miniaturadaimagem| A Barragem das Três Gargantas, na China Central, é a maior usina de produção de energia do mundo. A hidroeletricidade é a eletricidade gerada a partir da energia hidrelétrica (energia da água). Em 2023, essa fonte de energia renovável foi responsável por cerca de 15% da eletricidade global, com uma produção de quase 4.210 TWh, superando todas as outras fontes renováveis combinadas e também a energia nuclear. A energia hidrelétrica pode fornecer grandes quantidades de eletricidade de baixo carbono sob demanda, tornando-se um elemento-chave para a criação de sistemas de fornecimento de eletricidade seguros e limpos.
Uma usina hidrelétrica que possui uma barragem e reservatório é uma fonte flexível, uma vez que a quantidade de eletricidade produzida pode ser aumentada ou diminuída em segundos ou minutos em resposta à variação da demanda de eletricidade. Uma vez que um complexo hidrelétrico é construído, ele não produz resíduos diretos e quase sempre emite consideravelmente menos gases de efeito estufa do que usinas movidas a combustíveis fósseis. No entanto, quando construído em áreas de floresta tropical de várzea, onde parte da floresta é inundada, quantidades substanciais de gases de efeito estufa podem ser emitidas.
A construção de um complexo hidrelétrico pode ter um impacto ambiental significativo, principalmente na perda de terras aráveis e no deslocamento da população. Eles também perturbam a ecologia natural do rio envolvido, afetando habitats e ecossistemas e padrões de assoreamento e erosão. Enquanto as barragens podem reduzir os riscos de inundação, a falha da barragem pode ser catastrófica.
Em 2021, a capacidade elétrica hidrelétrica instalada global atingiu quase 1 400 GW, a maior entre todas as tecnologias de energia renovável. A hidroeletricidade desempenha um papel de destaque em países como Brasil, Noruega e China. Mas há limites geográficos e questões ambientais. A energia das marés pode ser usada em regiões costeiras.
Em 2022, a China adicionou 24 GW em capacidade hidrelétrica, representando quase 75% das novas instalações globais. Na Europa, foram adicionados 2 GW, o maior aumento de capacidade hidrelétrica na região desde 1990. Globalmente, a produção de energia hidrelétrica cresceu em 70 TWh (um aumento de 2%) em 2022, mantendo-se como a maior fonte de energia renovável, com produção superior à de todas as demais tecnologias renováveis somadas.
Capacidade hidroelétrica mundial +Os dez maiores produtores de energia hidrelétrica em 2020.Key World Energy StatisticsPaísProdução hidrelétrica anual (TWh)Capacidade instalada (GW)% da produção mundial% da geração da eletricidade doméstica123235228,5%17,2%389105 9,0%64,7%38681 8,9%59,0%317103 7,3%7,1%19391 4,5%17,3%15149 3,5%9,6%14033 3,2%95,0%8850 2,0%8,4%8418 1,9%34,9%7126 1,6%12,1%
+Capacidade instalada de energia hidrelétrica (MW)#País20201 China 370 1602 Brasil109 3183 Estados Unidos103 0584 Canadá 81 0585 Rússia 51 8116 Índia50 6807 Japão50 0168 Noruega33 0039 Turquia 30 98410 França 25 89711 Itália22 44812 Espanha20 11413 Vietnã18 16514 Venezuela16 52115 Suécia16 47916 Suíça15 57117 Áustria15 14718 Irã13 23319 México12 67120 Colômbia12 61121 Argentina11 34822 Alemanha10 72023 Paquistão10 00224 Paraguai8 81025 Austrália8 52826 Laos7 37627 Portugal7 26228 Chile6 93429 Romênia6 68430 Coréia do Sul6 50631 Ucrânia6 32932 Malásia 6 27533 Indonásia6 21034 Peru 5 73535 Nova Zelândia5 38936 Tadjiquistão5 27337 Equador 5 098
História miniaturadaimagem| Museu Usina hidrelétrica "Under the Town" em Užice, Sérvia, construída em 1900. A energia hidrelétrica é utilizada desde a antiguidade para moer grãos e realizar diversas tarefas. No fim do século XVIII, ela foi crucial para o início da Revolução Industrial. Na metade de 1700, o engenheiro francês Bernard Forest de Bélidor publicou Architecture Hydraulique, onde detalhou máquinas hidráulicas com eixos verticais e horizontais. Em 1771, a combinação entre energia hidráulica, estrutura hidráulica e produção contínua, implementada por Richard Arkwright, contribuiu significativamente para o surgimento do sistema fabril e práticas de emprego modernas. Na década de 1840, surgiram redes de energia hidráulica para gerar e transmitir hidreletricidade aos consumidores.
No final do século XIX, o desenvolvimento do gerador elétrico permitiu que ele fosse integrado à energia hidráulica, impulsionando ainda mais a geração de eletricidade, atendendo à crescente demanda gerada pela Revolução Industrial. Em 1878, o primeiro projeto de energia hidrelétrica do mundo foi criado por William Armstrong em Cragside, Northumberland, Inglaterra, alimentando uma única lâmpada de arco em sua galeria de arte. Nos EUA, a antiga Usina Elétrica Schoelkopf nº 1, próxima às Cataratas do Niágara, iniciou a produção de eletricidade em 1881. A primeira usina hidrelétrica de Thomas Edison, a Vulcan Street Plant, começou a operar em 30 de setembro de 1882, em Appleton, Wisconsin, com uma produção de cerca de 12,5 quilowatts. Em 1886, já existiam 45 usinas hidrelétricas nos Estados Unidos e Canadá; e, em 1889, esse número havia crescido para 200 somente nos Estados Unidos. miniaturadaimagem| A casa do gerador movido a água do Castelo de Warwick, usada para gerar eletricidade para o castelo de 1894 a 1940 No início do século XX, diversas pequenas usinas hidrelétricas começaram a ser construídas por empresas comerciais em regiões montanhosas próximas a grandes cidades. Em 1925, Grenoble, na França, sediou a Exposição Internacional de Energia Hidrelétrica e Turismo, atraindo mais de um milhão de visitantes. Nos Estados Unidos, onde 40% da eletricidade era gerada por hidrelétricas em 1920, foi aprovada a Lei Federal de Energia, que criou a Comissão Federal de Energia para regulamentar usinas hidrelétricas em terras e águas federais. Com o crescimento das usinas, as barragens passaram a ter funções adicionais, como controle de enchentes, irrigação e navegação.
O financiamento federal tornou-se essencial para projetos em larga escala, levando à criação de empresas públicas, como a Tennessee Valley Authority (1933) e a Bonneville Power Administration (1937). Além disso, o Bureau of Reclamation, que havia iniciado projetos de irrigação no oeste dos EUA no início do século XX, passou a construir grandes barragens, como a Represa Hoover, iniciada em 1928. O Corpo de Engenheiros do Exército dos Estados Unidos também contribuiu para o desenvolvimento hidrelétrico, concluindo a Barragem de Bonneville em 1937 e sendo designado pela Lei de Controle de Inundações de 1936 como a principal agência federal de controle de enchentes.
As usinas hidrelétricas continuaram a expandir-se ao longo do século XX, ganhando o apelido de “carvão branco”. Em 1936, a Represa Hoover, com capacidade inicial de 1.345 MW, tornou-se a maior usina hidrelétrica do mundo, sendo superada em 1942 pela Represa Grand Coulee, com 6.809 MW. Em 1984, a Usina de Itaipu, na América do Sul, entrou em operação com uma capacidade de 14 GW, tornando-se a maior usina hidrelétrica da época, até ser ultrapassada em 2008 pela Usina das Três Gargantas, na China, com 22,5 GW. A hidreletricidade passou a abastecer mais de 85% das necessidades elétricas de alguns países, como Noruega, República Democrática do Congo, Paraguai e Brasil.
Potencial futuro Em 2021, a Agência Internacional de Energia (AIE) destacou a necessidade de intensificar os esforços para conter as mudanças climáticas. Alguns países já exploraram a maior parte de seu potencial hidrelétrico: a Suíça utiliza 88% desse potencial, e o México, 80%. Em 2022, a AIE projetou um crescimento de 141 GW na capacidade de energia hidrelétrica entre 2022 e 2027, um pouco abaixo da expansão alcançada entre 2017 e 2022. Como os processos de licenciamento ambiental e construção são demorados, a AIE estima que o crescimento do potencial hidrelétrico continuará limitado, com apenas 40 GW adicionais considerados viáveis em um cenário acelerado.
Modernização da infraestrutura existente Em 2021, a AIE (Agência Internacional de Energia) afirmou que são necessárias grandes obras de modernização.
Métodos de geração miniaturadaimagem|Vista aérea da barragem de marés do Rance e de Saint Malo.
Convencional (barragens) A maior parte da energia hidrelétrica é gerada a partir da energia potencial da água represada, que movimenta uma turbina hidráulica conectada a um gerador. A quantidade de energia extraída da água depende do volume e da diferença de altura entre o ponto de entrada e o de saída da água, chamada de "carga hidráulica" ou "cabeça". Um grande tubo, conhecido como "conduta forçada", leva a água do reservatório até a turbina.
Armazenamento bombeado Esse método, chamado de armazenamento por bombeamento, gera eletricidade para atender às demandas de pico, movimentando água entre reservatórios em diferentes alturas. Quando a demanda elétrica é baixa, o excesso de geração é utilizado para bombear água até o reservatório superior, ajudando a equilibrar o consumo. Durante períodos de alta demanda, a água é liberada para o reservatório inferior através de uma turbina, gerando eletricidade. Em 2021, sistemas de armazenamento bombeado responderam por cerca de 85% dos 190 GW de armazenamento energético da rede global, aumentando o fator de capacidade diária do sistema de geração. No entanto, o armazenamento bombeado não é uma fonte de energia em si, sendo registrado como valor negativo nas listagens.
Fio-de-rio Usinas hidrelétricas de fio d'água possuem pouco ou nenhum reservatório, utilizando apenas a água que chega de montante para gerar eletricidade no momento disponível. Qualquer excesso de água precisa ser liberado sem aproveitamento. A presença de um fornecimento constante de água, como o de um lago ou reservatório a montante, é uma vantagem importante para a escolha de locais para esse tipo de usina.
Maré Usinas de energia maremotriz aproveitam as variações diárias de subida e descida do nível do oceano causadas pelas marés, uma fonte altamente previsívele, se as condições permitirem a construção de reservatórios, também podem ser despacháveis para gerar energia durante períodos de alta demanda. Há também esquemas hidrelétricos menos comuns, que utilizam a energia cinética da água ou fontes sem represamento, como rodas d'água submersas. A energia das marés é viável em um número limitado de locais no mundo.
Tamanhos, tipos e capacidades das instalações hidrelétricas A classificação das usinas hidrelétricas é dividida em duas categorias principais:
Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH) Grandes Usinas Hidrelétricas (LHP)
A distinção entre essas duas categorias é principalmente baseada na capacidade nominal da usina, que varia conforme o país. Em geral, uma usina com capacidade de 50 MW ou mais é considerada uma LHP. Exemplos de limites para PCH em diferentes países incluem: na China, usinas com potência inferior a 25 MW; na Índia, inferior a 15 MW; e na maior parte da Europa, inferior a 10 MW.
Essas categorias podem ser subdivididas em várias subcategorias que não são mutuamente exclusivas. Por exemplo, uma usina de baixa queda, com uma queda hidrostática de alguns metros a dezenas de metros, pode ser classificada tanto como PCH quanto como LHP. Outra distinção importante é o grau de regulação do fluxo de água. Usinas típicas de PCH (geralmente de fio d'água) utilizam principalmente a descarga natural de água, com pouca regulação, enquanto as LHP geralmente têm um controle mais significativo sobre o fluxo da água.
Grandes instalações As usinas hidrelétricas são os maiores produtores de energia no mundo, com algumas instalações capazes de gerar mais do que o dobro da capacidade das maiores usinas nucleares em operação atualmente.