelétrica brasileira foi construída no município de Diamantina (MG), aproveitando as águas do Ribeirão do Inferno, afluente do rio Jequitinhonha. Mas a primeira hidrelétrica do Brasil para serviços de utilidade pública foi a do rio Paraibúna, produzia energia para a cidade de Juiz de Fora (MG). Era muito difícil naquela época construir uma usina elétrica. O Brasil não tinha nenhuma fábrica de máquinas térmicas, nem possuía grandes reservas exploradoras de carvão ou petróleo, que são os combustíveis dessas máquinas.
O panorama só começou a mudar realmente à partir da 1ª Guerra Mundial. Pois ficou muito difícil importar, e por isso, muitos bens passaram a ser feitos aqui. Isso fez com que numerosas indústrias viessem para o Brasil, principalmente para São Paulo, todas elas precisando consumir grandes quantidades de energia elétrica. O governo resolveu então dar incentivos para as empresas de energia elétrica que quisessem vir para o Brasil. A mais importante foi a “band and Share”, norte-americana que organiza dez empresas de energia elétrica, localizada em nove capitais brasileiras e na cidade de Pelotas (RS). Em 1930, o Brasil já possuía 891 usinas, sendo 541 hidrelétricas, 337 térmicas e 13 mistas. Com a 2ª Guerra Mundial voltou o problema de importação e de racionamento de carvão e petróleo. A essa altura a usina elétrica já era utilizada para outras finalidades, além da indústria da iluminação pública e doméstica. Uma delas era o transporte elétrico no Brasil. Por isso, eles ficaram conhecidos com o nome de "bondes". Mas o crescimento da capacidade instalada continuava pequeno. Em 1940 tínhamos 1.243MW e, em 1945 havíamos aumentado para apenas 1.341MW. O governo decidiu intervir para aumentar a taxa de crescimento e disciplinar melhor à produção e distribuição de energia elétrica que até então estava nas mãos das empresas estrangeiras. Um dos primeiros passos foi à criação da Companhia Hidrelétrica de São Francisco (CHESF) que imediatamente começou a construir a usina de Paulo Afonso. Em 1952 foram organizadas as centrais de Minas Gerais (CEMIG) com cinco empresas regionais e suas subsidiárias. Em 1957, criam-se as centrais elétricas de Furnas, que comandou a construção das usinas de Porto Colômbia, Marimbondo, Estreito, Volta Grande e Água Vermelha. Em 1966, foram reunidas as centrais elétricas do Rio Pardo CHERP as usinas elétricas de Paranapanema (USEIPA) e as centrais elétricas de Urubupunbá (CELUSA), para formar as centrais elétricas de São Paulo (CESPE). Já em 1954 o presidente Getúlio Vargas sentira necessidade de criar uma grande empresa estatal para planejar e coordenar a construção das usinas produtoras de energia e sistematizar sua distribuição. No entanto sua idéia só vingou em 1963 no governo de Jânio Quadros. A partir daí, o panorama da energia elétrica brasileira mudou radicalmente. Enquanto entre 1940 a 1945 a capacidade instalada aumentara apenas 1,5%. Entre 1962 1976 ela triplicou passando de 5.729mW para 17.700MW. E de 1976 para 1985 esperava-se que novamente triplique. Para isso era necessário contar com a usina de Itaipú, a maior hidrelétrica do mundo com 14.000MW.
Paralelamente a esse aumento da capacidade instalada, a Eletrobrás estuda outras fontes de energia como a solar e a das marés, e formas de transportar grandes quantidades de energia a longas distâncias. Quando os rios das regiões Sudeste, Sul e Nordeste estiverem totalmente aproveitados será possível transferir energia entre várias regiões por intermédio de um sistema elétrico integrado de âmbito nacional. Em relação aos custos de implantação, é de US$ 3,7 bilhões segundo cálculos da Eletronorte, que defende o projeto como um dos empreendimentos hidrelétricos com menor custo operacional do mundo. A cifra, entretanto, não convence o especialista Célio Bermann, professor do Programa de Pós-Graduação em Energia da Universidade de São Paulo (USP): “Eles estão entrando numa nova etapa do capitalismo internacional, que transforma um investimento de, no mínimo, US$ 11 bilhões em US$ 3,7 bilhões. Falo em US$ 11 bilhões porque o custo médio internacional para a geração de hidroeletricidade é de US$ 1 mil o kilowatt instalado, considerando uma taxa de desconto de 15%, adotada no mercado brasileiro, e um tempo de retorno de 15 anos, período para viabilizar financeiramente qualquer investimento no país. Também deve se acrescentar a isso o fato de ser na Amazônia, longe do material de construção do empreendimento, o que, em vez de reduzir, eleva a média nacional”. Bermann, que define Belo Monte como uma usina cara e inútil, lembra que a Usina Hidrelétrica de Tucuruí tinha um orçamento estimado em US$ 2,1 bilhões, sendo que o seu custo atualizado é de cerca de US$ 7,5 bilhões, sem incluir as linhas de transmissão. Este exemplo também é utilizado pelo jornalista paraense Lúcio Flávio Pinto, em muitos de seus artigos sobre o projeto. A Eletronorte adota a cifra de US$ 4,7 bilhões. “Os planos são de responsabilidade da Eletronorte. Em relação ao Plano de Inserção Regional (PIR), há um acerto deste governo (FHC) de que sejam alocados US$ 300 milhões em 20 anos nos municípios da área de influência da obra, sendo US$ 10 milhões nos 10 primeiros anos e US$ 20 milhões nos últimos 10 anos. O Plano de Desenvolvimento Sustentável foi feito pela nossa equipe, que já tem prática nisso, e está sendo discutido com a comunidade”, Cada usina dessa custa muito dinheiro, devido a grandes obras de engenharia que precisam ser feitas. E, como em geral ficam distantes das cidades, onde há necessidade de muita energia para as indústrias e para iluminar ruas e casas, é preciso construir longas linhas de transmissão para transportar a energia gerada. Por isso, o Brasil tem de procurar também outras fontes de energia.
Nas usinas hidrelétricas, a energia elétrica tem como fonte principal a energia proveniente da queda de água represada a certa altura. A energia potencial que a água tem na parte alta da represa é transformada em energia cinética, que faz com que as pás da turbina girem, acionando o eixo do gerador, produzindo energia elétrica. Utiliza-se a energia hídrica no Brasil em grande escala, devido aos grandes mananciais de água existentes. Atualmente estão sendo discutidas fontes alternativas para a produção de energia elétrica, pois a falta de chuvas está causando um grande déficit na oferta de energia elétrica. Nas usinas hidrelétricas, a água do lago (ou reservatório) formado pelo fechamento da barragem é transportada por canais, túneis e/ou condutos metálicos até a casa de força, onde passa por uma turbina hidráulica acoplada a um gerador, no qual a potência mecânica é transformada em potência elétrica; depois de passar pela turbina, a água retorna ao leito natural do rio. A energia é conduzida por cabos ou barras condutoras dos terminais do gerador até o transformador elevador, no qual sua voltagem é elevada para permitir a condução, pelas linhas de transmissão, até os centros consumidores, onde, por meio de transformadores abaixadores, o nível da voltagem é levado aos níveis indicados para utilização. Em comparação com as alternativas economicamente viáveis, as centrais hidrelétricas são consideradas formas mais eficientes, limpas e seguras de geração de energia. Suas atividades provocam emissão incomparavelmente menor de gases causadores do efeito estufa do que as das termelétricas movidas a combustíveis fósseis, além de não envolverem os riscos implicados, por exemplo, na operação das usinas nucleares (vazamento, contaminação de trabalhadores e da população com material radioativo etc.). Uma descoberta mais recente em favor das usinas hidrelétricas é o método para aproveitamento da madeira inundada, que já vem sendo adotado na usina de Tucuruí, no rio Tocantins. Por outro lado, a construção e a utilização de usinas podem ter uma série de conseqüências negativas, que abrangem desde alterações nas características climáticas, hidrológicas e geomorfológicas locais até a morte de espécies que vivem nas áreas de inundação e nas proximidades. A construção da usina de Porto Primavera, por exemplo, reduziu à planície de inundação do alto rio Paraná a quase metade dos 809 km originais. O desajuste do regime hidrológico afeta a biodiversidade da planície e pode acarretar a interrupção do ciclo de vida de muitas espécies (mais comumente de peixes de grande porte e migratórios) e a multiplicação de espécies sedentárias (de menor valor), o que, conseqüentemente, afeta as populações ribeirinhas que vivem da pesca.
Além disso, o represamento do rio e²88€ormação do reservatório, aliado às modificações no ambiente decorrentes da presença do homem (principalmente pelas migrações relacionadas à obra) provocam o desequilíbrio do ecossistema e favorecem a propagação de endemias como a esquistossomose, a malária e o tracoma. Ao expulsar comunidades de seus locais de origem, a inundação das represas também provoca impactos socioeconômicos de difícil superação, especialmente no caso de populações de baixa renda e que apresentam condições precárias de educação, saúde e alimentação, como ocorreu com a construção do reservatório de Sobradinho, no rio São Francisco, que afetou cerca de setenta mil habitantes — que viviam basicamente da agricultura de vazante, da pesca artesanal e da criação de caprinos —, a maioria dos quais teve grandes dificuldades de adaptação aos locais para onde foram transferidos e à prática de novas atividades para garantir o sustento. A situação é menos complicada quando a população atingida apresenta nível mais elevado de educação formal, como ocorreu em Itaipu. A degeneração de valores etnoculturais é outro risco apresentado pelas atividades que envolvem a instalação de usinas hidrelétricas, mais intenso quando atinge comunidades indígenas — foi o que aconteceu, por exemplo, nas usinas de Balbina (com os WaimiriAtroari) e Tucuruí (com os Paracanã). As preocupações relativas aos efeitos danosos dos empreendimentos hidrelétricos convergem, sobretudo para a região amazônica, devido às peculiaridades locais. Em primeiro lugar, a área abriga a floresta amazônica, maior bioma terrestre do mundo, e declarado patrimônio nacional pela Constituição Federal (art. 225), o que torna mais complexas as negociações para instalação de quaisquer empreendimentos que provocam impactos ambientais e culturais. Além disso, é a região onde se encontra a maior parte das comunidades indígenas brasileiras, que pela Constituição Federal não podem ser removidas de suas terras — exceto em casos de catástrofes ou epidemias que ocasionem riscos à sua população, ou para defender a soberania do país (o aproveitamento de recursos hídricos nesses locais só pode ser feito com a autorização do Congresso Nacional, e depois de ouvidas as comunidades implicadas).
Adicionalmente, a fragilidade de seus ecossistemas; seu atributo de
regulador climático do continente; sua riqueza em minérios e madeira; o fato de ter grande parte de sua extensão ocupada pela floresta tropical úmida (da qual depende seu ciclo hidrológico); e as intensas tensões sociais existentes na região, entre outros fatores, exigem precauções singulares para o aproveitamento do potencial da região. Algumas das medidas obrigatórias e/ou tradicionalmente adotadas pelos empreendedores para minimizar os impactos negativos da construção de usinas revelaram-se
insuficientes ou equivocadas. Por exemplo, nas estações de piscicultura, inicialmente usadas como uma alternativa às construções de escadas de peixes, consideradas caras e ineficazes, e que foram utilizadas por grande número de concessionárias, em muitos casos houve a colocação de espécies erradas em locais inadequados e com a utilização de métodos impróprios, o que invalidou os esforços para preservação da ictiofauna. Vários equívocos também marcaram a utilização de escadas para transposição de peixes — por exemplo, sua instalação em riachos onde só havia espécies sedentárias. Além disso, há indicadores de que as escadas dificilmente seriam eficazes para preservar ou conservar os estoques em presença de barragens em série, como na bacia do rio Paraná. Ainda que alguns rios afluentes sejam áreas propícias para a desova, são necessários locais sazonalmente alagados para o desenvolvimento inicial das grandes espécies migradoras da bacia, e a maioria dessas áreas estão reguladas pelos reservatórios ou foram drenadas para o desenvolvimento agrícola. Em relação às populações expulsas pela inundação do reservatório, foi um erro supor que o simples reassentamento (mesmo com indenização pela desapropriação) seria suficiente para compensar transtornos e prejuízos decorrentes, sem esforços para requalificar a mão-deobra e programas de assistência médica, educacional e financeira, ao menos no período de adaptação às novas condições. Entre os problemas por enfrentar incluem-se ainda a carência de metodologias para avaliação adequada de impactos ambientais (mapas temáticos, listagens de verificação, matrizes de interação etc.) e a deficiência de mecanismos para articular a atuação dos empreendedores com as instituições responsáveis pela política econômica e social das regiões atingidas e para garantir a participação dos grupos afetados na tomada de decisão desde a fase inicial do ciclo de planejamento da geração hidroelétrica (que compreende a estimativa do potencial, o inventário, o estudo de viabilidade, o projeto básico e o projeto executivo). Em dois dos países com maior capacidade instalada de geração hidráulica, Estados Unidos e Canadá, a sociedade participa da própria definição dos termos de referência dos Estudos de Impacto Ambiental (EIAs). Especialistas apontam como providências imprescindíveis para minimizar alguns dos efeitos adversos da construção e uso de centrais hidrelétricas o reflorestamento das margens dos reservatórios e de seus afluentes; os programas de conservação da flora e da fauna e implantação de áreas protegidas; o inventário, resgate, relocação e monitoramento de espécies ameaçadas de extinção que ocorriam na área atingida; a avaliação dos efeitos do enchimento dos reservatórios sobre as águas subterrâneas; o monitoramento da qualidade da água; e a
realização de estudos arqueológicos antes do enchimento do reservatório (na usina de Samuel, no rio Jamari, esse procedimento levou ao resgate de fatos históricos da região, que remontam há dez mil anos). Outro consenso entre os estudiosos é a vantagem de realização de um plano de longo prazo que privilegie, sempre que possível, a abertura em seqüência das bacias de determinada região (por oposição à prática usual de construção de usinas dispersas em bacias distintas). Por esse método, só se iniciaria a exploração de uma bacia após estar quase concluído o aproveitamento de outra da região. Assim, por exemplo, a usina de Belo Monte, no rio Xingu, só seria construída após a implementação da maioria dos aproveitamentos do médio Tocantins; a bacia do Tapajós só seria explorada após estar quase esgotado o potencial do Xingu, e assim por diante. Além dos benefícios ambientais — sobretudo o gerenciamento mais eficaz dos ecossistemas —, esse sistema acarreta uma série de benefícios econômicos, como a otimização do aproveitamento de estradas de acesso e sistemas de transmissão. Entre os diversos instrumentos criados nos últimos anos para ordenar a exploração do potencial hidrelétrico brasileiro e aprimorar as práticas ambientais no setor, alguns dos principais são a Resolução Aneel 393/98 — que estabelece que os detentores de registro de estudos de inventário deverão fazer consulta formal aos órgãos estaduais e federais incumbidos da gestão dos recursos hídricos, e aos órgãos ambientais, para definir os estudos relativos a esses aspectos — e a Lei 9.433, de 1997, que instituiu a Política Nacional de Recursos Hídricos e criou o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos. A lei determina a articulação entre a atuação dos empreendedores, os usuários e os setores e órgãos regionais, estaduais e federais responsáveis pelo planejamento de recursos hídricos; estabelece a integração da gestão das bacias hidrográficas com a dos sistemas estuarinos e zonas costeiras; e estipula que os valores arrecadados com a cobrança pelo uso de recursos hídricos serão aplicados na bacia em que foram gerados e usados para financiar pesquisas, projetos e obras incluídos nos Planos de Recursos Hídricos. O gerenciamento de bacias hidrográficas por meio da integração e participação dos usuários de suas águas, de representantes dos municípios afetados e da administração federal é feito com sucesso nos Estados Unidos (com a Tennessee Valley Authority) e na França, que foi dividida em seis bacias hidrográficas, cada qual com agência financeira própria, encarregada de cobrar taxas pelo uso das águas e administrar esses recursos. Cada comitê de bacia tem a incumbência de aprovar periodicamente um programa plurianual, o orçamento anual e as tarifas a serem cobradas aos usuários.
Em uma instalação hidrelétrica, a barragem represa as águas de um rio formando um reservatório. Esta água represada é conduzida por meio de tubulações até uma turbina (roda com pás). A energia potencial, existente entre o nível do reservatório antes da barragem e o nível do rio após a barragem transforma-se em energia cinética, através da água que faz girar a turbina. A turbina está ligada por um eixo a um gerador de energia elétrica que, que conseqüentemente, também entra em movimento. No gerador a energia cinética, ou energia mecânica, é transformada em energia elétrica. A energia elétrica produzida vai para uma subestação de onde é transmitida para os centros de consumo. As turbinas, em função da sua forma, podem ser de 3 tipos: Kaplan, Francis e Pelton. A escolha do tipo depende da altura da queda d’água e do regime de operação da usina. O gerador é composto de um rotor (imã), que gira no interior de uma bobina (estator), provocando o aparecimento de uma corrente elétrica. A maior usina hidrelétrica do Brasil é a de Itaipu (Foz de Iguaçu) que tem capacidade de 12600 MW, porém é binacional. A Usina Hidrelétrica de Tucuruí constitui-se de uma das maiores obras da engenharia mundial e é a maior usina 100% brasileira em potência instalada com seus 8.000 MW, não é em qualquer lugar que existem rios com potencial hidrelétrico. As hidrelétricas produzem 92,4% da potência hidrelétrica no Brasil, para uma capacidade total instalada de mais 17.700MW. O Brasil está entre os cinco maiores produtores de energia hidrelétrica no mundo, segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Atualmente operam no país 158 usinas hidrelétricas, que produzem um total de 74.438.695 kW (maio/2007). Já estão em construção outras 9 usinas. Outras 26 outorgadas entre 1998 e 2005 ainda não iniciaram sua construção. Essas usinas hidrelétricas são construídas em locais onde se pode melhor aproveitar as influências e os desníveis dos rios, que geralmente estão distantes dos centros consumidores. O sistema eletro energético brasileiro opera de forma coordenada, buscando de essa forma minimizar os custos globais de produção de energia elétrica.
Conclusão Conclui que no decorrer deste trabalho descobrimos que usinas hidrelétricas é uma fonte renovável mais segura e limpa em relação a outros fatores. A única desvantagem que tem e o desmatamento na área que vai ser feita o represamento da água fornecida para a usina hidrelétrica. Só que com estudos mais avançados já foi descoberta a utilização do madeiramento de árvores que ficam de baixo D’água. O custo de uma usina e de cerca de US$ 3,7 bilhões onde ocorre certo tempo de retorno deste custo que e em torno de 15 anos. Pch’s são pequenas centrais hidrelétricas que produz cerca de 1 MW e menos que 30 MW. Umas das maiores usinas hidrelétricas do mundo está localizada na América do Sul, que é a de ITAIPU, ela e uma usina binacional. A maior usina brasileira e a TUCURUÌ que produz 8.000 MW. O Brasil e um país rico em águas correntes, onde o aumento de usinas esta crescendo. No momento aqui no Brasil operam 158 usinas hidrelétricas, que produzem um total de 74.438.695 kW e ainda esta sendo construídas mais algumas.
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