Hoje cerca de 40% da matriz energética brasileira é constituída de energias renováveis, situação sem paralelo no mundo. Por sua vez, a matriz elétrica renovável do país é composta pelas energias hidroelétrica (64,8%), biomassa (8,8 %), eólica (6,1%) e solar (0,02%). Essa situação não é cômoda, pois atualmente o Brasil enfrenta uma crise energética.

Estratégias são então aventadas e estudadas para tentar aumentar a oferta de energia elétrica e a diversificação das fontes de seu suprimento, sem que seja necessário recorrer à construção de novas hidroelétricas, que enfrentam cada vez mais resistências dos organismos ambientais e a limitação de locais que possam viabilizá-las. Entre as alternativas está a utilização da energia solar fotovoltaica flutuante (flotovoltaica - termo oriundo da tradução adaptada para o português de floating photovoltaic systems), que envolve a instalação de painéis solares sobre as águas das represas das usinas hidrelétricas existentes.

Esse tipo de tecnologia, já empregada em outros países, principalmente em lagos, lagoas e estações de tratamento de águas, visa prioritariamente a produção de energia destinada ao bombeamento de água utilizada na agricultura, mas paralelamente contribui para a diminuição da taxa de evaporação dos reservatórios e até para a redução da proliferação de algas, em decorrência do sombreamento.

A aplicabilidade dessa tecnologia no Brasil se mostra extremamente favorável face ao grande número de represas que se estendem por todo o território nacional, à enorme extensão de seus lençóis d’água e à disponibilidade de linhas de transmissão que lhe estão adjacentes, além de não demandar ocupação de novos espaços. Frise-se a vantagem da utilização das linhas de transmissão disponíveis, pois, como amplamente noticiado, vários conjuntos eólicos construídos no país permanecem inoperantes, embora com os aerogeradores gerando, por falta dessas linhas, cujas construções esbarram na dificuldade em conseguir os terrenos necessários às suas instalações e até em autorizações ambientais.

Entretanto, em contrapartida, a instalação de painéis, de flutuadores que lhes dão sustentação e de inversores de energia elétrica, encarece sobremaneira o custo desse sistema, que pode inclusive sofrer restrições ambientais em decorrência de alterações que possam a vir provocar no ecossistema ou mesmo de problemas em relação ao uso que já se faz da água.

Embora os estudos relacionados a essa aplicação ainda estejam se iniciando no Brasil, e há tudo por fazer, a demanda por esse tipo de tecnologia começa a ser implementada com projetos iniciados recentemente pelo Ministério de Minas e Energia no lago da usina de Sobradinho (BA) e na represa de Balbina (AM).

A propósito, a Unicamp atendeu à convocação do edital correspondente a esses projetos através de Núcleo Interdisciplinar de Planejamento Energético (Nipe), participando com um grupo multidisciplinar, constituído por físicos e engenheiros, em associação com um pool de empresas. Apesar de ter sido a proposta de menor custo, o grupo classificou-se em terceiro lugar em decorrência de critérios de pontuação.

Um dos participantes desse grupo, o professor Ennio Peres da Silva, que acumula larga experiência em pesquisas envolvendo a utilização de energias alternativas, orientou tese apresentada pela matemática Karina Maretti Strangueto, junto ao Departamento de Energia da Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM) da Unicamp, que teve como objetivo geral estimar o potencial de produção de energia elétrica através de sistemas fotovoltaicos flutuantes (flotovoltaicos) em reservatórios de hidroelétricas brasileiras.

Em decorrência, constituíram seus objetivos específicos: pesquisar as áreas das usinas hidroelétricas em condições de receber esse tipo de sistema; estabelecer o arranjo fotovoltaico flutuante melhor adaptado ao caso brasileiro; simular o potencial instalado e a energia gerada por esse arranjo no reservatório de cada hidroelétrica considerada, estimando o potencial nacional dessa geração.

Resultados surpreendentes

Como suporte para o trabalho, a autora estudou as características das principais instalações flotovoltaicas já construídas pelo mundo com vistas a visibilizar suas aplicações em reservatórios brasileiros. Valeu-se ainda das experiências adquiridas pelo grupo que desenvolveu os projetos e as construções das instalações da Usina Solar Tanquinho, da CPFL, o que leva o professor Ennio a considerá-lo de resultados concretos e não simplesmente de cunhos especulativos.

Trata-se efetivamente de um trabalho exaustivo, envolvendo 165 das principais hidroelétricas brasileiras, planejado em relação a cada um de seus reservatórios, que leva em conta áreas, latitudes, longitudes, altitudes, temperaturas, climas. Em cada reservatório a pesquisadora adotou dois cenários em relação à ocupação de suas áreas pelo sistema: um baixo, prevendo a utilização de 8%, e outro alto, com utilização de 80%. Calculou então o número de painéis, com a inclinação adequada, necessários para essa cobertura, de forma a evitar sombreamentos, e a instalação de passarelas para limpeza e manutenção. Com esse conjunto de informações e a utilização do software PVsyst foi possível calcular a geração média por área utilizada, o que permitiu a estimativa do potencial energético dos sistemas a serem instalados em cada reservatório e, consequentemente, a energia elétrica total que poderiam produzir.

Os resultados foram surpreendentes: com apenas 8% da utilização das áreas totais dos reservatórios poderiam ser produzidos anualmente 444.333 GWh, o que corresponde a cerca de 70% de toda a energia elétrica consumida no mesmo período no país em 2014, que foi de 624.254 GWh. Com a utilização de 80% das mesmas áreas, estima-se a produção de 4.443.326 GWh, que corresponderia a sete vezes o valor da energia elétrica consumida em 2014.

O professor Ennio lembra o caráter complementar desse sistema híbrido, que teria maior produção de energia hidroelétrica na época das chuvas, quando há pouco sol, em que os reservatórios estão cheios, e o suporte da energia fotovoltaica na estiagem, onde predominam dias claros. Ele possibilitaria também que a energia elétrica fotovoltaica produzida durante o dia possa ser “armazenada” na forma de água não utilizada para ser distribuída à noite com vistas, por exemplo, a controlar o nível do reservatório sem comprometer o abastecimento. Mas ressalva: “A utilização da energia flotovoltaica é recente e cada usina terá que procurar a situação ótima, ou seja, a forma de atingir a maior produção ao menor custo. Em seu trabalho, Karina determinou a faixa de potencial disponível e que deve ser utilizada para atingir esse ótimo, para que a empresa possa avaliar em termos econômicos a validade de aumentar a produção e, se for o caso, de quanto, ou seja, que área deve utilizar dos reservatórios”.

Prós e contras

O sistema, entretanto, como qualquer outro, traz vantagens e desvantagens. A cobertura instalada no reservatório diminui a evaporação, absorvendo parte da radiação solar. Normalmente os reservatórios acumulam perdas que podem chegar a quase 50%, o que equivale ao volume de chuvas que recebem. Em certos lagos dos EUA a diminuição da evaporação é tão apreciada quanto a energia produzida, pois a água é fundamental para a irrigação. Embora o estudo tenha se concentrado na determinação das estimativas de produção de energia nos cenários alto e baixo e não nos custos, sabe-se que a energia elétrica fotovoltaica é mais cara que a gerada por hidroelétricas e até mesmo as de origem eólica. Pesam os custos dos painéis, dos suportes e dos inversores responsáveis pela conversão da corrente contínua em alternada, utilizada na rede de transmissão. Além do que a energia apenas pode ser gerada em parte do dia. Estas são limitações reais, mas que podem em parte ser paulatinamente superadas.

Delineando um caminho, o docente sugere que as empresas produtoras de energia elétrica deveriam partir para instalações de pequeno porte para aprender a manusear o sistema e dimensionar seu potencial. Essas iniciativas levariam progressivamente ao aumento da demanda por equipamentos e possibilitariam maior consumo de painéis e o desenvolvimento de empresas brasileiras que fabriquem flutuadores e inversores, o que levaria ao barateamento das instalações.

Outra questão a considerar são os possíveis impactos ambientais. O que vai acontecer com os peixes, com a oxigenação da água, com os microrganismos de que os peixes menores se alimentam? Que impactos podem ocorrer nessa cadeia produtiva? Em um reservatório de água corrente esses impactos podem ser minimizados, mas precisam ser estudados. A região de sombra pode contribuir para a diminuição de aguapés e outras plantas aquáticas que, ao morrerem, vão ao fundo dos reservatórios e sofrem biodigestão, produzindo ácido sulfídrico que provoca corrosão nas turbinas. Mas tudo isso precisa ser estudado e verificado através do acompanhamento de sistemas montados, pois teoricamente é difícil fazer previsões seguras.

Ennio enfatiza: “Há desequilíbrios que são imprevisíveis. Na usina da Balbina, a quantidade de peixes menores reduziu-se bastante devido à ação dos peixes predadores, que passaram a caçar em águas paradas. O desequilíbrio levou ao desenfreado aumento de tucunarés, hoje encontrados para consumo até no Sudeste, e aumentou a população de larvas de mosquitos, que serviam de alimentos aos peixes pequenos. É grande o número de casos insólitos, impossíveis de serem previstos, ligados a alterações no meio ambiente”.

Alternativa ecológica

Para Karina, o trabalho mostra que utilizando apenas 8% da área total do reservatório é possível aumentar em pelo menos 70% a geração de energia elétrica no país sem precisar lançar mão de novas hidroelétricas. Ela se pergunta: “Imagine-se quantas hidroelétricas seriam necessárias para chegar a esse mesmo resultado? Claro que devem ser superados ainda os problemas dos altos custos e estudados eventuais impactos ambientais, mas o estudo deixa clara a importância de investir em tecnologias alternativas. Os dados mostram que o potencial desse sistema no Brasil é extremamente alto. O respeito à ecologia não justificaria o emprego desse sistema, embora mais caro?”

No Brasil apenas cerca de 0,02% da matriz energética é de origem fotovoltaica, tecnologia cada vez mais empregada em países europeus como Alemanha, Itália, Espanha. É verdade que sua disseminação no país exigiria o barateamento dos componentes. Mas, conclui a pesquisadora, “se países com um potencial solar menor que o nosso estão usando essa tecnologia, por que não procurar viabilizá-la aqui?”.

Publicação

Tese: “Estimativa do potencial brasileiro de produção de energia elétrica através de sistemas fotovoltaicos flutuantes em reservatórios de hidroelétricas”

Autora: Karina Maretti Strangueto

Orientador: Ennio Peres da Silva

Unidade: Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM)