Como funciona a geração hidráulica?

A geração hidráulica funciona transformando a energia potencial de uma massa de água, armazenada a uma determinada altura acima do nível do mar e podendo ser aproveitada por um desnível, em energia mecânica com uma turbina hidráulica. Por sua vez, a energia mecânica obtida pela turbina por rotação através de um eixo, aciona um gerador de energia elétrica na casa de força, que converte esta energia em eletricidade por meio de indução eletromagnética que gera a corrente alternada. Do gerador, as linhas de transmissão levam a eletricidade até o transformador que vai alterar a voltagem e enviar a energia para os sistemas de transmissão e distribuição de eletricidade. É necessário que haja um fluxo de água para que a energia seja gerada de forma contínua, por isso existe a necessidade de construir um reservatório de água com uma represa/barragem, em geral construídas de cimento armado, que formam lagos artificiais. As usinas são consideradas pequenas quando têm potência menor que 10 MW, sendo que as maiores do mundo chegam a 20 GW de potência instalada.

O processo é representado nas figuras abaixo:

Usina Hidroelétrica em detalhe (Fonte: CBIE)

Gerador em detalhe (Fonte: CBIE)

A energia hidráulica é usada desde a antiguidade para moer farinha e realizar outras tarefas através de moinhos com rodas em rios. Durante o século XIX, o gerador elétrico foi desenvolvido e, no final daquele século, começou a ser acoplado a sistemas hidráulicos, com ganhos de potência após a introdução de grandes turbinas com fluxo radial de fora para dentro, de altíssima eficiência. No início do século XX, muitas pequenas usinas hidroelétricas foram construídas em escala comercial em terrenos montanhosos perto de centros urbanos em que se pudesse aproveitar a energia potencial de rios para transmitir energia elétrica. Desde o final da década de 1920, grandes projetos de reservatórios convencionais para usinas hidroelétricas foram construídos em escala industrial.

As grandes vantagens da geração hidroelétrica são sua flexibilidade e sua combinação de baixo custo da água e o alto rendimento do gerador. Uma usina hidroelétrica pode se aproveitar da existência de rios em qualquer território e a construção de reservatórios para armazenar energia potencial a um custo muito baixo. O operador da usina tem a opção de verter água do reservatório em uma vazão controlada maior ou menor para se adaptar às variações da demanda de energia. O tempo de start-up de uma turbina é de alguns minutos, muitíssimo mais rápido que o de uma usina termoelétrica que usa uma turbina a vapor, por exemplo. Essas vantagens da geração hidráulica permitem uma sustentabilidade de suprimento para as maiores demandas industriais de energia elétrica, desde que a água contida no reservatório seja adequada ao funcionamento da usina.

Portanto, o maior obstáculo para a geração hidráulica é a necessidade da existência de um suprimento de água (rios) para manter o nível dos reservatórios em condições de operar a usina. Cada gerador tem uma quantidade mínima de vazão de água que faça com que a turbina acoplada gire.

Atualmente, cerca de 16% da geração elétrica global é de fonte hidráulica, cerca de 70% do total da geração por fonte renovável, tendo alcançado mais de 1.000 GW de potência instalada. Os países maiores geradores de energia hidroelétrica do mundo são China, Brasil, Estados Unidos, Canadá, Rússia, Noruega e Índia. No Brasil, a fonte hídrica responde por 65% da oferta interna. O país possui quase 100 GW em potência instalada em mais de 200 usinas hidroelétricas e mais de 400 pequenas centrais hidroelétricas em operação, sendo as maiores usinas a de Itaipu, com 14 GW de potência instalada e operação iniciada em 1984, e a de Belo Monte, com 11,2 GW de potência instalada e operação inaugurada em 2016.