Fontes Energeticas do Brasil

Fontes Energeticas do Brasil

(Parte 1 de 6)

UFU - Universidade Federal de Uberlândia Física Licenciatura - INFIS

Fontes energéticas do Brasil e conceitos de física correlacionados na literatura didática do Ensino Fundamental e Médio

UBERLÂNDIA-MG 2017

1 PEDRO MOREIRA CARDOSO

Fontes energéticas do Brasil e conceitos de física correlacionados na literatura didática do Ensino Fundamental e Médio

Trabalho de conclusão de curso apresentado ao curso de Física Licenciatura da Universidade Federal de Uberlândia, como requisito parcial para conclusão do curso.

Orientador(a): Prof. Dr. Ademir Cavalheiro

UBERLÂNDIA-MG 2017

2 PEDRO MOREIRA CARDOSO

Fontes energéticas do Brasil e conceitos de física correlacionados na literatura didática do Ensino Fundamental e Médio

Tudo o que é realmente grande e inspirador é criado pelo indivíduo que pode trabalhar em liberdade. Albert Einstein

A energia elétrica é um fator indispensável ao crescimento econômico de um país e frente a esta situação coloca-se o desafio de suprir as necessidades energéticas inerentes ao processo de crescimento econômico com a maximização da utilização de fontes tradicionais, bem como da utilização de novas fontes renováveis, com baixo impacto ambiental e com custo de produção aceitável. A pesquisa e o incremento das fontes renováveis tem sido aprimoradas constantemente para solucionar o problema da falta de energia. O presente estudo trata de uma pesquisa qualitativa que selecionou material científico e didático disponível para uma análise dos estudos já produzidos na área da produção de energia e do material acessível à jovens do ensino médio. Foi feito um breve apanhado sobre a matriz energética brasileira e mostrou que as três fontes renováveis estudadas – nuclear, eólica e hidrelétrica – apresentam pontos positivos e negativos que devem ser levados em consideração para implantação. Chegamos à conclusão de que a produção brasileira é bastante diversificada e com o avanço dos estudos pode se tornar uma das mais sustentáveis do mundo. Além disso, o ensino da matriz energética e das formas sustentáveis para alunos do ensino fundamental e médio é de grande relevância para formar cidadãos conscientes e capazes de colaborar para a sustentabilidade.

Palavras-chave: sustentabilidade, energia elétrica, hidrelétrica, eólica, nuclear.

Electricity is an indispensable factor for the economic growth of a country and faced with this situation, the challenge is to provision the energy needs inherent to the process of economic growth with the maximization of the use of traditional sources, as well as the use of new renewable sources, with low environmental impact and with acceptable production costs. Renewable energy research and growth has been steadily improved to address the power outage problem. The present study deals with a qualitative research that selected scientific and didactic material available for an analysis of the studies already produced about energy production and of the material accessible to young people of gymnasium and high school. A brief survey was made on the Brazilian energy matrix and showed that the three renewable sources studied - nuclear, wind and hydroelectric - present positive and negative points that should be taken into consideration for implementation. We came to the conclusion that Brazilian production is very diversified and with the advancement of studies can become one of the most sustainable in the world. In addition, the teaching of the energy matrix and sustainable forms for high school students is of great relevance to form citizens who are aware and capable of collaborating for sustainability.

Key-words: sustainability, electric energy, hydroelectric, wind, nuclear.

ABEEÓLICA – Agência Brasileira de Energia Eólica ABRAPCH – Associação Brasileira de Fomento às Pequenas Centrais hidrelétricas ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica BEN – Balanço Energético Nacional BNDES – Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social CNEN – Comissão Nacional da Energia Nuclear CO2 – Dióxido de Carbono EPE – Empresa de Pesquisa Energética NUCLEN – Nuclebrás Engenharia ONS – Operador Nacional do Sistema PCH – Pequena Central Hidrelétrica PIEE – Programa de Investimento em Energia Elétrica PNB – Programa Nuclear Brasileiro PROEÓLICA – Programa Emergencial de Energia Eólica PROINFA – Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica SIN – Sistema Interligado Brasileiro

Figura 1: Integração eletroenergética do Sistema Elétrico Brasileiro – 201513
Figura 2: Reatores em operação no mundo em 201518
Figura 3: Reatores em construção no mundo em 201519
Figura 4: Esquema de funcionamento de uma usina nuclear2
Figura 5: Funcionamento da usina Hidrelétrica25
Figura 6: Componentes básicos dos aerogeradores de eixo horizontal31

LISTA DE FIGURAS Figura 7: Componentes da célula fotovoltaica .................................................................. 3

LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1: Complementaridade entre a geração hidrelétrica e eólica................................ 29

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS06
LISTA DE FIGURAS/TABELAS/QUADROS07
LISTA DE GRÁFICOS08
1 INTRODUÇÃO10
2 FONTES ALTERNATIVAS16
2.1 NUCLEAR16
2.1.1 Como funciona a Usina Nuclear21
2.2 HIDRELÉTRICA2
2.2.1 Como Funciona a Usina Hidrelétrica24
2.3 EÓLICA26
2.3.1 Como Funciona a Usina Eólica30
2.4 SOLAR31
2.4.1 Como Funciona a Usina Solar32
SE ASSOCIA A ELAS35
4 METODOLOGIA37
5 DISCUSSÃO38
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS4

3 UMA BREVE ANÁLISE DAS DIRETRIZES CURRICULARES E COMO O TEMA 7 REFERÊNCIAS ................................................................................................................. 46

1 INTRODUÇÃO

A utilização de energia elétrica é indispensável ao crescimento econômico de um país. Nos últimos anos, nos deparamos com uma situação nova em que os recursos tradicionais para geração de energia elétrica ou se tornaram escassos ou a sua utilização passou a ser questionada pelo efeito negativo que causam na natureza. Frente a esta situação coloca-se o desafio de suprir as necessidades energéticas inerentes ao processo de crescimento econômico com a maximização da utilização de fontes tradicionais, limitadas à sua disponibilidade e de seu impacto ambiental, bem como da utilização de novas fontes renováveis, com baixo impacto ambiental e com custo de produção aceitável.

Neste contexto a utilização de fontes alternativas para a geração de energia elétrica foi colocada como opção para a composição da matriz energética do país. Este trabalho procura explorar como estas fontes de energia vêm sendo utilizadas no Brasil e quais as perspectivas de incremento do uso destas fontes como compositoras da matriz energética do país na perspectiva de suprir as necessidades do aumento da demanda estimada para os próximos anos.

Além disso, busca entender como o ensino sobre as formas de produção de energia estão inseridos nos conteúdos ofertados para os alunos do ensino fundamental e médio pesquisando nas Diretrizes curriculares os conteúdos em que podem se encaixar e fazer parte dos estudos de crianças e adolescentes.

Como objetivo geral, este trabalho pretende analisar as diversas fontes energéticas renováveis e sustentáveis existentes, com ênfase nas que mais se aproximam da realidade e possibilidade de implantação no Brasil; analisando seus impactos na matriz energética brasileira e os impactos ambientais, inserindo conceitos físicos atuantes nos processos de produção e distribuição de energia elétrica.

Como objetivos específicos, irá pesquisar e analisar o atual quadro de utilização da energia eólica, hidrelétrica e nuclear como fontes geradoras de energia elétrica no Brasil; avaliar os impactos ambientais relativos à utilização destas fontes geradoras de energia elétrica; avaliar as políticas públicas relacionadas à utilização das diversas fontes de energia elétrica no Brasil; comparar e expor a melhor opção de geração de energia elétrica diante de aspectos específicos modelados de acordo com a análise individual de cada fonte geradora dentre as que foram escolhidas para uma análise mais aprofundada; e analisar os conteúdos relacionados à produção energética ofertados ao ensino médio e fundamental.

A utilização de energia elétrica é indispensável para nossos meios de produção e para a vida moderna. A utilização da energia cresce a cada ano e a oferta deve acompanhar. No cenário atual, a preocupação com a poluição e com o meio ambiente são essenciais para se estabelecer fontes de energia a serem utilizadas. Cada vez mais tem se buscado fontes de produção que sejam renováveis e que agridam menos o ambiente.

Tomalsquim (2012) aponta que um dos alicerces da sustentabilidade econômica de um país é o seu potencial para fornecer logística e energia para o prosseguimento e aumento da produção com segurança e em condições sustentáveis. Ele cita ainda que o Brasil é referência internacional pelo seu sistema de transmissão de energia, a sua produção energética e pela renovabilidade da matriz.

Os combustíveis fósseis, em especial o petróleo, são ainda as fontes mais usadas para produção de energia e manutenção do sistema de transportes. Porém, ter essa riqueza (como o pré-sal no Brasil) não garante que a população possa usufruir de todo dos benefícios que são gerados por meio dela. No Brasil, uma adequada exploração destes recursos pode elevar o desenvolvimento socioeconômico de todo o país e criar uma estrutura produtiva que possa sobreviver ao esgotamento destas fontes. (TOMALSQUIM, 2012)

Khoury et al., (2016) aponta que pesquisadores e organizações internacionais têm buscado investigar e aplicar fontes de energia que sejam menos poluentes e baseadas em materiais que sejam inesgotáveis. Ainda de acordo com eles, tem se estudado formas de substituição de energias térmicas devido à poluição mundial e ao esgotamento de combustíveis fosseis, além do aumento do consumo desta fonte no mundo todo. Por conta disso, as energias renováveis como solar, fotovoltaica, eólica, biomassa e hidrelétrica tem ganhado popularidade a cada dia, porém, essas formas alternativas são caras e, investir nelas, requer recursos naturais disponíveis e capacidade financeira. Os países mais desenvolvidos estão rapidamente incluindo esses sistemas nos seus planos de produção de energia para os próximos anos, ao contrário dos países em desenvolvimento que ficam para trás nesse assunto. (KHOURY ET AL., 2016)

O consumo de energia per capita no mundo todo mostra que um valor significante de energia é consumido todos os dias em todos os setores. Ainda de acordo com Ahmer et al. (2016) o consumo per capita é proporcional ao crescimento de um país, países como China, França e Estados Unidos têm o maior consumo de energia por pessoa e, em contrapartida, uma grande taxa de crescimento. O sistema moderno de energia elétrica é uma rede interconectada que abarca geração, transmissão, distribuição e utilização de energia, que é imprescindível para a sociedade moderna.

De acordo com o Relatório Revolução Energética elaborado pelo Greenpeace em 2016, se o Brasil trabalhar para reestruturar e fizer uma revolução na forma de gerar e consumir energia, pode chegar em 2050 com uma matriz energética 100% renovável. Para isso, o relatório aponta formas de utilização dos recursos e avalia cada uma das formas de produção de energia que são usadas atualmente.

A política de produção de energia no Brasil tem como objetivo garantir o acesso de toda a população a serviços básicos pelo preço justo, mantendo o compromisso com o meio ambiente. Essa forma de trabalhar contribui para o progresso econômico da população e para a construção de uma das matrizes energéticas mais limpas de mundo. A preocupação em não depender dos combustíveis fósseis também leva a maior diversificação da matriz prezando, principalmente, pelas fontes renováveis que causem menores impactos ambientais. (TOMALSQUIM, 2012)

No Brasil, desde a privatização do setor elétrico (década de 90) a ANEEL

(Agência Nacional de Energia Elétrica) exige das empresas um programa de Planejamento e Desenvolvimento tecnológicos (BRITTES ET AL; 2014). Com essa lei, as empresas são obrigadas a trabalhar e desenvolver novas formas de geração, transmissão e distribuição de energia.

De acordo com Ahmer et al. (2016) a fonte de energia mais consumida no mundo é o combustível fóssil, como carvão, gás natural e petróleo. Sua utilização é incrementada pelas fontes de energia sustentáveis tais como solar, nuclear, eólica, térmica e hidrelétrica. A energia solar é a fonte mais limpa e segura de produção de energia. Por isso, sua implementação está sendo trabalhada e aplicada no mundo todo. Para implantá-la é necessário estudar a área onde será implantada e as condições regionais de clima e temperatura. Os satélites podem ajudar a estimar todos esses aspectos.

A biomassa também se constitui como importante forma de obtenção de energia. Diferentes tipos de agriculturas têm sido pesquisados para o desenvolvimento de biocombustíveis de acordo com as condições climáticas e de solo da região. Ela é mais barata que o carvão, o petróleo e outros recursos, produz menos 2CO, porém, mais metano, o que agride mais o ambiente. (AHMER ET AL., 2016)

A rede de distribuição de energia elétrica brasileiro é constituída por dois sistemas, um menor e mais isolado que não se interliga e ocorre na região Norte, e outro sistema de grande interligação que é chamado de Sistema Interligado Nacional (SIN). Atualmente, o SIN é composto por quatro subsistemas chamados de Sul, Sudeste/Centrooeste, Nordeste e Norte. (TOMALSQUIM, 2016)

A Figura 1 mostra a interligação dos sistemas em 2015 e como se planeja que o sistema opere no futuro (linhas pontilhadas) em que todas as regiões estarão interligadas formando um sistema único de distribuição de energia elétrica.

Figura 1: Integração eletroenergética do Sistema Elétrico Brasileiro – 2015 Fonte: ONS (2015) No final de 2014, a geração do SIN contava com um sistema gerador com capacidade instalada de 133GW. Boa parte dessa produção vem de fontes renováveis, e a participação das hidrelétricas é bem significativa, mesmo com apenas 60% do potencial instalado a sua participação na produção de energia é de cerca de mais de 80% dependendo da época do ano. A rede de transmissão do SIN é bem extensa, em 2014 tinha mais de 116.0 km de extensão e tensão acima de 230 kV. (TOMALSQUIM, 2016)

No referente à emissão de gases poluentes pela matriz energética brasileira, o total foi de 462,3 milhões de toneladas de dióxido de carbono em 2015. Para produzir 1

MWh, foram emitidos em média 139,6 kg de 2CO, índice considerado baixo comparado a outros países como EUA, China e países da União Europeia. (BEN, 2016)

No ano de 2015 a matriz energética brasileira contou com um aumento das fontes renováveis de energia de 39,4% para 41,2%. Este índice está entre um dos mais elevados do mundo, em 2013 a média mundial de produção renovável era de apenas 13,5%. Em 2015 houve também queda no consumo final de energia (1,8%) e queda da oferta interna (2,1%). A primeira queda tem como motivo o recuo do PIB em 3.8% e a segunda queda é devido à diminuição da utilização de fontes derivadas de combustíveis fósseis.

No que refere à energia elétrica, o aumento das fontes renováveis de produção passou de 74,6% em 2014 para 75,5% em 2015. Sendo a produção hidráulica a maior participante desta produção com cerca de 64% dos 615,9 TWh produzidos em 2015. O aumento da produção de energia renovável se deu pela diminuição da geração térmica de derivados do petróleo e pelo aumento do uso da biomassa e eólico compensando a queda na produção hidráulica. (BEN, 2016)

O PIEE – Programa de Investimento em Energia Elétrica divulgado pelo governo em 2015 prevê o investimento de 116 bilhões de reais para aumentar entre 25 mil e 31,5 mil megawatts de potência no sistema nacional. Cerca de 10 a 14 mil serão provenientes das novas energias renováveis que são a solar, eólica e a biomassa. Até 2018 serão investidos 39 bilhões na transmissão e 42 bilhões na geração, depois de 2018 serão 31 bilhões em transmissão e 74 bilhões em geração de energia. (EPE, 2015)

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