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Fontes de Energia Renovável

Energia Renovável é aquela obtida através de fontes virtualmente inesgotáveis, isso é, ou o processo de geração não a esgota, ou a sua taxa de recuperação natural supera a velocidade de consumo. Pode-se dizer que gerar energia por essas fontes nada mais é do que converter a energia que já está em fluxo na natureza para uma forma que possamos utilizar, como eletricidade ou calor.

Brasil

O Brasil se destaca pela participação de renováveis em sua matriz energética, com abundância de recursos naturais e território extenso e diverso, o país apresenta grande potencial de desenvolvimento nesse setor. No Balanço Energético Nacional (BEN) de 2021, cuja base é 2020, a participação de renováveis alcançou 48,4% da matriz energética brasileira, indicador aproximadamente três vezes maior que o observado no quadro mundial. Como mostra o Gráfico 1, no setor de energia elétrica é possível ver claramente uma dominância das fontes renováveis, que juntas representaram um total de 82,8% da matriz elétrica nacional, em 2020.

GRÁFICO 1 - MATRIZ ELÉTRICA BRASILEIRA - 2020

Fonte: BEN 2021 (ano base 2020), Empresa de Pesquisa Energética (EPE)

As fontes renováveis mais usadas na geração de energia em nosso país são: hidráulica, eólica, solar e biomassa. Aqui, falaremos das três primeiras fontes, já que a biomassa é tratada no tema de biocombustíveis. Vale ressaltar também que, em outros locais do mundo, fazem-se presentes também a geração maremotriz e geotérmica.

Exemplos de fontes de energias renováveis

São exemplos de fontes de energia renovável: os raios solares, força dos ventos, fluxos dos rios, movimentos das marés e ondas do mar, queima de matéria orgânica e, até mesmo, interações de placas tectônicas.

Nos últimos anos, o movimento verde ganhou tração ao redor do mundo, e com ele vêm uma série de demandas por mudanças estruturais e organizacionais, desde os padrões de consumo até a natureza da energia consumida. As renováveis são fontes de energia limpa, que não emitem gases de efeito estufa e, portanto, são o pivô da transição energética.

A implementação das fontes renováveis na geração de energia demanda maiores estudos a respeito das características de ecossistemas locais, como bacias hidrográficas, volumes fluviais, incidência de luz solar e intensidade dos ventos. Dois pontos importantes de ressaltar a respeito das fontes renováveis são: sua vulnerabilidade ao clima e sua dependência de condições naturais favoráveis.

Energia Hidráulica

A fonte primária para geração, neste caso, é a água dos rios. Essa é a fonte renovável de maior peso na matriz elétrica brasileira.

Tipos de hidrelétricas

Existem os seguintes tipos de usinas hidrelétricas:

ACUMULAÇÃO

A FIO D'ÁGUA;

ARMAZENAMENTO POR BOMBEAMENTO, REVERSÍVEIS OU ACUMULAÇÃO HIDRÁULICA.

Como funciona?

As usinas hidrelétricas (UHE) utilizam-se de turbinas para transformar a energia potencial do fluxo de água em energia mecânica e, posteriormente, em energia elétrica. Para um bom nivel de eficiência é necessário um rio perene e volumoso, além de uma diferença significante de níveis, de forma que a força gravitacional gerada na queda d'água transfira movimento às turbinas. É essencial a preservação da flora de sua bacia hidrográfica, o conjunto de pequenos riachos que alimentam o rio principal, para evitar erosão das margens e, consequentemente, depósito excessivo de sedimentos.

O primeiro modelo se utiliza de reservatório de água como forma de se ter maior controle sobre a geração de energia, como mostra a Figura 1, buscando mitigar os efeitos de períodos secos e úmidos, além de auxiliar na navegação, irrigação de lavouras e abastecimento de cidades.

FIGURA 1 - COMO FUNCIONA UMA USINA HIDROELÉTRICA COM RESERVATÓRIO

Fonte: Iberdrola

O segundo tipo, chamado de "usina a fio d'água", não dispõe de reservatório de água, ou o tem em dimensões menores do que poderiam ter e, portanto, não possui estoque de água, ficando seu rendimento à mercê do fluxo do rio em que está instalada.

As usinas de armazenamento por bombeamento, reversíveis ou de acumulação hidráulica são caracterizadas pela existência de um sistema de bombeamento e dois reservatórios diferentes, um superior, e outro inferior. A bomba-turbina reversivel controla o fluxo de água entre as duas reservas, geralmente, a bomba é acionada em momentos de baixa carga, transferindo água do reservatório inferior ao superior, onde é utilizada na geração hidráulica durante picos de demanda.

Vantagens

GERAÇÃO DE ENERGIA EM LARGA ESCALA;

BAIXO CUSTO POR MEGAWATTS HORA (MWH);

POTENCIAL PARA INSTALAÇÃO DE SISTEMAS HÍBRIDOS;

VIDA-ÚTIL ELEVADA.

Desvantagens

VULNERABILIDADE AO CLIMA (MAIS ACENTUADA EM USINAS A FIO D’ÁGUA);

ELEVADO IMPACTO AMBIENTAL NO MOMENTO DE SUA INSTALAÇÃO;

ALTERAÇÃO PERMANENTE DA REGIÃO ONDE É INSTALADA.

No Brasil

A geração através de energia hidráulica foi introduzida comercialmente no Brasil em 1889, quando a usina de Marmelos-Zero, localizada em Juiz de Fora, Minas Gerais, foi inaugurada. Desde então, o país investiu fortemente no potencial das hidrelétricas nacionais, com destaque à construção da Usina de Itaipu Binacional, empreendimento realizado em conjunto com o Paraguai, e inaugurado em 1984, foi detentor do título de maior barragem do mundo por mais de 20 anos, até a inauguração da usina chinesa de Três Gargantas. A fonte hidráulica figura como protagonista em nossa matriz elétrica há anos, ainda que venha perdendo espaço e investimento nas discussões mais recentes do setor.

O Brasil é destaque internacional na geração de energia hidroelétrica:

Em 2020, o Brasil apresentou a segunda maior produção de energia através de fonte hidráulica do mundo, atrás somente da China.

Dentre as dez maiores usinas do mundo, três delas são brasileiras, Itaipu, Belo Monte e Tucuruí I e II, sendo uma delas binacional (Itaipu).

No mundo

Por séculos, os humanos vêm utilizando a força dos rios a seu favor, o que começou como simples rodas d’água utilizadas para moer grãos, aos poucos, evoluiu para usinas de larga escala responsáveis por abastecer populosos centros urbanos. O primeiro projeto de energia hidroelétrica comercializado no mundo foi inaugurado em 1882, a planta, localizada no estado de Wisconsin, Estados Unidos da América (EUA), era responsável pelo abastecimento de consumidores privados e comerciais. Na virada do século, pouco tempo após sua introdução no mercado, a tecnologia já se popularizou e diversos investimentos hidroenergéticos eram realizados ao redor do mundo.

Ao longo do século XX, e no início do século XXI, a tecnologia se mostrou aliada de países em desenvolvimento, como Brasil e China, sendo uma alternativa de bom custo-benefício, alta capacidade e sustentável, favorável para alimentar um rápido crescimento econômico. Hoje, ela é a maior fonte de energia renovável do mundo, com China, Brasil, Canadá, EUA e Rússia liderando a produção mundial.

Energia Eólica

É aquela gerada através do aproveitamento da força dos ventos.

Tipos:

Atualmente, existe um único método de geração eólica utilizado em escala comercial, as torres eólicas, elas diferenciam-se pela sua localização:

ONSHORE

OFFSHORE

Como funciona?

Na geração de energia por fonte eólica, a energia cinética do vento é convertida em energia elétrica por turbinas eólicas. O termo aerogeradores pode se referir à turbina. O funcionamento dos aerogeradores, presente na Figura 2, se dá da seguinte forma: pás situadas no topo da torre eólica convertem a energia potencial dos ventos em energia mecânica que move o rotor, que a transfere para geradores elétricos, onde é transformada em energia elétrica.

FIGURA 2 - COMO FUNCIONA O AEROGERADOR

Fonte: Iberdrola

As estruturas de geração eólica podem variar de tamanho, com pás medindo de 10 a 85 metros e torres que chegam a alturas de até 130 metros. Suas estruturas gigantes demandam espaço e estudos detalhados acerca da fauna e flora na área de sua instalação.

Na geração eólica onshore, os aerogeradores são instalados em terra firme, e podem ser organizados de forma isolada, híbrida ou conectada a redes de distribuição.

Sistemas isolados são de pequeno porte e, geralmente, utilizados para geração de energia em locais desconectados da rede de distribuição. Já sistemas híbridos, consistem na união da geração eólica com uma, ou mais, fontes de geração renovável. Um par comum para unidades de geração híbrida é juntar a força dos ventos com a luz solar, de forma que o uso do espaço é otimizado, e o problema de intermitência de ambas as fontes é atenuado. Por fim, temos os sistemas conectados a redes de distribuição, eles geralmente constituem parques eólicos, áreas extensas com uma série de torres eólicas, e fornecem energia em larga escala através de conexão direta com a rede.

A geração eólica offshore é caracterizada pela instalação de torres eólicas no mar, de forma geral constituem parques eólicos marítimos de larga escala e podem ser utilizadas plataformas fixas, ou flutuantes, para sustentação dos aerogeradores. O setor offshore é novo, quando comparado à geração onshore, e apresenta muito potencial de crescimento, porém, ele ainda é pouco difundido ao redor do mundo.

Além das torres eólicas, existem modelos de geração alternativos ainda em fase de testes e estudos, com destaque às velas eólicas, sistemas que se utilizam de uma pipa conectada via cabo ao gerador elétrico, o movimento de extensão e retração do cabo transfere a energia mecânica do vento para o gerador.

Vantagens

RÁPIDA APLICAÇÃO;

POTENCIAL PARA SISTEMAS HÍBRIDOS;

MERCADO INOVADOR;

POSSIBILIDADE DE POSICIONAMENTO ESTRATÉGICO.

Desvantagens

INTERMITÊNCIA ELEVADA (PROBLEMA MAIS ACENTUADO NO SETOR ONSHORE);

QUANDO EM LARGA ESCALA, TRAZ DANOS À FLORA, FAUNA E POPULAÇÃO LOCAIS;

INDÚSTRIA AINDA EM DESENVOLVIMENTO ENFRENTA GARGALOS DE PRODUÇÃO E ALTA VARIABILIDADE NA DISPOSIÇÃO E PREÇOS DE INSUMOS.

No Brasil

O ano de 1994 marca o início das operações da primeira usina de energia eólica a ser conectada ao Sistema Interligado Nacional (SIN), localizada na cidade de Gouveia, no Vale do Jequitinhonha, Minas Gerais. O Brasil possui um grande potencial eólico, sobretudo na região Nordeste, que concentra quase 90% da capacidade eólica instalada no país, com diferentes perfis de vento. A geração eólica tem demonstrado significativo crescimento nos últimos anos, com incremento de 159% na geração média anual entre 2015 e 2020 do Brasil, como mostra o Gráfico 2.

Gráfico 2 - Geração média de energia eólica - Brasil, 2015 a 2020

Fonte: Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS)

Outro exemplo, ainda tratando-se da região Nordeste, é a forma que o subsistema nordestino conseguiu lidar com o período de crise hídrica de 2021, em comparação com o comportamento de 2001. Na primeira ocorrência, a região foi uma das mais afetadas e se encontrava com niveis baixíssimos de armazenamento, entretanto, no fato mais recente, a geração eólica bateu recordes de geração durante o período de estiagem e manteve estável o subsistema regional, enquanto a energia hidroelétrica passava por dificuldades.

Outra área com potencial ainda inexplorado na indústria eólica brasileira, é a offshore. Estudos iniciais apontam que a faixa litorânea Sudeste e Nordeste possuem bom potencial para aplicação da fonte. A proximidade com portos, cidades costeiras e polos de exploração e produção (E&P) do setor de óleo e gás abre possibilidade para uma geração de energia dedicada, de rápida instalação e baixa intermitência.

No mundo

A utilização da força dos ventos data de mais de 7 mil anos atrás, com o desenvolvimento dos primeiros moinhos e barcos, onde os ventos eram utilizados para alimentação e movimentação. Nos anos mais recentes, a indústria da energia eólica vive um período de grande desenvolvimento, segundo dados do Statistical Review of World Energy - BP (2021), entre 2000 e 2020, a capacidade instalada de energia eólica no mundo cresceu

4.139 %, passando de 17,30 GW para 733,28 GW. Nesse período, diversas nações viram a energia eólica como uma das melhores alternativas aos combustíveis fósseis, e, hoje, lideram o avanço da fonte renovável. Países como China, Reino Unido e Alemanha contam com a força dos ventos para alcançar seus objetivos de descarbonização, apontando a energia eólica como uma protagonista na transição energética.

Diversos esforços estão sendo realizados na direção de mitigar a vulnerabilidade desta fonte, e até mesmo reduzir sua escala para expandir seus horizontes de aplicação. É um momento de crescimento para a indústria, que avança no setor offshore, onde os ventos marítimos proporcionam maior velocidade e estabilidade, e no uso da energia eólica para a produção de hidrogênio verde por eletrólise, como método de estocagem de energia e comercialização do combustível.

Além disso, são estudadas possibilidades de redução de escala, com projetos de "velas eólicas e turbinas portáteis para pequenas propriedades. Entretanto, tais iniciativas ainda estão, em sua maioria, em fase de testes.

Energia Solar

Gerada através da conversão da energia calorífica, proveniente da incidência de luz solar, em energia elétrica.

Tipos:

Existem dois modelos principais de geração de energia através da luz solar:

FOTOVOLTAICA

HELIOTÉRMICA

Como funciona?

A fotovoltaica se dá através da instalação de painéis com fotoreceptores que transformam a energia calorífica dos raios solares em energia elétrica, o painel é formado por uma ou mais camadas de placas compostas por diversas células solares, um grupamento de átomos de um elemento fotocondutor. A geração fotovoltaica pode ser organizada em grandes centrais, chamadas de fazendas solares, ou usinas solares, e em menor escala, para pequenas propriedades ou residências, conectadas diretamente à rede de distribuição, como na Figura 3.

Já a geração heliotérmica se trata da organização de diversos painéis refletores em formatos específicos, para esse conjunto de painéis é dado o nome de campo solar, de forma que os raios solares se concentrem em uma estrutura receptora contendo fluidos, os quais se aquecem, gerando vapor e alimentando uma turbina que, junto a um gerador, converte a energia acumulada no sistema em eletricidade.

FIGURA 3 - COMO FUNCIONA A GERAÇÃO FOTOVOLTAICA DISTRIBUÍDA

Fonte: EP Engenharia

Vantagens

ALTA ESCALABILIDADE;

RÁPIDA INSTALAÇÃO;

IMPACTO AMBIENTAL MÍNIMO;

POSSIBILIDADE DE RENDIMENTO INDEPENDENTE.

Desvantagens

ELEVADA INTERMITÊNCIA;

IMPOSSIBILIDADE DE SER UTILIZADA DURANTE LONGOS PERÍODOS EM DETERMINADAS PARTES DO MUNDO;

INDÚSTRIA AINDA EM DESENVOLVIMENTO, ENFRENTA GARGALOS DE PRODUÇÃO E ALTA VARIABILIDADE NA DISPOSIÇÃO E PREÇOS DE INSUMOS.

No Brasil

A primeira usina solar foi instalada no Brasil em agosto de 2011, no municipio de Tauá, no sertão do Ceará. A usina de 340 quilômetros (km) conta com 4.680 painéis fotovoltaicos, e teve como capacidade inicial a geração de 1 megawatt (MW), quantidade significativa para a época. A cidade foi escolhida devido à sua alta incidência solar ao longo do ano.

Já em 2012, a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) publicou a Resolução Normativa n° 482, um grande marco na história da energia solar no Brasil. A medida possibilita que o consumidor possa gerar sua própria energia conectada à rede de distribuição, além de estipular os critérios necessários para a conexão de sistemas individuais à rede, assim como a criação do sistema de créditos energéticos.

Entre 2012 e 2020, houve um crescimento acentuado da participação da fonte na matriz, evoluindo de uma capacidade instalada de 7 MW, para 6.000 MW, aumento de 85.614%. O progresso do país é significativo não só em nível doméstico, como também no cenário internacional, onde o país alcançou a 16° posição no ranking mundial de energia fotovoltaica, realizado pela International Renewable Agency (IRENA).

No mundo

Propriedades fotocondutivas, são observadas em alguns elementos químicos desde o final do século XVII. A descoberta do efeito fotovoltaico em si costuma ser atribuida a Edmond Becquerel, no ano de 1839, enquanto realizava experimentos eletroquímicos na oficina de seu pai, na França.

Entretanto, somente em 1883, o inventor Charles Fritts conseguiu desenvolver a primeira célula solar, feita a base de camadas de selênio. As placas solares, como as conhecemos, foram desenvolvidas em 1954, após o esforço conjunto da comunidade cientifica, e mudaram pouquíssimo desde então.

A energia solar é a fonte renovável com as maiores taxas de crescimento da última década. Em 2010, a capacidade instalada no mundo era de 41.600 MW, já em 2020, o valor alcançou 716.143 MW.

A indústria solar está passando por um momento de crescimento e redução de custos, abrindo novas portas para sua aplicação. Devido ao seu potencial de escalabilidade, ela pode ser integrada diretamente ao objeto que consumirá a energia gerada. Outra observação é seu potencial único de gerar energia no espaço, alimentando estações espaciais e equipamentos do setor.

Fontes:

- https://www.portalsolar.com.br/blog-solar/energia-solar/energia-heliotermica-entenda-como funciona.html - https://www.cnnbrasil.com.br/business/energia-solar-cresce-70-no-brasil-apesar-da-pandemia e-espera-2021-positivo/ - https://blog.belgobekaert.com.br/construcao-civil/energia-eolica/ - https://www.gov.br/pt-br/noticias/energia-minerais-e-combustiveis/2021/08/energia-renovavel chega-a-quase-50-da-matriz-eletrica-brasileira-1 - BEN-2021 (Ano base 2020) - https://www.iberdrola.com/meio-ambiente/o-que-e-energia-hidreeletrica - http://atlanticenergias.com.br/saiba-como-funciona-o-aerogerador-que-transforma-vento-em eletricidade/ - https://www.portalsolar.com.br/mercado-de-energia-solar-no-brasil.html - https://origoenergia.com.br/blog/a-historia-da-energia-solar-no-brasil - https://www.irena.org/solar - https://pt.energia-nuclear.net/operacao-usina-nuclear/reator-nuclear/tipos - https://www.nationalgeographic.com/environment/article/renewable-energy - https://www.nationalgeographic.com/environment/article/hydropower - https://www.hydropower.org/