A geracao de eletricidade Como se produz eletricidade Os vários meios de obtê-la transformando outros tipos de energia valdemir cunha/horizonte Unidades geradoras da usina hidrelétrica de Promissão, no estado de São Paulo A eletricidade é uma fonte de energia secundária ou seja, é sempre produzida pela transformação de algum outro tipo de energia. Afora a energia solar, que gera eletricidade diretamente da energia luminosa, as principais fontes geradoras de eletricidade impulsionam as pás giratórias das turbinas, que acionam geradores elétricos formados de ímãs e fios de metal. Para essa impulsão, é necessária uma força. Hoje se usam três fontes principais para isso: a força das águas em movimento nas hidrelétricas, a força do vapor d água nas termelétricas e a força dos ventos nas eólicas. No caso das termelétricas, o vapor d água é conseguido pelo aquecimento da água a partir da queima de um combustível, que pode ser o carvão, o gás natural, a biomassa ou pelo calor fornecido pela divisão de átomos. As propriedades do eletromagnetismo se encarregam de transformar o movimento das turbinas em eletricidade. Conheça, nas páginas seguintes, os principais meios de geração de energia elétrica, suas vantagens e desvantagens. Eletromagnetismo A força elétrica e a força magnética (de um ímã) são, na realidade, uma única força com duas faces, o eletromagnetismo. Toda corrente elétrica gera magnetismo. E, vice-versa, o magnetismo gera eletricidade. Esse é o princípio usado nas usinas elétricas. Veja como funciona uma usina de biomassa movida a bagaço de cana 1 O bagaço da cana abastece o forno responsável pelo aquecimento da caldeira 2 A água em ebulição produz grande quantidade de vapor, que é conduzido por uma tubulação até a turbina Bagaço Forno 2 1 Caldeira Vapor Água em ebulição Válvula Tubulação Vapor Eletroimãs + - 3 Turbina Gerador 4 3 A turbina é movimentada pelo vapor sob pressão, fazendo com que o gerador produza eletricidade 4 A eletricidade gerada irá abastecer a usina de açúcar e etanol e o excedente é fornecido à rede elétrica, pois não pode ser armazenada caderno do professor 13
Hidrelétricas As hidrelétricas dependem das águas de um rio para gerar eletricidade. Os rios são represados, formando imensos reservatórios. Espremida em uma única saída estreita a tubulação da barragem, a água cai por dezenas de metros, em alta velocidade e, assim, faz girar grandes turbinas. Um eixo transfere esse movimento das turbinas para um gerador, que gera a energia elétrica. As hidrelétricas fornecem mais de 70% da energia elétrica no Brasil. Com 180 grandes usinas em operação, o país é o terceiro maior produtor de hidreletricidade do mundo, atrás apenas do Canadá e da China. O Brasil optou, inicialmente, por esse tipo de fonte por causa, principalmente, do grande número de rios caudalosos, com desnível necessário para criar a queda nas barragens. Além disso, muitos desses rios ficam próximos dos grandes centros urbanos, o que facilita e barateia os custos de transmissão da energia. Mas as hidrelétricas apresentam, também, desvantagens. Em tempos de seca, a geração pode ficar comprometida e a população, sofrer com o racionamento de energia. marcelo maragni/horizonte Alto investimento inicial Alagamento de extensão considerável de terras Deslocamento de populações humanas Alteração do habitat de animais aquáticos Dependência do regime de chuvas Barragem de Chavantes, no rio Paranapanema (SP) 14 desafio energia + limpa
Tadeu Fessel/unica Palha e bagaço de cana prontos para serem transformados em energia na usina de Santa Adélia, em Pereira Barreto (SP) Termelétricas de biomassa Essas usinas queimam matériaprima vegetal. Entre as mais usadas no Brasil estão o bagaço e a palha de cana-de-açúcar. O calor gerado pela queima transforma água em vapor, que move um gerador. Tradicionalmente, a biomassa inclui a lenha, mas cresce o uso de resíduos do agronegócio e indústria de papel e celulose (resíduos de madeira, estrume, lixívia e casca de arroz) e até do lixo doméstico. É a chamada biomassa moderna. A biomassa atende, hoje, cerca de 10% das necessidades mundiais de eletricidade. Mas estima-se que essa proporção pode chegar a 30% com programas de plantio de culturas especialmente voltadas a essa finalidade. O Brasil usa intensivamente a cana-de-açúcar para produzir açúcar e etanol e seus resíduos vegetais o bagaço e a palha são a fonte de eletricidade em termelétricas. Por enquanto essas fontes respondem por 4,7% do total de energia ofertada no país. Mas há um potencial muito grande de crescimento, pois, para cada tonelada de cana usada nas usinas, sobram 250 quilos de bagaço e outros 200 quilos de palha. Esse material é biomassa preciosa, que pode ser integralmente usada na geração de energia térmica e elétrica para a própria usina sucroenergética, com a venda do excedente para a rede nacional. Só o bagaço e a palha que sobram das usinas de açúcar e etanol têm potencial para geral 15 mil megawatts médios o equivalente a mais de três hidrelétricas de Belo Monte. (o carbono emitido é recuperado no plantio da cultura) Usa resíduos agrícolas Geração complementar às hidrelétricas nas estações de seca Necessidade de grande quantidade de biomassa Usina precisa estar próxima da plantação Necessita criar infraestrutura de distribuição da energia 15
Termelétricas de combustível fóssil Demanda menos investimento Pode ser construída em pequenas unidades, em locais remotos Fonte não renovável Fonte suja, muito poluidora No caso do gás natural, alto investimento para canalização Delfim Martins/Pulsar Imagens São usinas que geram eletricidade a partir da queima de gás natural, carvão mineral ou óleo diesel, derivado do petróleo. O calor gera do na queima aquece a água em uma caldeira, produzindo o vapor d água que move uma turbina geradora de eletricidade. As termelétricas por carvão mineral foram as primeiras usinas a gerar eletricidade em grande escala na Europa, logo depois da Revolução Industrial. E até hoje essa é a fonte mais usada no mundo. Uma das razões para isso é que o carvão é o combustível fóssil mais abundante e mais barato do planeta. Estima-se que as reservas possam abastecer o mundo por pelo menos mais um século e meio. O diesel, fácil de transportar por caminhão, em pequenas quantidades, é mais usado em usinas menores. O gás natural é o menos poluente de todos esses combustíveis, mas exige altos investimentos para ser transportado por gasodutos. No Brasil, esse tipo de termelétrica é tradicionalmente usada para suprir a necessidade de eletricidade de locais remotos, distantes das redes de distribuição. Hoje, as termelétricas de combustíveis fósseis fornecem quase 9% da energia elétrica gerada no país. Existem várias delas reservadas para serem acionadas quando as usinas hidrelétricas não conseguem suprir a demanda, em tempos de seca. Usinas termonucleares As usinas nucleares trabalham com elementos químicos radioativos como urânio e plutônio. Numa usina, o núcleo dos átomos de um desses elementos é quebrado num processo chamado de fissão nuclear. As forças que mantêm os núcleos inteiros são tão intensas que, ao serem quebradas, liberam uma imensa quantidade de energia a energia atômica, que pode ser transformada em outras formas de energia. O principal combustível usado nas usinas nucleares é o urânio 235 (cujos átomos têm 235 nêutrons no núcleo), relativamente mais fácil de ser quebrado. Esse urânio é obtido por enriquecimento, sendo peneirado dos outros átomos de urânio, que têm mais nêutrons e, assim, são mais difíceis de quebrar. A energia liberada da fissão do urânio enriquecido aquece a água numa caldeira e produz vapor, que gira as pás de uma turbina, que, por sua vez, moverá um gerador. 16 desafio energia + limpa As usinas termonucleares são largamente usadas nos Estados Unidos, no Japão e na Europa. Em alguns países, como França, 75% de toda eletricidade tem como fonte a energia nuclear. A primeira usina nuclear brasileira, Angra 1, foi construída nos anos 1970. Hoje, o país domina a tecnologia de enriquecimento do urânio e tem outra usina em funcionamento, Angra 2. A unidade 3, que se encontra em construção desde 2010, deve começar a operar em 2015. Os átomos são uma fonte especialmente perigosa, pois, em caso de acidente, a radioatividade se espalha com facilidade pelo ambiente e pode afetar seriamente todos os seres vivos, inclusive o homem. O acidente na usina japonesa de Fukushima, após o terremoto e o tsunami de 2011, levou as autoridades europeias a reavaliarem o uso dessa fonte. Fonte parcialmente limpa, pois não produz gases poluidores Pequena área ocupada pelas usinas Fonte não renovável Altos custos de instalação Risco de contaminação por radioatividade Dificuldade em descartar os resíduos radioativos divulgação
Usinas eólicas Na mitologia grega, Éolo é o deus dos ventos. Daí o nome energia eólica, aquela que vem da força dos ventos, captada por grandes cataventos, que, por sua vez, giram as pás de turbinas geradoras de eletricidade. Existem hoje mais de 30 mil turbinas eólicas em operação no mundo todo. Para 2020, estima-se que elas gerem 12% do total da energia produzida no planeta. Mas, instaladas tanto em terra quanto em mar, as usinas (ou fazendas) eólicas têm potencial para crescer muito mais: os ventos podem gerar até quatro vezes o volume de energia consumido mundialmente. No Brasil, o Nordeste é a região que apresenta o maior potencial para esse tipo de empreendimento em função do mapeamento dos ventos. E tem a vantagem de ter maior fluxo no periodo que coincide com o de seca dos rios. O primeiro aerogerador de grande porte do Brasil foi instalado no arquipélago de Fernando de Noronha, em 1992. O país ainda engatinha no aproveitamento dos ventos. Hoje, do total de 73 empreendimentos eólicos, a maioria ainda tem pequena capacidade de geração. Usinas solares A energia solar se transforma em energia elétrica por meio das células fotovoltaicas como aqueles de algumas calculadoras, que se ligam quando expostas à luz do sol. É um sistema bom para a geração de energia em países em que o sol brilha a maior parte dos dias do ano, como o Brasil, porém seu custo ainda é muito mais alto que o das outras. Ainda assim, o país tem em funcionamento oito usinas fotovoltaicas. Em países desenvolvidos, como Estados Unidos, Japão e Alemanha, a energia solar complementa a eletricidade oferecida a uma comunidade ou a uma residência pela rede convencional. No Brasil, a maior parte das aplicações se dá em comunidades afastadas dos grandes centros, sem acesso à rede elétrica convencional. istockphoto Baixo impacto ambiental Independência da rede elétrica convencional A matéria-prima das células fotovoltaicas (silício) é abundante na superfície terrestre Altos custos dos painéis Baixa eficiência Baixa produtividade em dias nublados Rogério Reis/Pulsar Imagens Custo baixo Usinas de rápida construção Baixo impacto ambiental O desgaste rápido das turbinas aumenta os custos de manutenção As baterias que armazenam a energia se descartadas de maneira inadequada prejudicam o meio ambiente Necessita grandes áreas de instalação Ameaça de acidentes com pássaros Produção intermitente Baixa produtividade