Geração de Energia Elétrica

“Se não fosse a eletricidade, estaríamos todos assistindo televisão à luz de velas” 

George Gobel¹

A geração de energia elétrica se tornou indispensável no mundo moderno porque sua falta inviabiliza a vida na terra. A escassez de energia elétrica paralisa indústrias, cidades, transportes, hospitais, escolas, telecomunicações, destruindo o Produto Interno Bruto (PIB), medida de desenvolvimento econômico, e o Índice de Desenvolvimento Humano (IDH), medida de desenvolvimento social.

Características da Energia Elétrica

A Energia Elétrica possui características, que a diferencia das demais fontes de energia:

• • Ela não existe na natureza;
  • Ela não pode ser armazenada na sua forma natural;
  • Ela não pode ser transportada livremente pelo mundo;
  • Mas pode-se transformá-la em praticamente todas as outras formas de energia.

As três primeiras características representam enormes desafios para sua produção, transporte e utilização. Contudo, em decorrência de sua versatilidade, a eletricidade se transformou na fonte de energia que mais cresce no mundo.

Mercado da Energia Elétrica

De acordo com a Agência Internacional de Energia, a consumo global de energia crescerá 30% entre 2017 e 2040 (1,1% ao ano).²

Praticamente, todo este crescimento se concentra nos países emergentes, com destaque para os BRICS. A demanda por fontes primárias crescerá 1,4% a.a. no Brasil, 0,2% na Rússia, 3,3% na Índia, 1,0% na China, e 0,2% na África do Sul.

Porém, se considerarmos o crescimento absoluto, Índia, China, e Brasil apresentarão os maiores crescimentos.

A eletricidade continuará apresentando o maior crescimento no mundo, aproximadamente 2,1% ao ano.²

Os investimentos previstos no Brasil para atender a este crescimento se aproximam de US$ 15 bilhões (2017) em geração e US$ 7 bilhões (2017) em Transmissão e Distribuição. ³

O carvão permanecerá como a fonte primária mais utilizada na geração de eletricidade, e as termelétricas a tecnologia mais utilizada.

Contudo, as fontes renováveis aumentarão a participação e ficarão responsáveis pela metade das novas usinas de geração de energia elétrica no mundo.

O Brasil se encontra entre os 10 maiores geradores de energia elétrica do mundo, possui um dos maiores crescimentos anuais e a eletricidade mais limpa dentre os maiores produtores de energia elétrica.

Programa do Curso

Esse curso tem como objetivo fornecer conhecimentos para projeto, manutenção, e operação de usinas geradores de energia elétrica conforme o ementário da UERJ. 

A História da Energia demonstra a importância Geopolítica da Geração de Energia, suas implicações ambientais e sociais, conforme mostra o vídeo abaixo.

A Figura 1 ilustra a relação entre objetivos e ementário da disciplina. 

Os objetivos se encontram alinhados à organização do mercado de trabalho mundial da Geração de Energia Elétrica. Independentemente do nível do profissional, as vagas se destinam a posições de operação, manutenção ou projeto.

Porém, existe um conjunto de conhecimentos básicos que permeiam esses objetivos e representam a base do curso:

• • Fontes de Energia,
  • Tecnologias de Geração de Energia Elétrica,
  • Economia da Energia Elétrica,
  • e Aspectos Ambientais da Energia.

A Figura 1 coloca os Aspectos Ambientais na posição central porque determinam atualmente o projeto, a operação e a manutenção das usinas geradoras de eletricidade.

As Fontes de Energia, as Tecnologias de Geração e a Economia da Energia representam as três linhas de conhecimento que fornecem as alternativas ambientais para a produção de eletricidade. E a Economia da Energia Elétrica fornece os fundamentos para viabilizar os empreendimentos.

Fontes de Energia

As fontes de energia se dividem em primárias e de uso final, e cada país possui um estoque de insumos determinados por sua geologia e geografia. 

Essas diferenças provocaram inúmeros conflitos internacionais e a atual guerra na Ucrânia representa o caso mais recente, colocando a Geopolítica da Energia na agenda de todos os países.

Tecnologias de Geração de Energia

As tecnologias de geração de energia elétrica se dividem em Hidrelétricas, Termelétricas, Eólicas e Fotovoltaicas.

As Hidrelétricas respondem pela maior parcela de eletricidade produzida no Brasil e pela maior parcela de eletricidade limpa no mundo.

As Termelétricas, apesar de demonizadas pelos ambientalistas, respondem por mais de 80% da Energia Elétrica mundial, e apenas 20% no Brasil.  Contudo, a quantidade de usinas térmicas no Brasil supera a quantidade das hidrelétricas.

Além disso, a Geração Nuclear, a tecnologia termoelétrica mais moderna, utiliza o combustível com maior densidade energética – Urânio. Contudo, sofre as consequências políticas dos acidentes nucleares de Goiânia, Chernobil e Fukushima, que demonstraram seus riscos, e produz apenas 10% da eletricidade produzida no mundo.

A Geração Eólica, o mais recente caso de transformação de fonte alternativa em fonte comercialmente competitiva, se tornou a segunda Fonte Renovável mais importante no mundo e no Brasil.

Finalmente, a Geração Fotovoltaica revolucionou o mercado de geração de energia elétrica. A disponibilidade de luz solar ao redor do planeta permite sua instalação em qualquer local e de qualquer tamanho por ser modular.

Tudo isso, ocasionou mudanças no perfil dos profissionais da área, e a universidade precisa se adequar.

As Hidrelétricas possuem projetos dominados pela Engenharia Civil porque as barragens representam a parcela mais complexa e cara do projeto e construção. A Engenharia Mecanica fica em segundo lugar devido às Turbinas Hidráulicas.

Por sua vez, a Engenharia Mecânica domina as Termelétricas porque as Máquinas Térmicas representam a maior complexidade de engenharia e custo.

A Energia Eólica desponta como importante aplicação da Engenharia Mecânica, mas o uso da Engenharia Elétrica aumentou devido aos conversores eletrônicos de potência.

Finalmente, a Energia Fotovoltaica desponta como a primeira tecnologia de geração de eletricidade totalmente elétrica. O Efeito Fotoelétrico, que deu a Einstein seu único Prêmio Nobel em Física em 1921, se tornou a base científica dessa nova Geração de Energia.

Economia da Energia Elétrica

O modelo de negócio do setor elétrico cresceu no século XX na forma de monopólios verticalizados e estatais.

O volume de investimento, o pequeno tamanho dos capitais privados, e a guerra fria originaram as empresas estatais porque, com a garantia do Estado, podiam obter financiamentos internacionais de longo prazo e com taxas compatíveis aos investimentos em geração.

O sucesso do monopólio verticalizado foi inquestionável em todo o mundo enquanto as inovações tecnológicas permitiram aumentar os ganhos de escala através de maiores usinas e linhas de transmissão em alta tensão.

No Brasil, seu ápice ocorreu na década de 70, com a construção de Itaipu.

No entanto, nos anos 80, alguns economistas começaram a questionar este modelo monopolista.

Segundo Kirschen & Strabac, o argumento utilizado era de que o monopólio inibia os mecanismos de incentivo à eficiência e modicidade tarifária.

Este movimento, denominado Neoliberalismo, se baseou nas teorias monetaristas de Milton Friedman, ganhador do prêmio Nobel de Economia em 1976, e Friedrich August von Kayek, ganhador do prêmio Nobel de Economia em 1974.

No entanto, as ideias só foram colocadas em prática por Margareth Thatcher na Inglaterra e Ronald Reagan nos EUA na década de 80, e Fernado Henrique no final da década de 90.

As mudanças ocorreram lentamente no Brasil, as distribuidoras foram privatizadas na década de 90 e a Eletrobrás somente foi privatizada em 2022. Contudo essa mudança demanda conhecimentos de finanças e negócios para os profissionais da área. Dentro desse contexto, criou-se o módulo de Economia da Energia.

Aspectos Ambientais da Energia

A Geração de Energia Elétrica provoca um dos maiores impactos ambientais dentre todas as atividades industriais do mundo moderno. 

Consequentemente, torna-se impossível ensinar Geração de Eletricidade sem mencionar seus impactos ambientais.

Portanto, esse capítulo se propõe a oferecer o conhecimento ambiental necessário aos profissionais da área de Geração de Energia Elétrica para dialogarem com os órgãos ambientais e executarem suas atividades profissionais minimizando os impactos ambientais.

Conclusões

A necessidade de mão de obra para operação e manutenção de usinas térmicas ultrapassa a das Hidrelétricas no Brasil e no Mundo. Adicionalmente, independentemente das Fontes de Energia e da potência da usina, cada instalação requer quantidades mínimas de pessoal qualificado para garantir o fornecimento desse insumo estratégico de forma confiável e econômica.

Portanto, a demanda por profissionais qualificados nesta área continuará sustentada, crescente e imune à volatilidade do modismo.