Uma usina hidrelétrica é um conjunto de obras de engenharia hidráulica em conjunto com uma série de máquinas adequadas. O objetivo de uma usina hidrelétrica é obter eletricidade a partir da energia potencial de massas de água em movimento.
Esses tipos de usinas aproveitam a energia potencial da água para gerar energia elétrica.
A energia produzida pelas usinas hidrelétricas deve ser classificada em todos os aspectos como energia renovável. Graças ao ciclo da água, este recurso pode ser reutilizado indefinidamente para o mesmo fim, sem passar por um processo de purificação. O conceito de renovabilidade está subordinado à constância do volume anual de insumos totais.
As usinas hidrelétricas têm a particularidade de serem acionadas e desativadas em poucos minutos com a abertura imediata das válvulas gaveta hidráulica. Esta característica proporciona a possibilidade de cobrir facilmente picos repentinos de demanda de energia elétrica que possam ocorrer.
Como funciona uma usina hidrelétrica?
Uma moderna usina hidrelétrica é composta por: reservatório, barragem, comportas, turbinas e geradores.
O tanque armazena o “combustível” e permite aos operadores controlar a quantidade de água que alimenta as turbinas. Também serve como tanque de decantação: a maior parte da sujeira e detritos da água depositam-se no fundo e longe da área de sucção.
Entrada de água
A água proveniente da bacia é transportada para as turbinas através de uma entrada (barragem) e uma comporta. Um sistema de filtro de entrada limpa ainda mais a água para garantir que ela esteja relativamente livre de sólidos em suspensão, o que poderia danificar as pás da turbina.
Os sistemas hidráulicos trabalham juntos para abrir e fechar válvulas de gaveta que permitem que o fluxo de água flua a jusante da bacia. Esses sistemas são: o regulador, os freios, os controles do portão, etc.
Turbina hidráulica
A roda d'água do passado tornou-se uma turbina moderna. Ao contrário do formato e configuração das pás, os três principais tipos de turbinas são Francis, Kaplan e Pelton, em homenagem aos seus inventores.
Independentemente do tipo de projeto, a turbina transforma a energia cinética do movimento ou queda da água em energia mecânica.
Gerador elétrico
A turbina é conectada através do eixo ao rotor de um gerador elétrico que converte energia mecânica em eletricidade.
Para máxima eficiência, as turbinas são feitas sob medida para cada usina hidrelétrica.
Tipos de usinas hidrelétricas
Alguns dos tipos mais comuns são:
- Usinas hidrelétricas de reservatório: armazenam água em um reservatório, liberando-a gradativamente para acionar turbinas e gerar energia elétrica. Eles são os mais comuns.
- Usinas a fio d'água: Não armazenam água e dependem da vazão constante dos rios ou córregos para gerar energia.
- Estações de bombeamento: Armazenam água em dois reservatórios em alturas diferentes e geram eletricidade bombeando água do reservatório inferior para o superior durante os períodos de baixa demanda e, em seguida, liberando-a para baixo durante os picos de demanda.
- Usinas de energia das marés: capturam a energia das marés, permitindo que a água flua de e para uma bacia de marés por meio de turbinas.
- Usinas hidrelétricas subterrâneas: Utilizam cavernas ou cavidades subterrâneas para armazenar água e gerar energia, o que minimiza o impacto ambiental na superfície.
- Pequenas centrais hidroeléctricas ou micro-hidroeléctricas: São instalações mais pequenas utilizadas em áreas remotas ou comunidades rurais para gerar electricidade local.
- Usinas de fluxo contínuo: Essas usinas utilizam a corrente constante de pequenos rios para gerar eletricidade continuamente.
Plantas de bombeamento
As usinas reversíveis são usinas de energia que enchem sua própria bacia de armazenamento com água quando a eletricidade é produzida além do consumo.
A central compra então electricidade a um preço inferior ao seu preço médio, altura em que muda a sua configuração e bombeia água para os seus tanques de armazenamento. Quando o consumo excede o fornecimento de eletricidade, a central elétrica vende aos consumidores a eletricidade que produz a partir dos seus tanques de armazenamento a um preço mais caro do que o seu preço médio.
As estações elevatórias utilizam dois reservatórios localizados em alturas diferentes. Quando há demanda, a usina gera eletricidade como uma usina convencional. A água cai do reservatório superior, aciona as turbinas e é armazenada no reservatório inferior.
Quando a demanda é baixa, a água é bombeada novamente do reservatório inferior, no sopé da barragem, para o reservatório superior.
Características principais
A capacidade de produção de uma usina hidrelétrica é determinada por vários fatores principais:
- Diferença de altura: A potência gerada depende da diferença de altura entre o nível médio do reservatório e o nível da água no sopé da barragem.
- Fluxo máximo: A capacidade do fluxo de água passar pelas turbinas é um fator essencial.
- Características das turbinas e geradores: A eficiência das turbinas e geradores elétricos utilizados na usina influencia a produção de energia.
- Capacidade energética anual: A quantidade de energia que a central consegue gerar num determinado período, geralmente um ano, é um indicador da sua capacidade.
Tipos de turbinas hidráulicas
- Turbina Pelton: Adequada para grandes quedas d'água e vazões baixas a moderadas.
- Turbina Kaplan: Ideal para vazões variáveis e alturas manométricas moderadas.
- Turbina Turgo: Utilizada em aplicações de vazão média e altura manométrica moderada.
- Turbina Francis: Versátil e adequada para uma variedade de vazões e alturas.
Vantagens das usinas hidrelétricas
Os benefícios da geração de energia elétrica por meio de usinas hidrelétricas em comparação com outras alternativas são:
Baixo custo econômico
A principal vantagem da energia hidrelétrica é a eliminação dos custos com combustíveis. O custo de funcionamento de uma central hidroeléctrica é quase imune aos aumentos nos custos dos combustíveis fósseis.
O combustível não é necessário e não precisa ser importado.
O custo geral de mão de obra é baixo, pois as plantas são automatizadas e contam com poucos funcionários durante a operação.
Uma central hidroeléctrica pode ser estabelecida com custos de construção relativamente baixos, proporcionando uma fonte de rendimento útil para compensar os custos operacionais básicos.
Vantagens ambientais
Essa forma de gerar energia não emite gases de efeito estufa.
Por ser uma energia renovável, não consome combustíveis fósseis. Portanto, não emite gases de efeito estufa como dióxido de carbono, entre outros.
Outros tipos de atividades: Atividades recreativas, desportivas e turísticas
Os reservatórios localizados na área central às vezes oferecem instalações para a prática de esportes náuticos, tornando-se por si só atrações turísticas.
Em alguns países, a criação de peixes é comum.
Dos múltiplos usos das barragens para irrigação instalada, elas podem apoiar o estabelecimento de culturas relativamente constantes com o alcance da água.
Desvantagens das hidrelétricas
Manutenção
Um problema relacionado às hidrelétricas é o acúmulo de sedimentos no reservatório superior. Este problema aparece inevitavelmente com o tempo.
Para evitar isso, os sedimentos acumulados devem ser dragados periodicamente.
Desvantagens ambientais
A presença de uma barragem implica certas complicações a nível ambiental:
-
As barragens bloqueiam o transporte de sólidos fluviais (areia e cascalho).
-
A água que sai da usina está livre de sedimentos, o que perturba o equilíbrio entre o abastecimento sólido e a atividade erosiva nas águas a jusante. Devido à contribuição sólida reduzida ou inexistente, existe o fenómeno da erosão costeira.
-
Modificação da paisagem.
-
Destruição de habitats naturais.
Muitos destes problemas ambientais não ocorrem em sistemas “MINI-HYDRO”, que na maioria dos casos dispensam a construção de barragens.
