As usinas termelétricas são instalações industriais projetadas para gerar eletricidade a partir da energia liberada na forma de calor. Esse calor é obtido, majoritariamente, pela queima de combustíveis, que podem ser de origem fóssil, como é o caso do carvão, gás natural e óleo, ou renovável, como a biomassa.
Essas usinas desempenham um papel fundamental na matriz energética de diversos países, incluindo o Brasil. Elas funcionam como uma fonte de energia firme e despachável, ou seja, podem ser acionadas a qualquer momento para garantir a segurança energética do sistema, especialmente quando fontes renováveis, como a hídrica e a solar, não conseguem suprir a demanda.
Como funcionam as usinas termelétricas?
O funcionamento de uma usina termelétrica convencional segue um modelo com ciclos pré-estabelecidos.
Tudo começa com a queima do combustível em uma caldeira, que aquece uma grande quantidade de água até ela se transformar em vapor de alta pressão e temperatura. Esse processo converte a energia química do combustível em energia térmica.
Esse vapor é direcionado com alta velocidade para mover as pás de uma turbina, fazendo-a girar. Nesse momento, a energia térmica do vapor é convertida em energia mecânica. A turbina, por sua vez, está conectada a um gerador, que transforma a energia mecânica da rotação em energia elétrica, pronta para ser transmitida.
Para fechar o ciclo e otimizar o processo, o vapor que saiu da turbina passa por um condensador. Ali, ele é resfriado, volta ao estado líquido e pode ser bombeado novamente para a caldeira, reiniciando o processo.
Esse princípio de conversão de energia é o mesmo utilizado em geradores de energia temporária, que garantem o fornecimento contínuo para operações diversas, sejam em indústrias, serviços e eventos.
Combustíveis utilizados nas usinas termelétricas
A escolha do combustível é um fator decisivo para a operação, custo e impacto ambiental de uma usina termelétrica. Os principais insumos utilizados no Brasil variam em eficiência, disponibilidade e emissões, sendo essenciais para complementar a matriz energética nacional.
Carvão mineral
O carvão mineral é uma rocha sedimentar fóssil com alto poder calorífico. Apesar de ser um dos combustíveis mais abundantes e de baixo custo, sua queima é a que mais emite gases de efeito estufa (GEE) e outros poluentes.
Historicamente, foi a base da geração termelétrica mundial, mas hoje enfrenta restrições ambientais.
Gás natural
Composto principalmente por metano, o gás natural é considerado um combustível de transição. Sua queima é mais limpa e eficiente que a do carvão e do óleo, emitindo cerca de 50% menos CO₂. Sua crescente disponibilidade no Brasil, especialmente com o pré-sal, tem impulsionado a construção de novas usinas a gás.
Óleo combustível
Derivados do petróleo, como o óleo diesel e o óleo combustível, possuem alta densidade energética. No entanto, seu custo é elevado e a queima também gera emissões significativas. São frequentemente usados em usinas de backup, para suprimento de ponta ou em locais isolados, onde não há acesso a gasodutos.
Biomassa
A biomassa utiliza matéria orgânica de origem vegetal ou animal como combustível, como bagaço de cana-de-açúcar, casca de arroz e cavaco de madeira.
É uma fonte renovável e com baixa emissão líquida de carbono, pois as plantas absorvem CO₂ durante seu crescimento. É uma solução sustentável e estratégica, especialmente para o agronegócio.
Tipos de usinas termelétricas
As usinas termelétricas são classificadas principalmente pelo combustível que utilizam. Cada tipo possui características de operação, custos e aplicações específicas, sendo ideais para diferentes necessidades, desde a geração de base para o país até soluções energéticas temporárias para a indústria.
Usinas a carvão
De forma geral, são usinas robustas, projetadas para operar continuamente e gerar grandes volumes de energia (geração de base). Embora eficientes na produção, exigem complexos sistemas de controle de poluição para mitigar a emissão de cinzas e gases tóxicos, tornando seu impacto ambiental um grande desafio.
Usinas a gás natural
Mais modernas e flexíveis, as usinas a gás natural podem ser acionadas e desligadas rapidamente. Isso as torna ideais para equilibrar a intermitência de fontes renováveis, como a solar e a eólica. O modelo de ciclo combinado, que reaproveita o calor dos gases de exaustão, aumenta ainda mais sua eficiência.
Usinas a óleo combustível/diesel
Essas usinas são valorizadas por sua versatilidade e rápida instalação. São a solução perfeita para locais remotos sem acesso à rede elétrica ou para fornecer energia de emergência.
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Usinas a biomassa
Geralmente localizadas próximas a sua fonte de combustível, como em complexos sucroalcooleiros. Elas aproveitam resíduos que seriam descartados para gerar eletricidade, muitas vezes vendendo o excedente para a rede. Representam um modelo de economia circular e geração de energia limpa e descentralizada.
Vantagens e desvantagens das usinas termelétricas
As usinas termelétricas oferecem vantagens importantes, como a flexibilidade de instalação, já que não dependem de condições geográficas específicas, como rios. Também, elas podem funcionar independentemente das condições do clima, como chuva, sol ou vento, garantindo uma energia contínua e confiável, o que é fundamental para a segurança do sistema elétrico.
Por outro lado, as desvantagens são significativas. O principal ponto negativo é o impacto ambiental, com a emissão de gases de efeito estufa. Além disso, os custos operacionais são elevados e voláteis, pois dependem dos preços dos combustíveis no mercado internacional, o que afeta diretamente o valor da conta de luz do consumidor.
Para empresas que não podem arriscar ficar sem energia devido à instabilidade da rede, as soluções de energia temporária são a resposta.
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Impacto ambiental das usinas termelétricas
O principal impacto ambiental das termelétricas é a emissão de gases poluentes na atmosfera. A queima de combustíveis fósseis libera dióxido de carbono (CO₂), um dos principais causadores do efeito estufa, além de óxidos de nitrogênio (NOx) e dióxido de enxofre (SO₂).
Outro impacto relevante é o uso intensivo de recursos hídricos. A água é fundamental para o resfriamento no condensador, e a captação em grande volume pode afetar ecossistemas aquáticos. Além disso, a extração dos combustíveis (carvão, petróleo, gás) também gera seus próprios passivos ambientais.
Para mitigar esses efeitos, existem tecnologias como filtros para reter partículas, lavadores de gases e sistemas de baixo NOx. No Brasil, o licenciamento e a operação dessas usinas são rigorosamente controlados por órgãos ambientais, que estabelecem limites de emissão e exigem medidas compensatórias.
Usinas termelétricas na matriz energética brasileira
No Brasil, as usinas termelétricas funcionam como um suporte estratégico para a matriz, majoritariamente hídrica. Em períodos de seca, quando o nível dos reservatórios das hidrelétricas está baixo, as termelétricas são acionadas pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) para evitar a falta de energia.
Essa lógica de acionamento explica as cores das bandeiras tarifárias na conta de luz. Como a energia termelétrica é mais cara de produzir, seu uso aumenta o custo geral da geração no país, e esse valor é repassado aos consumidores. Bandeira amarela ou vermelha significa que mais termelétricas estão em operação.
Geograficamente, elas se concentram próximas aos grandes centros de carga, como a Região Sudeste, ou perto de fontes de combustível, como o litoral (gás natural importado ou do pré-sal) e a Região Sul (carvão mineral). Essa distribuição estratégica reduz perdas na transmissão e otimiza a logística de combustíveis.
Principais usinas termelétricas brasileiras
O Brasil possui um parque termelétrico diversificado e robusto, com centenas de usinas em operação. Algumas se destacam pela sua grande capacidade instalada e importância estratégica para o Sistema Interligado Nacional (SIN), segundo dados da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL).
UTE Porto de Sergipe I
É a maior usina termelétrica a gás natural da América Latina, com 1.593 MW de capacidade instalada. Localizada em Barra dos Coqueiros (SE), sua operação é fundamental para a segurança energética do Nordeste, utilizando gás natural importado através de um terminal de regaseificação próprio.
Complexo Termelétrico Jorge Lacerda
Situado em Capivari de Baixo (SC), este é o maior complexo a carvão mineral da América Latina, somando 857 MW de capacidade. É um exemplo histórico da geração termelétrica no Sul do país, utilizando o carvão extraído na própria região, sendo vital para a estabilidade da rede local.
Complexo Parnaíba
Este complexo se destaca por gerar energia a partir de gás natural produzido em campos terrestres na Bacia do Parnaíba. Localizado em Santo Antônio dos Lopes (MA), é um dos maiores empreendimentos de geração de energia a gás em operação no Brasil, mostrando a viabilidade do modelo “gas-to-wire”, que gera eletricidade no local da extração do gás.
O futuro das usinas termelétricas no Brasil
O futuro das termelétricas está diretamente ligado à transição energética. Elas continuarão sendo cruciais para dar estabilidade e segurança à rede, enquanto fontes intermitentes como solar e eólica ganham espaço. A tendência é uma substituição gradual das usinas mais poluentes (a carvão e óleo) por outras mais eficientes.
A grande aposta para os próximos anos é o gás natural, visto como o combustível de transição ideal por ser menos poluente. Novas tecnologias, como os ciclos combinados de alta eficiência e a hibridização com fontes renováveis, devem tornar essas usinas ainda mais competitivas e sustentáveis.
A longo prazo, a expectativa é que as usinas termelétricas possam operar com combustíveis de emissão zero, como o biogás, o biometano e o hidrogênio verde. Essa evolução tecnológica permitirá que elas mantenham seu papel estratégico na matriz energética de forma alinhada com as metas globais de descarbonização.
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