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Disciplina: Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica. Professor: Eng. Raphael Paciullo Ramalho
Aula 1 – Fontes de Energia Elétrica
As formas de energia encontradas na natureza e utilizadas para gerar energia elétrica são chamadas de fontes primárias. As fontes primárias podem ser divididas em fontes convencionais - formas inicialmente utilizadas que permitiram o uso generalizado da eletricidade e ainda hoje responsáveis pela maior parte da energia elétrica produzida, e fontes alternativas - envolvem as formas de obtenção de energia elétrica que diferem das tradicionais.
Fontes Convencionais
Hidráulica
A geração de eletricidade a partir de fontes hídricas consiste no aproveitamento de desníveis no relevo geográfico para acumular grandes volumes de água dos rios através de barragens. Essa água represada é acelerada por gravidade, indo acionar uma turbina hidráulica que converte a energia cinética da água em energia mecânica em um eixo, que, por sua vez, aciona um gerador de eletricidade (chamado de alternador. pois fornece tensão na forma alternada). Um alternador converte a energia mecânica entregue pela turbina em energia elétrica. O conjunto de instalações e equipamentos envolvidos no processo é chamado de usina hidrelétrica. A fonte hídrica é de grande importância, sendo intensamente utilizada em países que possuem potencial hidráulico significativo. No Brasil, essa é a principal fonte de energia elétrica. A maior usina hidrelétrica em operação no Brasil é a Belo Monte (usina fio d’água) no Rio Xingu, no sudoeste do Pará, capacidade de geração de 11233 MW, inaugurada em Maio de 2016.
Gás Natural, Petróleo e Carvão
Outra fonte convencional importante é a que utiliza combustíveis fósseis encontrados na natureza, como o carvão mineral, o petróleo e o gás natural. Como se sabe, essas fontes são não-renováveis. A geração de energia elétrica a partir desses combustíveis passa necessariamente por um processo de geração de calor, e por isso o conjunto de instalações e equipamentos envolvidos na operação é chamado de usina termelétrica. Nas usinas termelétricas a carvão ou a oléo combustível (derivado de petróleo) realiza-se a combustão das respectivas substâncias em uma caldeira apropriada para a produção de vapor de água. Esse vapor é canalizado para uma turbina a vapor (também chamada de turbina de condensação) que gera energia mecânica em um eixo que, por sua vez, aciona um alternador que produz energia elétrica. O rendimento global de uma usina a vapor é de 40- 46 %. A maior usina termelétrica no Brasil é a Pecém no Ceará (capacidade instalada de 720 MW).
Se o combustível for gás natural utiliza-se uma turbina a gás em vez da turbina a vapor, dispensando-se a caldeira. As turbinas a gás necessitam da injeção de ar comprimido a alta pressão na câmara de combustão, obtido através de um turbocompressor acionado pelo próprio eixo da turbina. Os gases com alta temperatura e velocidade provenientes da combustão são dirigidos para a turbina que produz energia mecânica no eixo. Como a velocidade de rotação da turbina é alta, geralmente usam-se caixas redutoras de velocidade para conectá-la ao alternador. O rendimento global de uma usina a gás é de 35-40 %. A figura abaixo mostra os principais componentes de uma usina termelétrica a gás.
Nuclear
A energia nuclear é produzida pelo processo denominado fissão (divisão) do átomo. Quando a energia do átomo é liberada rapidamente é transformada em luz. Se for liberada lentamente, contudo, a energia é liberada na forma de calor, que é usado nas usinas nucleares. Hoje, o elemento químico utilizado para a geração da energia nuclear é o Urânio. As usinas nucleares contém uma estrutura que é denominada vaso de pressão. Nele há água usada para refrigerar o núcleo do reator, onde está o combustível nuclear. A água circula no gerador de vapor em uma estrutura chamada de circuito primário. Quando o circuito primário aquece, uma corrente de água passa por dentro do gerador – que é o circuito secundário. Dentro do circuito secundário, a água é transformada em vapor e é isso que faz com que as turbinas se movimentem e gerem a energia elétrica.O Brasil possui atualmente duas usinas nucleares em operação (Angra 1 e Angra 2 – capacidade instalada de 657 MW e 1350 MW respectivamente), e a Angra 3 (capacidade instalada 1405 MW) em fase de construção, localizadas em Angra dos Reis – RJ.
A energia nuclear como fonte de eletricidade já foi mais popular que atualmente. Em 1999, havia no mundo 434 usinas nucleares em operação (104 nos EUA, 56 na França, 51 no Japão, 2 no Brasil), mas esse número vem diminuindo por questões econômicas, de segurança e ambientais. O governo da Alemanha anunciou um plano para desativar todas as 19 usinas nucleares do país até 2020. Na França, cerca de 70 % da energia elétrica consumida tem origem nuclear, contra 20 % nos EUA, 30 % no Japão e 33 % na Alemanha. É interessante lembrar que na década de 50 previa-se que quase toda a energia elétrica por volta do ano 2000 seria de origem nuclear.
