Blog do Tucci

Continuando a seqüência de artigos sobre o tema, nesta semana estamos analisando os potenciais efeitos sobre os recursos hídricos e seus usos, especificamente na produção de energia hidrelétrica.
Em artigos anteriores discutimos alguns destes aspectos, mas que serão tratados em conjunto neste artigo. Não serão analisados os efeitos sobre a demanda de energia que são evidentes como o aumento da temperatura, mas sobre um tipo de produção que é a hidrelétrica. No caso brasileiro a hidrelétrica tem um peso grande porque a sua geração é superior a 90%.
O insumo da produção de energia hidrelétrica é a água. Este é um insumo que varia no tempo e no espaço e está sujeito a variabilidade climática, mas também ao efeito do uso do solo. Estes efeitos podem ser cumulativos ou isolados. Quando aumenta a precipitação, poderá ocorrer aumento da vazão em proporção diferente, mas quando altera a chuva e também o uso do solo o efeito pode ser significativo como foi mostrado na bacia do rio Paraná. A tendência é de aumento do escoamento médio quando ocorre desmatamento de floresta e cultura permanente para cultura anual.
A variação temporal da vazão é regulariza pelo efeito da bacia hidrográfica (regularização natural da água subterrânea) e por reservatórios construídos. A única forma de armazenar grande quantidade de energia é através do armazenamento da água em reservatórios para geração de energia hidrelétrica. Em artigo anterior foi discutido que este reservatório está diminuindo devido as características das Usinas construídas nas últimas décadas.
No final a geração total da energia depende de duas variáveis a vazão e a carga hidráulica dada pela diferença de cota de jusante e montante de um empreendimento. A cota geralmente é mantida pelo reservatório e a vazão é a variável principal que se modifica ao longo de meses e anos.
Quando esta vazão aumenta ou diminui é possível gerar mais ou menos vazão. A energia firme no setor elétrico brasileiro é calculada com base no período de 1949 a 1956, que foi o período mais seco da bacia do rio Paraná onde a maioria das hidrelétricas com grande capacidade foram construídas. No entanto, este período crítico pode variar de rio para rio. O período crítico do rio Paraguai foi na década de 60 e o no Uruguai na década de 40. No entanto, para o sistema equivalente energético, são os anos citados acima. A energia firme de um empreendimento é o máximo que o empreender pode vender com contratos de longo prazo e, portanto, estima o valor que receberá pela sua operação dentro da arrecadação do sistema interligado. Este cálculo é regulamentado em lei.
Atualmente, quando se calcula a energia firme de um empreendimento se utiliza as vazões da década de 50. No entanto, se as chuvas fossem as mesmas as vazões seriam diferentes porque as bacias mudaram e o risco das vazões também. As vazões provavelmente seriam maiores e os empreendimentos poderiam contratar energia firme maior, representando um maior ganho para os empreendimentos e talvez um aumento da luz no país.
Olhando por este lado, a energia firme brasileira poderia estar subestimada, o que é fator favorável ao sistema instalado e a redução do risco de racionamento. De outro lado, olhando pelo lado da regularização, o sistema poderia ter mais risco de atender a um período com risco menor de ocorrer que o da década de 50. Além disso, será que a entrada de novas usinas no sistema o período crítico continua o mesmo? A vantagem da entrada atual de usinas na Amazônia onde o período crítico é diferente é de distribuição deste risco, pois algumas usinas complementam outras. Observa-se assim, como os fatores que atuam na bacia e no clima podem influenciar de forma decisiva num setor tão importante para os tempos modernos como a energia.
Esta análise lança hipóteses, mas para melhor comprová-las é necessário obter valores que confirme as hipóteses.

O abastecimento de água em regiões semi-áridas e nas cidades costeiras possui uma alternativa adicional de obtenção da água que é a dessalinização.
Nas regiões semi-áridas a água subterrânea e mesmo os reservatórios superficiais com alto tempo de renovação do seu volume (relação entre o volume e vazão) tende a possuir água salobra (concentrações da ordem que começam em 500 mg/l de sais aumentando até os níveis de sais do mar que são acima de 30.000 mg/l). Neste caso, o dilema é a concentração de sais que sobram do processo. Existem alguns usos integrados como o plantio de forrageiras e o uso em tanques de piscicultura.O maior problema destas regiões é a gestão dos sistemas, já que a baixa educação faz com que investimentos acabam se perdendo com o tempo se não houver uma maior treinamento as pessoas do local.
No caso de cidades costeiras o usa da água do mar é uma alternativa interessante. Neste caso concentrações são altas, mas a disposição do rejeito de sais permite uma gestão mais eficiente, pois o volume do mar é muito grande e dilui o concentrado de sais que sai do processo.
A revista The Economist do último dia 7 de June, no seu Tecnhology Quarterly apresenta uma interessante reportagem sobre a tendência de uso da desalinização no mundo. Apresenta alguns dados como: O número de plantas de desalinização no mundo é de 13.080 com vazão de atendimento total de 643 m3/s, representando 0,5 % da demanda mundial. Considerando uma demanda de cerca de 200 l/s, este valor representa o atendimento de 278 milhões de pessoas.
Atualmente existem dois processos principais: (a) osmose reversa que utiliza alta pressão de bombas para muita para filtrar a água através de uma membrana; (b) destilação em múltiplo-estágio que utiliza câmeras e calor para retirar o sal da água. Quanto maior for a concentração de sais, maior é o uso de energia.
Este tipo de obtenção da água vem sendo utilizado desde a primeira parte do século vinte no oriente médio, onde existe energia disponível de aquecimento disponível para dessalinização.
Com o desenvolvimento de grandes metrópoles na costa e a dificuldade de ampliar a disponibilidade hídrica segura para estas grandes concentrações humanas, a água do mar passou ser uma alternativa a ser analisada, principalmente como segurança a falta de água em períodos críticos climáticos.
O dessalinizador utiliza muita energia, inicialmente cerca de 8 kwh por m3 e atualmente está em 3,7 kwh/m3 (caso de Perth na Austrália, segundo The Economist). A eficiência tem aumentado com o aproveitamento da quantidade de movimento gerada na osmose reversa através de pequenas turbinas que recuperam parte da energia utilizada. O custo caiu para US$ 0,50/m3 e aumentou recentemente para US $ 0,75/m3 com a desvalorização do dólar. Mesmo assim, este custo é competitivo nas condições atuais de produção.
A tendência atual é de aumento do uso de osmose reversa com o aprimoramento tecnológico de membranas e da eficiência da energia utilizada na produção. Esta pode ser uma importante opção no Brasil, considerando a extensa costa e o grande número de metrópoles localizadas próxima da costa e com limites de disponibilidade hídrica devido a escassez de quantidade e qualidade da água (contaminação da quantidade e qualidade da água). No caso das regiões semi-áridas é também uma importante alternativa, mas as dificuldades estão relacionadas com a gestão, já que a demanda é difusa e o uso de equipamentos que necessitam de manutenção em áreas distantes sem apoio técnico e treinamento já se mostrou ineficiente.

Depois de 2001, os decisores e a população entenderam os riscos da falta de água para produção de energia. Apesar do setor elétrico brasileiro possuir da ordem de 70% de capacidade instalada hídrica para 30% térmica e outros, o setor opera geralmente da ordem de 93% com hídricas e somente o restante com as demais instalações devido a preço reduzido da geração hídrica.
O risco de falha do setor foi adotado em 5% com dois anos e meio de período crítico em função da capacidade instalada e dos volumes de regularização. No entanto, vários fatores se alteraram nos últimos anos produzindo diferentes efeitos sobre a capacidade de regularização do setor e seu efetivo risco.
No lado positivo, as vazões afluentes aos reservatórios na bacia do rio Paraná, Uruguai e Paraguai aumentaram da ordem de 30%, aumentando o fator de capacidade dos empreendimentos para o mesmo investimento. Esta questão tem sido discutida em outros artigos neste blog, onde a principal pergunta se resume em: até que ponto estes aumentos são permanentes?
No lado negativo se observou que o número de empreendimentos num período longo foi insuficiente para acompanhar a demanda, culminando no racionamento de 2001, que poderia ter acontecido antes se não houvesse o aumento das vazões.
Nos últimos anos houve um outro fator, representado pelo maior aumento da capacidade instalada sem o correspondente volume de regularização, fazendo com que diminua o período de risco e aumente a probabilidade de falha, pois existe menor volume específico para cada MW instalado (figura abaixo). Numa cascata de reservatórios geralmente existem poucos reservatórios de regularizam a vazão e vários de queda, que utilizam a mesma vazão. Como os reservatórios de regularização não são construídos por serem menos atrativos (maior custo ambiental e maiores conflitos, sem retorno equivalente) são construídos os de queda. Quando ocorrer uma estiagem toda a capacidade da cascata estará comprometida, existindo pouca ou nenhuma sinergia entre os mesmos.
Na figura abaixo se observa que a relação entre volume e capacidade instalada média subiu para cerca de 8 hm3/MW (hm3= 106 m3) nos anos 60 com a entrada de Três Marias Furnas, etc, caindo gradualmente até valores atuais de 3,5 hm3/MW. Como estes valores são médios não caracterizam cada conjunto de empreendimentos, como o reservatório equivalente de cada setor, mas permitem uma tendência geral
Portanto, as condições de risco podem passar a serem anuais, devido a baixa regularização, ficando o setor sujeito a riscos mais freqüentes, como tem sido observado nestes dois últimos anos, onde os reservatórios estavam cheios e passados alguns meses chegou-se a níveis alarmantes. Isto resultará num mercado “spot “mais volátil e arriscado para os compradores de energia.

figura preparada por Márcio Nóbrega