Rafaela Filomena Alves Guimarães
Renováveis
Unidade 1
Livro didático digital
Projeto Gráfico MANUELA CÉSAR ARRUDA
Autor
RAFAELA FILOMENA ALVES GUIMARÃES Desenvolvedor
CAIO BENTO GOMES DOS SANTOS
Olá. Meu nome é Rafaela Filomena Alves Guimarães.
Sou formada em Engenharia Elétrica e possuo Mestrado em Engenharia Elétrica ambos pela UNESP – Universidade Estadual Paulista, campus de Ilha Solteira, com uma experiência técnico- profissional na área de Engenharia de mais de 20 anos. Passei por empresas como a Telefonica S. A, Combustol Indústria e Comércio Ltda e lecionou disciplinas relacionadas a Engenharia Elétrica há mais de 06 anos. Tenho livros publicados na área de Engenharia Elétrica e de Produção. Sou apaixonada pelo que faço e adoro transmitir minha experiência de vida àqueles que estão iniciando em suas profissões. Por isso fui convidada pela Editora Telesapiens a integrar seu elenco de autores independentes. Estou muito feliz em poder ajudar você nesta fase de muito estudo e trabalho. Conte comigo!
RAFAELA FILOMENA ALVES GUIMARÃES
INTRODUÇÃO:
para o início do desenvolvimen- to de uma nova competência;
DEFINIÇÃO:
houver necessidade de se apresentar um novo conceito;
NOTA:
quando forem necessários obser- vações ou comple- mentações para o seu conhecimento;
IMPORTANTE:
as observações escritas tiveram que ser prioriza- das para você;
EXPLICANDO MELHOR:
algo precisa ser melhor explicado ou detalhado;
VOCÊ SABIA?
curiosidades e indagações lúdicas sobre o tema em estudo, se forem necessárias;
SAIBA MAIS:
textos, referências bibliográficas e links para aprofun- damento do seu conhecimento;
REFLITA:
se houver a neces- sidade de chamar a atenção sobre algo a ser refletido ou discutido sobre;
ACESSE:
se for preciso aces- sar um ou mais sites para fazer download, assistir vídeos, ler textos, ouvir podcast;
RESUMINDO:
quando for preciso se fazer um resumo acumulativo das últimas abordagens;
ATIVIDADES:
quando alguma ativi- dade de autoapren- dizagem for aplicada;
TESTANDO:
quando o desen- volvimento de uma competência for concluído e questões forem explicadas;
aprendizagem toda vez que:
Competências...11
Relação de energia e economia mundial...12
Centrais termoelétricas...16
Tipos de combustíveis...17
Combustíveis não renováveis...19
Carvão Mineral...22
Gás Natural...24
Combustíveis renováveis...25
Energia nuclear...28
Aspectos negativos da geração termoelétrica...31
Importância da geração termoelétrica...33
Bandeiras de energia...35
Bibliografia...37
UNIDADE
01
Você sabia que a área de Energias Renováveis é uma das que mais cresce no Brasil, e já gerou até 2017 mais de 10 milhões empregos no mundo todo? Isso mesmo. A área de Energias Renováveis faz parte da cadeia de geração de energia limpa e renovável do Sistema Elétrico de Potência (SEP) de um país e é compreendida pelos combustíveis renováveis, vento, sol e quedas de água. A exaustão das reservas de combustíveis fósseis além dos conflitos em muitos países produtores juntamente com os problemas ambientais causados pelos poluentes emitidos por estes combustíveis evidencia que esses recursos energéticos não poderão continuar a ser fontes principais de energia utilizadas pelo homem. Essas matrizes, baseadas em gases oriundos de petróleo e carvão, são responsáveis pela emissão de gás carbônico na atmosfera o que aumenta o efeito estufa e eleva a temperatura da Terra.
Daí a importância fundamental da utilização de matrizes renováveis como fontes para a produção de energia elétrica, pois esses combustíveis não poluem o meio ambiente, e não dependem de fatores geopolíticos. Entendeu? Ao longo desta unidade letiva você vai mergulhar neste universo!
INTRODUÇÃO
Olá. Seja muito bem-vindo à Unidade 1. Nosso objetivo é auxiliar você no alcance dos seguintes objetivos até o término desta etapa de estudos:
1. Identificar a relação de energia elétrica com o desenvolvimento de um país
2. Compreender como funciona a geração de energia termoelétrica a partir de combustíveis renováveis
3. Identificar os diferentes tipos de geração de energia termoelétrica como biomassa, energia nuclear e combustíveis fósseis
Então? Preparado para uma viagem sem volta rumo ao conhecimento? Ao trabalho!
COMPETÊNCIAS
Relação de energia e economia mundial
Ao término deste capítulo você será capaz de entender a importância da energia elétrica ser obtida a partir de fontes renováveis e como funciona a geração de energia elétrica a partir de um processo térmico. Isto será fundamental para o exercício de sua profissão. É de fundamental importância no processo de geração de energia compreender como a energia térmica é transformada em energia elétrica. E então? Motivado para desenvolver esta competência?
Então vamos lá. Avante!
Na maioria dos países, nos quais o consumo de energia comercial per capita está abaixo de uma tonelada equivalente de petróleo (TEP) por ano, as taxas de analfabetismo, mortalidade infantil e fertilidade total são altas, enquanto a expectativa de vida é baixa. Ultrapassar a barreira de 1 TEP/capita parece ser, portanto, essencial para o desenvolvimento. À medida em que o consumo de energia comercial per capita aumenta para valores acima de 2 TEP/
capita (ou mais), como é o caso dos países desenvolvidos, as condições sociais melhoram consideravelmente. O consumo médio per capita nos países industrializados da União Europeia é de 3,22 TEP/capita; enquanto a média mundial é da ordem de 1,66 TEP/capita.
As energias renováveis neste cenário terão um papel fundamental no futuro para que o aumento desta geração de energia nos países em desenvolvimento ocorra de forma sustentável. O Brasil é pioneiro neste campo pois mais de 55% da nossa matriz energética é oriunda de fontes renováveis enquanto que somente 14% tem a mesma fonte no resto do mundo.
O modelo que definiu o sistema elétrico como é utilizado atualmente foi estabelecido por Samuel Insull (1859 – 1938) a partir da empresa Chicago Edison Company.
Podemos dizer que a respeito da indústria de energia elétrica, ela é baseada em quatro pilares fundamentais:
fornecer energia elétrica a consumidores conectados em uma grande rede elétrica interconectada, uma vez que há um aumento na confiabilidade, o sistema possui várias empresas gerando energia através de diferentes fontes para garantir que sempre haverá disponibilidade de eletricidade;
Economia de escala: aumento na produção de energia elétrica resulta na diminuição dos custos por unidade de energia produzida, bem como garantia de entrega da energia elétrica, quanto mais energia se produz, mais barata se torna sua produção, o maior custo se concentra na construção das usinas e não na sua operação;
Estratégia de marketing: descontos proporcionais ao consumo de energia elétrica (sell more and charge less – vender mais e cobrar menos), quanto mais consumidores atendidos, menor será o preço da energia e quem consumir mais paga um valor menor no kWh (a unidade utilizada para a cobrança de energia elétrica, devemos ler: kilo Watt hora, esta é a quantidade de energia consumida em uma hora);
Regulação: proporciona estabilidade de investimentos a uma indústria de capital intensivo e grande interação política, as agências reguladoras tem o papel de definir o valor do kWh e de regular o mercado (qual composição da matriz energética será utilizada, qual turbina está parada para manutenção, se devemos utilizar mais usinas térmicas na produção de energia elétrica devido à pouca quantidade de chuvas e poupar a água existente nos reservatórios). No Brasil este papel é feito pelo ONS (Operador Nacional do Sistema).
É importante ressaltar que o sistema é just-in- time, ou seja, a energia gerada é utilizada quase que instantaneamente, não é possível o armazenamento de energia para uso posterior (é claro que se pode armazenar uma pequena quantidade de energia em baterias, mas
não no Sistema Elétrico de Potência – SEP - como um todo, geralmente se armazena água para se aumentar a produção). Isto quer dizer que deve ser um sistema preciso (devemos calcular qual é a quantidade de energia necessária para ser produzida ao longo do dia) e qual modalidade de geração deve ser introduzida na matriz energética primeiro (a energia mais barata, ou seja, aquela usina que já está amortizada no sistema, ou a mais nova a entrar em operação? Pois temos que proporcionar o retorno do investidor que injetou dinheiro na construção de uma nova usina para termos um ciclo em constante expansão).
Qualquer sistema elétrico deve garantir o suprimento de energia aos consumidores, de forma confiável e ininterrupta, respeitando os limites de variação de frequência e tensão (é claro que temos outros indicadores de qualidade de energia, mas estes são os principais).
Neste contexto, os grandes desafios técnicos dos sistemas elétricos interligados residem nas etapas de especificação, projeto e operação, de modo a garantir sua integridade nas mais diversas situações:
Na presença de variações instantâneas no consumo de energia: conexão e desconexão de cargas, a inserção de grandes cargas no sistema pode afetar a rede, ou um grande evento (por exemplo o capítulo final de uma novela, a final de um evento esportivo);
Na eventualidade de distúrbios: curtos-circuitos nos equipamentos que compõem os sistemas, perdas de grandes blocos de carga (geralmente estes eventos ocorrem por condições atmosféricas como tempestades ou acidentes que possam derrubar uma rede de energia, erros de operação).
A quantidade de energia consumida é chamada de carga e é calculada ao longo de 24 horas. Quando usamos este período temos um gráfico e a ele damos o nome de
do dia (dia de semana, final de semana), estação do mês (inverno, verão) e setor que está utilizando a energia (indústria, comércio, residências). Na maior parte do tempo o pico deste consumo é à noite, quando as pessoas chegam do trabalho e ligam vários aparelhos eletrônicos ao mesmo tempo (período entre às 18 e 21 hs na maior parte do país), mas algumas vezes devido ao calor intenso este pico acontece durante o dia por volta das 14 hs quando a temperatura está muito elevada e todos ligam o ar condicionado ou ventiladores.
Figura 1: Exemplo de curvas de carga retiradas de um artigo publicado pelo Instituto de Desenvolvimento Estratégico do Setor Energético.
Fonte: https://www.ilumina.org.br/a-tarifa-branca-e-a-curva-de-carga-analise/
acessado em 23/09/19 que retrata a mudança no horário de pico.
Centrais termoelétricas
A energia não pode ser criada, apenas transformada de uma forma para outra. Essa lei é conhecida como a 1ª Lei da Termodinâmica ou Lei da conservação de energia.
Utilizamos uma fonte mecânica (vapor, hidráulica, vento, luz solar) de energia (térmica, gravitacional, eólica, fotovoltaica) para transformarmos este tipo primário de energia em energia elétrica, pois esta energia pode ser transportada de um ponto para outro e a convertamos novamente em energia mecânica, luminosa, calorífica para sua utilização em nossa vida cotidiana. Nesta unidade estudaremos a geração de energia termoelétrica.
Neste caso a energia é gerada através da transformação da energia térmica em energia mecânica e depois em energia elétrica. A conversão da energia térmica em mecânica se dá através do uso de um fluido que produzirá trabalho, em seu processo de expansão. O acionamento mecânico de um gerador elétrico acoplado ao eixo da turbina permite a conversão de energia mecânica em elétrica.
A geração de energia a partir de uma fonte térmica engloba várias fontes como por exemplo: gás natural, biomassa (no Brasil utilizamos principalmente o bagaço de cana-de-açúcar), nuclear e carvão mineral. Todos estes materiais com exceção da nuclear são queimados para alimentar uma caldeira que gera vapor para alimentar uma turbina a vapor (ciclo utilizado na cogeração), ou alimentar diretamente uma turbina a gás e o que não for utilizado deste vapor alimenta uma turbina de recuperação de calor que alimenta a caldeira e ela alimenta a turbina a vapor (este ciclo é chamado de ciclo combinado). Na geração de energia nuclear existe a liberação do calor por meio da fissão do átomo (quebra do átomo) e este calor alimenta a turbina.
A produção de energia térmica pode se dar pela transformação de energia química dos combustíveis, por meio do processo da combustão, ou da energia nuclear dos combustíveis radioativos, com a fissão nuclear. Centrais cuja geração é baseada na combustão são conhecidas como termoelétricas; as centrais termoelétricas baseadas na fissão nuclear são chamadas de centrais nucleares.
Os combustíveis mais usuais das centrais termoelétricas são:
Derivados de petróleo;
Carvão mineral;
Gás natural;
Nucleares;
Biomassa
Nesse cenário pode ser citado o aproveitamento da energia geotérmica renovável; assim como da energia solar, que além de poder ser diretamente utilizada para geração de energia elétrica, como ocorre no caso dos painéis fotovoltaicos, pode também ser fonte direta de calor para uma usina termoelétrica, nas denominadas centrais heliotérmicas ou termossolares.
Os combustíveis podem ser classificados como:
Renováveis e Não renováveis
Uma fonte não renovável é definida como uma fonte que demora muito mais tempo para se formar do que nós levamos para consumi-la. O petróleo levou milhares de anos para ser produzido a partir da decomposição de matéria orgânica (restos de animais e plantas) cobertos por extensas camadas de solo (utilizamos seus derivados como o gás natural, carvão mineral, gás de xisto). Também
podemos incluir nesta categoria os combustíveis radioativos (utilizamos o urânio, tório e plutônio).
Já as fontes renováveis são aquelas que se renovam mais rapidamente do que nossa capacidade de os consumirmos. Os melhores exemplos destas fontes são:
as águas, o vento, a incidência de raios solares e até a biomassa (material que sobra de um processo industrial, como o bagaço da cana que é a sobra da produção de açúcar e álcool, ou material advindo de florestas manejadas como o carvão vegetal ou o tratamento de lixo urbano).
Os combustíveis renováveis e não renováveis serão estudados separadamente devido a suas características conflitantes quanto ao aquecimento global è a construção de um modelo de geração sustentável.
Figura 2: Usina térmica a gás natural com produção de CO2.
Fonte: Freepik
O principal problema das centrais termelétricas a combustíveis fósseis é a emissão de gás carbônico (CO2) na atmosfera, gás causador do efeito estufa.
Esta geração de energia é a segunda maior produtora dos gases que causam o efeito estufa, perdendo apenas para o setor de transportes.
Uma desvantagem deste tipo de geração é o valor do MW (lemos Mega Watt). A geração de energia a partir de combustíveis fósseis, gás natural e carvão mineral é mais cara do que a geração de energia a partir de energias renováveis. A vantagem é que esta usina pode ser construída mais rapidamente do que uma usina hidroelétrica.
Combustíveis não renováveis
Atualmente, a grande maioria dos combustíveis utilizados no mundo é fóssil, com participação do petróleo (1º lugar), carvão mineral (2º lugar) e gás natural (3º lugar), na faixa de 80% do total da energia primária ofertada. Na produção de energia elétrica o carvão tem sido mais utilizado que o petróleo. A participação do petróleo é majoritária no setor de transportes. Outro aspecto importante a ser considerado é que as reservas mundiais de petróleo, gás natural, carvão mineral e xisto na matriz energética mundial ainda pode durar um longo tempo se não ocorrerem mudanças drásticas devido a pressão popular resultante dos problemas ambientais que estes combustíveis causam ao meio-ambiente.
Nesse contexto, há considerações que uma transição maciça para as fontes primárias renováveis, se e quando ocorrer, terá como ponte de conexão o gás natural. Algumas tecnologias desenvolvidas atualmente como a captura de CO2 da atmosfera e seu armazenamento em cavernas ou
poços já utilizados de combustível fóssil podem diminuir o impacto ambiental destes materiais, mas o custo elevado ainda impede sua utilização de forma significativa.
No Brasil a participação do petróleo e do gás natural têm aumentado na participação da matriz energética brasileira como energia complementar ou de reserva, com vistas a aumentar a segurança (de suprimento) do sistema elétrico brasileiro em época de estiagem de chuvas.
Figura 3 – Plataforma de exploração de petróleo
Fonte: Freepik
Podemos definir o termo “petróleo” da seguinte maneira:
DEFINIÇÃO:
“O Petróleo, também conhecido como óleo cru, é o produto do material orgânico decomposto através de milhares de anos e geralmente se situa em depósitos subterrâneos dos quais é retirado por meio de poços. É formado basicamente por hidrocarbonetos, de fórmula geral CnHn, dos quais saem seus inúmeros derivados por destilação nas refinarias de petróleo. Sua utilização como combustível implica danos ambientais atmosféricos, pois emite óxidos de enxofre, nitrogênio e carbono, contribuindo para o efeito estufa, além de outros danos socioambientais relacionados a vazamentos, tanto de petroleiros como de oleodutos.
No Brasil, as reservas de petróleo têm se expandido fortemente nas duas últimas décadas, hoje somos autossuficientes na produção de petróleo, ou seja, produzimos todo o petróleo que necessitamos. A bacia que mais produz petróleo e gás natural localiza-se no município de Santos (SP), seguida da bacia localizada no munícipio de Campos (RJ). O Brasil ainda importa petróleo pois a maioria das suas refinarias é feita para óleos leves e produzimos óleos pesados que são exportados gerando um saldo positivo na balança comercial.
A geração de energia elétrica na sua maioria é feita a partir do gás natural. A geração de energia elétrica com base no diesel ocorre principalmente em áreas rurais e mesmo urbanas em regiões isoladas. Os geradores a diesel
são utilizados como energia de reserva para situações de emergência em praticamente todas as unidades de consumo de médio ou grande porte, por exemplo: hospitais, shopping centers, subestações elétricas, indústrias e prédios confiam na geração a diesel no caso de falta de energia elétrica.
Figura 4 – Gerador a diesel utilizado como emergência.
Fonte: Pixabay
Carvão Mineral
O carvão mineral ocupa a segunda posição na matriz energética mundial em razão de seu baixo custo, que varia de região para região, em função principalmente do peso que o transporte tem no seu custo final. Por se tratar de um combustível sólido, o carvão apresenta maiores custos de transporte que o petróleo, que é líquido e pode ser transportado por meio de oleodutos, e que o gás natural, transportado nos gasodutos. Essa diferença de custos e a
apenas uma pequena parcela da produção mundial seja comercializada internacionalmente.
O carvão mineral é altamente poluente e grande parte do seu consumo mundial é voltada para a geração de energia termoelétrica. Embora as emissões de NOx e SOx possam ser reduzidas, a grande quantidade de CO2 emitida traz enormes impactos sobre o meio ambiente, ao contrário da biomassa, que absorve o CO2 emitido. A geração com queima em leito fluidizado e a gaseificação do carvão são técnicas que foram desenvolvidas para mitigar estes efeitos nocivos.
No Brasil, o carvão mineral é encontrado em cinco grandes regiões: Alto Amazonas, Rio Fresco, Tocantins- Araguaia, Piauí Ocidental e região Sul. O carvão mineral tem uma participação de aproximadamente 5,7% na geração de energia elétrica no país por conta de sua pouca ocorrência, das características pobres do carvão disponível (baixo poder calorífico) e dos impactos negativos. As usinas termoelétricas se localizam no Rio Grande do Sul e em Santa Catarina.
Figura 5 – A diferença entre carvão mineral e carvão vegetal.
Fonte: Freepik
O carvão mineral é extraído de minas O carvão vegetal é proveniente da queima de madeira.
Gás Natural
Basicamente composto pelo metano (seu principal componente), etano, propano, butano e outros mais pesados, o gás natural é o nome dado a uma mistura de hidrocarbonetos e impurezas. Estas e os contaminantes (dióxido de carbono e gás sulfídrico) são removidos antes de sua utilização comercial.
VOCÊ SABIA?:
O gás natural é hoje o terceiro combustível na matriz energética mundial e pode, com exceção do querosene de aviação, substituir qualquer combustível sólido, líquido ou gasoso? Embora seja uma fonte não renovável, apresenta vantagens ambientais relevantes quando comparado ao petróleo e ao carvão mineral, pois sua composição faz cm que seja pouco poluente, restringindo seus efeitos basicamente à emissão de CO2. O maior entrave à sua utilização é o alto custo inicial da construção da malha de gasodutos, que o encarece frente aos preços do petróleo e do carvão mineral.
Sua chama é azul, diferente do gás de cozinha que possui chama amarelo-avermelhada.
ACESSE:
O artigo publicado em 23/09/19 intitulado “Um novo pré-sal do gás brasileiro” disponível em https://www.istoedinheiro.com.br/um-novo- pre-sal-do-gas-brasileiro/ que mostra uma reportagem sobre a última reserva descoberta na costa do Nordeste que pode reduzir o preço do gás e atrair 200 bilhões em investimentos para a expansão do mercado no Brasil nos próximos anos.
A biomassa é aproveitada energeticamente por meio do uso do etanol, bagaço de cana, carvão vegetal, óleo vegetal, lenha e outros resíduos (além do lixo urbano).
Fonte de energia renovável, a biomassa plantada apresenta a vantagem de não emitir óxidos de nitrogênio e enxofre e o CO2 lançado na atmosfera durante a queima da biomassa para a produção de vapor é absorvido na fotossíntese para crescimento das plantas, resultando em um balanço praticamente nulo de emissões. Seu maior oponente é uma discussão que começa a surgir sobre o fato da produção de combustíveis renováveis concorrer com a produção de alimentos e alguns ambientalistas tem se questionado o que seria mais viável.
No Brasil a biomassa utilizada para a produção de energia é proveniente de:
Alguns setores industriais de grande porte (como as usinas de produção de açúcar e álcool, de papel e celulose)
Biomassa florestal do carvão vegetal;
O aproveitamento de resíduos agrícolas Resíduos provenientes do lixo urbano.
O bagaço de cana é o resíduo proveniente do processo de moagem da cana-de-açúcar para a extração da sacarose.
Esses resíduos apresentam baixa densidade energética e são utilizados em processos de cogeração (produzem vapor para o funcionamento da usina) e o excedente é usado na geração de energia elétrica. A vantagem é que a produção desta cultura ocorre principalmente na época de estiagem, ou seja, nos períodos de pouca chuva e reservatórios das hidroelétricas baixos. A colheita mecanizada aumenta a produção de energia elétrica, devido ao fato da cana ser colhida sem a necessidade da queima da área plantada permitindo assim que esta planta tenha um nível mais elevado de açúcar.
A geração de energia a partir dos restos da produção de papel e celulose também é feita no esquema de cogeração.
Também existem usinas que utilizam a gaseificação da madeira proveniente de plantações de espécies vegetais de curto tempo de rotação agrícola. Um pé de eucalipto no Brasil se desenvolve entre 5 e 7 anos e entre 10 e 12 anos no restante do mundo.
Também podemos citar o potencial de geração de energia que outras culturas apresentam como o arroz, a mandioca, o amendoim, o milho, a soja, o dendê, o girassol, tanto podendo ser queimado o bagaço como a palha resultante do beneficiamento da produção destas culturas.
A energia elétrica também pode ser produzida a partir do biogás, um biocombustível com conteúdo semelhante ao gás natural e produzido naturalmente por meio da ação de bactérias em materiais orgânicos (como o lixo doméstico, resíduos industriais de origem vegetal ou esterco de animal) ou de forma artificial, com a instalação de um biodigestor anaeróbico. Este sistema já é utilizado quando a criação dos animais ocorre em regime de confinamento. A vantagem da utilização deste processo é que o Brasil recicla somente 10% do lixo urbano (geralmente metal, vidro, papel) e o lixo orgânico restante é depositado em lixões a céu aberto que atrai animais e gera o chorume (resíduo líquido que polui lençóis freáticos – rios subterrâneos).
Essas tecnologias não são comercialmente viáveis se não levarmos em conta a redução nos impactos ambientais que elas nos proporcionam porque cada dia a legislação se torna mais rigorosa quanto ao descarte irregular de materiais no solo. Isoladas elas ainda são mais caras que a produção de energia a partir de fontes convencionais.
O vídeo a seguir mostra como funciona uma usina de biogás instalada no estado de Santa Catarina para a extração do gás metano proveniente de um aterro sanitário utilizado para gerar energia para uma cidade de 15.000 habitantes]]. https://www.
youtube.com/watch?v=k1cBeXHIrv8.
Energia Nuclear
A energia nuclear aproveita a propriedade de certos isótopos de urânio de se dividirem, liberando grande quantidade de energia térmica em um processo chamado de fissão nuclear. Existe um outro processo chamado de fusão nuclear, baseado não na quebra, mas na junção de núcleos atômicos que libera uma quantidade maior de energia, mas este processo ainda se encontra em fases de testes e requer um maior avanço tecnológico para que possa ser viável comercialmente.
As centrais nucleares possuem as seguintes características principais:
Refrigerador e moderador a água leve pressurizada (este equipamento é responsável por esfriar o sistema de fissão nuclear, mas não entra em contato com a parte radioativa);
Combustível – pastilhas de urânio ligeiramente enriquecido (3%) – este é o átomo que sofrerá o processo de fissão nuclear;
Gerador turbo (no caso de Angra II é um gerador de 1800 rpm e 857 MW
Condensador (no caso de Angra II utiliza a água do mar em circuito aberto).
A figura 6 apresenta a planta esquemática da usina de Angra II. Esta usina refrigera os reatores com a água do mar e sua tecnologia de geração é chamada de PWR, um aprimoramento do sistema LWR que utilizada refrigeração por água no estado líquido à alta pressão. No caso brasileiro é muito seguro porque o Brasil não sofre com terremotos e nem tsunamis e a água do mar não entra em contato com o material radioativo.
Ilustração mostra como é a estrutura de uma usina PWR: 5- Reator, 6- piscina de combustível usado, 7- barreira de contenção de aço, 8- barreira de contenção
de concreto, 1,2,3 e 4- turbinas e geradores.
Fonte: Kaidor | Wikimedia Commons | CC BY-SA 4.0
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:PWR_Nuclear_Power_Plant_-_ru.svg
A vantagem deste tipo de usina é sua capacidade de gerar sempre a mesma energia sem depender de nenhum fator climático. Este tipo de geração é essencial para compor a base do nosso sistema de geração, ou seja, esta usina garante o funcionamento do sistema mesmo em períodos de baixa carga e assim pode poupar a água dos reservátorios em época de estiagem.
Esta energia é considerada limpa por não emitir gases poluentes, mas seus resíduos nucleares por manterem sua radioatividade de forma quase permanente são um risco constante ao meio ambiente. Esse tipo de geração não causou acidentes que mais mataram no mundo, mas três acidentes nucleares de grandes proporções deixaram a humanidade com muitas preocupações ambientais quanto
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a este tipo de produção de energia elétrica. Pela ordem de importância, área e população afetada são eles:
Acidente na usina de Three Miles Island nos Estados Unidos em 1979 que sofreu um derretimento parcial do núcleo de uma unidade da usina;
Acidente na usina de Fukushima no Japão em 2011, causado por um terremoto de magnitude 9 na escala Richter que provocou um tsunami, atingindo o sistema de segurança em três reatores e provocando o desligamento do sistema de refrigeração.
Acidente na usina de Chernobyl em 1986 (causado por sucessivos erros de operação e de projeto) que provocaram a explosão do núcleo e despejaram uma imensa nuvem tóxica na atmosfera.
Figura 7 – Usina nuclear de Chernobyl onde pode-se ver o reator que explodiu confinado em um imenso sarcófago de concreto
Fonte: Pixabay
No Brasil nós temos as usinas de Angra I (capacidade de 640 MW) e Angra II (capacidade de 1350 MW) e a previsão do término da construção da usina de Angra III. A França e o Japão são os países onde ainda existem um apoio mais forte deste tipo de geração de energia pelos moradores.
O Brasil junto com os Estados Unidos e a Rússia são os únicos países que dominam a tecnologia para atuar em todo o processo de enriquecimento de urânio, além de termos uma das maiores reservas do mundo, localizada na Bahia.
Aspectos negativos da geração termoelétrica
A geração de energia elétrica pelas centrais termoelétricas é a segunda maior produtora de gases estufa e, portanto, possui grande influência no aquecimento global.
Os países desenvolvidos são os principais responsáveis por este fenômeno. Dentre os gases emitidos neste processo de geração o dióxido de carbono (CO2) é o principal gás produzido neste processo seguido de óxidos de enxofre (SO).
Esse gás oxida-se na atmosfera dando origem a sulfatos e gotículas de ácido sulfúrico e pode causar chuva ácida.
Na geração de energia a base de carvão o teor de material particulado é mais alto do que nas centrais a óleo Recomendamos assistir a série produzida pela HBO sobre o desastre atômico ocorrido na usina nuclear de Chernobyl. Foi a melhor série classificada como produção realista e mostra o efeito devastador da radiação em áreas próximas a usina. O trailer da série pode ser visto em https://veja.abril.com.br/
blog/e-tudo-historia/chernobyl-a-verdade-e-o- inventado-na-horripilante-serie-da-hbo/
e a gás natural devido às cinzas resultantes da queima do carvão.
Também pode haver a produção durante o processo da combustão de óxidos de nitrogênio que provoca o fenômeno conhecido como smog (fumaça em inglês, camada de névoa escura altamente tóxica que provoca problemas respiratórios). Finalmente, temos o monóxido de carbono que pode ser produzido pela queima parcial dos combustíveis fósseis em processos não monitorados e que reduzem a eficiência das caldeiras.
O lixo radioativo da usina nuclear é proveniente das pastilhas enriquecidas de urânio usadas para gerarem energia. Este lixo é deposto perto do processo de fissão porque é muito reativo até mesmo para ser manuseado, esta deposição ocorre em piscinas debaixo do núcleo (tecnologia adotada mundialmente). A vantagem deste processo é que ele não emite os gases que provocam o efeito estufa, apesar de que teremos de desenvolver um tratamento adequado para este material radioativo no futuro.
Durante muito tempo vivemos como se a energia elétrica fosse ilimitada. Até que surgiram as crises de energia. A pior crise de energia ocorreu na região oeste dos Estados Unidos onde os cidadãos americanos tiveram que gastar aproximadamente U$ 40 bilhões de dólares a mais com a conta de energia elétrica do que nos doze meses anteriores, ainda por cima enfrentando blackouts e cortes no fornecimento. A tarifa de energia mudava de valor várias vezes ao longo de um mesmo dia. No Brasil nossa pior crise aconteceu em 2001 quando foi adotado o racionamento de energia em todo o país.
Nosso sistema foi concebido a acionar primeiro as usinas com o custo operacional mais baixo e à medida que a carga aumenta, recorremos as usinas com custo operacional mais elevado para manter os índices de confiabilidade e as tarifas baixas.
Consultando o site da EPE (Empresa de Pesquisa Energética) a nossa geração de energia no ano de 2018 foi assim dividida:
Tabela 1: Geração de energia elétrica por fonte no Brasil – participação em 2018.
1. Hidráulica 65,2%
2. Gás natural 10,5%
3. Biomassa 8,2%
4. Solar e eólica 6,9%
5. Carvão 4,1%
6. Nuclear 2,6%
7. Derivados 2,5%
Total 100%
A tabela 1 pode ser representada através do gráfico em formato de pizza, retratado na figura 8:
Figura 8: Matriz energética brasileira – participação em 2017
Fonte: http://epe.gov.br/pt/abcdenergia/matriz-energetica-e-eletrica acessado em 23/09/19.
As termelétricas foram instaladas para aumentar a robustez do sistema de geração e diminuir nossa dependência das usinas hidrelétricas e consequentemente das chuvas. Elas são acionadas em períodos secos ou quando o índice pluviométrico (índice que mede a quantidade de chuva) permanece abaixo do esperado.
Podemos saber se estamos utilizando ou não a geração termoelétrica de forma maciça na nossa matriz energética através das bandeiras de energia.
Além das tarifas, desde 2015 a ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) adotou um sistema de bandeiras de energia:
Bandeira verde, não há cobrança de excedentes e indica que o sistema de geração está operando principalmente com a matriz hidrelétrica;
Já a bandeira amarela sinaliza que é preciso tomar cuidado. O custo de geração está crescendo, ou seja, as usinas térmicas já começaram a ser acionadas e o nível de água nos reservatórios das usinas hidrelétricas é preocupante;
A crítica é chamada de bandeira vermelha e sinaliza que as térmicas estão operando e a demanda está alta. O nível dos reservatórios está entrando na região crítica. A bandeira vermelha é dividida em dois níveis (crítico e muito crítico).
Para cada bandeira de energia o valor do kWh sofre um acréscimo, variando de zero para a bandeira verde, R$
1,50 a cada 100 kWh consumidos para a bandeira amarela, R$ 3,00 a cada 100 kWh consumidos para a bandeira vermelha nível I e R5,00 para a vermelha nível II. A geração de energia termoelétrica é mais cara porque devemos pagar pelos combustíveis, diferentemente da geração de energia através de hidroelétricas, eólicas ou fotoelétricas que não pagamos pelo uso da águam, vento ou sol.
A vantagem da diversificação da matriz energética é que episódios traumáticos como o “Apagão de energia”
ocorrido em 2001 ficam cada dia mais distantes e impossíveis de se repetirem.
RESUMINDO:
E então? Gostou do que lhe mostramos?
Aprendeu mesmo tudinho? Agora, só para termos certeza de que você realmente entendeu o tema de estudo deste capítulo, vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter aprendido que o consumo de energia de um país determina seu nível de desenvolvimento, quanto mais energia ele consome, mais desenvolvido ele é. Você também teve a oportunidade de aprender sobre a geração termoelétrica a partir de combustíveis fósseis (gás natural e carvão), que utilizamos os geradores à diesel para emergências e que no Brasil utilizamos a geração de energia a partir de fontes renováveis como a biomassa proveniente do bagaço da cana- de-açúcar e do lixo. Você também estudou sobre a geração de energia nuclear e os problemas quando ocorre um acidente na planta de geração.
Finalmente pudemos analisar a importância das usinas térmicas na estabilidade do sistema elétrico brasileiro assim como estudamos alguns aspectos nocivos ao meio ambiente deste tipo de geração.
BIBLIOGRAFIA
Dos Reis, L. B. Geração de energia elétrica. 3ª Edição revisada, ampliada e atualizada. Baureri/SP, Editora Manole, 2017.
Editado por Gómez-Expósito, A., Conejo, A. J. &
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Montovani, J. R. S e Romero, R. LTC Editora, Rio de Janeiro/
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