Usina hidrelétrica: o que é e como funciona

A usina hidrelétrica é formada por um conjunto de obras e equipamentos usados para produzir energia elétrica através do aproveitamento do potencial hidráulico existente em um rio. Essa força é proporcionada pela vazão do rio e pela concentração dos desníveis existentes ao longo de seu curso.

Os desníveis podem ser naturais ou construídos na forma de barragens. A construção também pode ser feita por meio do desvio do rio de seu leito natural para a formação de reservatórios. Apesar de utilizar uma fonte de energia renovável para gerar eletricidade, uma usina hidrelétrica pode provocar impactos ambientais irreversíveis na região em que for instalada.

O que é energia hidrelétrica e quais seus impactos?

O que é uma usina hidrelétrica?

A usina hidrelétrica é uma obra da engenharia que utiliza a força das águas para produzir eletricidade. Também conhecida como usina hidroelétrica ou central hidroelétrica, trata-se de uma grande estrutura que se aproveita do movimento dos rios para a obtenção de energia elétrica. Porém, a instalação de uma usina desse tipo requer obras de engenharia complexas e que provocam diversos impactos ao meio ambiente e à sociedade.

Água: definição, distribuição e importância

Como funciona uma usina hidrelétrica?

Para produzir eletricidade em uma usina hidrelétrica, é necessário que exista integração entre a vazão do rio, o desnível do terreno e a quantidade de água disponível. De forma resumida, a água que é armazenada no reservatório é canalizada e conduzida para as grandes turbinas. O fluxo dessa água faz com que as turbinas girem e acionem os geradores que irão produzir a eletricidade.

Dessa forma, há uma transformação da energia mecânica, proveniente do movimento da água, em energia elétrica. Depois de convertida em energia elétrica, os transformadores aumentam a tensão dessa energia. Isso permite que ela possa viajar pelos fluxos de transmissão e chegar aos estabelecimentos que precisem de energia elétrica.

O sistema de uma usina hidrelétrica é composto por:

Barragem

A finalidade da barragem é interromper o ciclo natural do rio, criando um reservatório de água. Além de estocar esse recurso, o reservatório:

cria o desnível de água;
capta água em volume adequado para a produção de energia elétrica;
regula a vazão dos rios em períodos de chuva e estiagem.

Sistema de captação (adução) de água

Esse sistema é composto por túneis, canais e condutos metálicos que levam a água até a casa de força.

Casa de força

É nessa parte do sistema que se encontram as turbinas, conectadas a um gerador. Esse instrumento permite que o movimento das turbinas faça a conversão da energia cinética do movimento da água em energia elétrica. Existem vários tipos de turbina, sendo pelton, kaplan, francis e bulbo os principais. A turbina mais apropriada para cada usina hidrelétrica depende da altura de queda e da vazão do rio.

Canal de fuga

Após passar pelas turbinas, a água é restituída ao leito natural do rio pelo canal de fuga. O canal de fuga está localizado entre a casa de força e o rio. Assim, seu dimensionamento depende do tamanho da casa de força e do rio em questão.

Vertedouro

O vertedouro permite a saída de água caso o nível do reservatório ultrapasse os limites recomendáveis, o que normalmente ocorre em períodos de chuva. O vertedouro é aberto quando a produção de energia elétrica é prejudicada porque o nível de água está acima do nível ideal; ou para evitar transbordamento e enchentes no entorno da usina, eventos comuns em períodos muito chuvosos.

Tipos de usina hidrelétrica

Usina a fio d’água

Para evitar os prejuízos acarretados pela construção de usinas hidrelétricas tradicionais, foram criadas as usinas a fio d’água, opção mais sustentável que não utiliza grandes reservatórios de água, reduzindo a estrutura das barragens e a dimensão dos alagamentos. Nesse modelo, aproveita-se a força da correnteza dos rios para gerar energia, sem precisar estocar a água.

Usinas como a de Santo Antônio e Jirau, no Rio Madeira, e a Usina de Belo Monte, no Pará, têm suas estruturas baseadas no conceito fio d’água. Mesmo dispensando grandes reservatórios, essas usinas mantêm uma reserva mínima para garantir sua operação e estabilidade.

Apesar de apresentar vantagens socioambientais, a usina a fio d’água diminui a segurança energética do país. Isso porque, em períodos de seca prolongada, essas estruturas podem ficar sem água para gerar eletricidade, uma vez que seus reservatórios com tamanho reduzido não permitem funcionamento por longos períodos.

Segundo especialistas, uma alternativa para compensar a limitação do potencial dessas usinas é investir em fontes complementares. Desse modo, nos períodos em que hidrelétricas a fio d’água operam com baixa capacidade, pode-se recorrer à geração de energia através de fontes eólicas ou solares, garantindo o abastecimento e equilibrando os impactos causados por cada uma.

Usinas com reservatórios de acumulação

As usinas hidrelétricas com reservatórios de acumulação armazenam água e regulam seu funcionamento para atender as demandas de energia. A capacidade de armazenamento é obtida por meio de uma represa situada a montante da usina e dependendo de sua capacidade se fala de regulação sazonal, anual e hiperanual.

Usinas hidrelétricas no Brasil

O Brasil é o terceiro maior produtor de energia hidrelétrica do mundo, depois do Canadá e dos Estados Unidos. Além disso, também é o terceiro país com maior potencial hidráulico, estando atrás da Rússia e da China. Cerca de 90% da energia elétrica gerada no Brasil é proveniente das hidrelétricas.

Existem pouco mais de 100 usinas hidrelétricas espalhadas pelo Brasil. Entre elas, cinco se destacam pela capacidade de gerar eletricidade:

Itaipu Binacional: localizada no Rio Paraná, abrange parte do estado do Paraná e parte do Paraguai;
Belo Monte: localizada no Rio Xingu, no Pará;
Tucuruí: localizada no Rio Tocantins, também no estado do Pará;
Jirau: localizada no Rio Madeira, em Rondônia;
Santo Antônio: localizada no Rio Madeira, também em Rondônia.

Curiosidades

A maior usina hidrelétrica do mundo, em termos de capacidade de geração, é a Usina de Três Gargantas, localizada na China;
A American Society of Civil Engineers (ASCE) considerou a Usina de Itaipu uma das “Sete Maravilhas do Mundo Moderno”. Ela é a segunda maior hidrelétrica do mundo e produz 20% da demanda brasileira e 95% da demanda paraguaia de energia elétrica;
Cerca de 20% da energia elétrica produzida no mundo todo é proveniente de hidrelétricas.

Impactos socioambientais de uma usina hidrelétrica

Apesar da energia hidrelétrica ser considerada uma fonte de energia renovável, o relatório da Aneel aponta que sua participação na matriz elétrica mundial é pequena e está se tornando ainda menor. Tal desinteresse crescente seria resultado das externalidades negativas decorrentes da implantação de empreendimentos de tal porte, segundo o relatório.

Um dos impactos negativos da implantação de uma usina hidrelétrica é a mudança que provoca no modo de vida das populações que residem na região. É importante ressaltar que essas comunidades muitas vezes são grupos humanos identificados como populações tradicionais (povos indígenas, quilombolas, comunidades ribeirinhas amazônicas e outros), cuja sobrevivência depende da utilização dos recursos provenientes do local em que vivem, sobretudo dos rios, e que possuem vínculos de ordem cultural com o território.

A energia gerada na usina hidrelétrica é limpa?

Apesar de ser considerada uma fonte de energia limpa, a geração de energia hidrelétrica contribui para a emissão de dióxido de carbono e metano, dois gases que intensificam o aquecimento global.

A emissão de gás carbônico (CO2) se dá devido à decomposição das árvores que permanecem acima do nível da água nos reservatórios, e a liberação de metano (CH4) ocorre pela decomposição da matéria orgânica presente no fundo do reservatório. À medida que a coluna d’água aumenta, a concentração de metano (CH4) também cresce.

Quando a água atinge as turbinas da usina, a diferença na pressão causa a liberação do metano para a atmosfera. O metano também é liberado no percurso da água pelo vertedouro da usina, quando, além da mudança de pressão e temperatura, a água é pulverizada em gotas.

Como o metano não é incorporado aos processos de fotossíntese, ele é considerado mais prejudicial ao aquecimento global se comparado com o dióxido de carbono. Isso acontece porque grande parte do gás carbônico emitido é neutralizada por meio de absorções que ocorrem no reservatório.

Prejuízos para fauna e flora

Os principais impactos da construção de uma usina hidrelétrica para a fauna e flora local são:

Destruição da vegetação natural;
Assoreamento do leito dos rios;
Desmoronamento de barreiras;
Destruição do habitat de tigres e onças-pintadas;
Extinção de espécies de peixes, por interferência nos processos migratórios e reprodutivos (piracema);
Acidificação da água quando a área a ser utilizada para o reservatório da usina não é limpa de modo adequado;
Perdas da flora e fauna aquática e terrestre nativas;
Ocorrência de atividades sísmicas devido ao peso da água sobre o substrato rochoso subjacente;
Alterações na água do reservatório relativas à temperatura, oxigenação (oxigênio dissolvido) e pH (ocorrência de acidificação);
Poluição das águas, contaminações e introdução de substâncias tóxicas nos reservatórios pelo escoamento de pesticidas, herbicidas e fungicidas provenientes de plantações pré-existentes na região alagada;
Introdução de espécies exóticas nos reservatórios, em desequilíbrio com os ecossistemas da bacia hidrográfica;
Remoção de mata ciliar;
Aumento da pesca predatória, por pescadores profissionais ou em atividades de lazer;
Implantação de barreira física que impede migrações sazonais de espécies, perturbando o equilíbrio do ecossistema;
Diminuição do sequestro de carbono pela vegetação inundada, contribuindo para aumentar o efeito estufa.

Perda de solo

O solo da área inundada se tornará obrigatoriamente inutilizável para outras finalidades. Isso se torna uma questão central em regiões predominantemente planas, como a região amazônica. Uma vez que a potência da usina é dada pela relação entre a vazão do rio e o desnível do terreno, se o terreno apresenta baixo desnível, uma maior quantidade de água deverá ser armazenada, o que implica em uma área extensa de reservatório.

Mudanças da geometria hidráulica do rio

Os rios tendem a possuir um equilíbrio dinâmico entre descarga, velocidade média da água, carga de sedimentos e morfologia do leito. A construção de reservatórios afeta esse equilíbrio e, consequentemente, causa mudanças de ordem hidrológica e sedimentar, não apenas no local de represamento, mas também na área do entorno e no leito abaixo da represa.

Dessa maneira, a formação dos reservatórios das usinas hidrelétricas atinge geralmente solos mais férteis e terras agricultáveis, desintegrando a população local que perde suas características históricas, identidade cultural e suas relações com o lugar, além da alteração nos ecossistemas aquáticos e a destruição da flora e da fauna.