Crise energética no Brasil: Impacto do nível do reservatório hidrelétrico na vazão do rio (Parte I)

Geralmente, a construção e operação de energia hidrelétrica reduzem a vazão do rio a jusante devido ao aumento da evaporação. No entanto, em regiões úmidas, como no Brasil, reservatórios contribuem para aumentar a vazão do rio

Resumo:  as estratégias de gestão da água podem ter impactos consideráveis no clima e na hidrologia regionais. Geralmente, a construção e operação de energia hidrelétrica reduzem a vazão do rio a jusante devido ao aumento da evaporação. No entanto, este trabalho mostra que em regiões úmidas, como no Brasil, os reservatórios de armazenamento de energia hidrelétrica contribuem para aumentar a vazão do rio.

Esta observação foi testada com níveis históricos de reservatórios e dados de vazão de rios de várias barragens no Brasil. Verificou-se que a operação de reservatórios no Brasil tem um impacto considerável sobre a vazão de seus rios. Quanto maior o nível de armazenamento no início do período úmido, maior será a vazão do rio durante o período úmido. O trabalho propõe estratégias para permitir que os reservatórios se encham e para manter os reservatórios cheios no futuro, com o intuito de aumentar a geração hidrelétrica e reduzir a intermitência de outras fontes renováveis de energia.

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O uso da terra pode ter um impacto substancial no perfil de clima e precipitação de uma região. Esses impactos podem ser muito diversos. Por exemplo, a conversão de floresta em terras agrícolas afeta os padrões de precipitação, o desmatamento pode afetar as temperaturas médias regionais, assim como outros impactos. Além das mudanças no uso da terra, os padrões de consumo de água, que afetam a evapotranspiração de uma região, também afetam o clima regional.

Uma área particular de pesquisa que tem ganhado muita atenção é o impacto da irrigação agrícola na temperatura e precipitação regionais. Analisando detalhadamente esses estudos, pode-se concluir que a irrigação agrícola aumenta a umidade do solo e da atmosfera e, para que ocorra a evaporação, a água extrai calor do ar, o que reduz a temperatura média regional. Em outras palavras, a gestão da terra e da água tem um impacto importante no clima regional. Esta correlação entre a gestão da terra e da água e o clima foi até proposta como uma medida de adaptação regional para o aquecimento global e incluída em modelos de previsão do tempo.

Após o fim da União Soviética em 1991, a indústria hidrelétrica diminuiu rapidamente e foi substituída pelo gás natural. A necessidade atual de reduzir as emissões de CO2 está devolvendo o foco na geração de energia hidrelétrica. Até mesmo a IEA mencionou que a energia hidrelétrica será uma importante fonte de geração de eletricidade no futuro. Os projetos hidrelétricos futuros devem ser concebidos para mitigar os principais impactos ecológicos e ajudar os países e bacias a lidar melhor com as vulnerabilidades causadas pelas mudanças climáticas, como secas e inundações.

Olhando para o impacto de grandes reservatórios na vazão geral da bacia, grandes reservatórios hidrelétricos resultam em altos níveis de evaporação, o que reduz a vazão anual geral do rio a jusante. Por exemplo, o impacto da Barragem de Keban na Turquia nos padrões de precipitação foi insignificante e a vazão do rio a jusante da barragem foi reduzido devido à evaporação no reservatório. Existem vários projetos de pesquisa sobre o impacto das mudanças climáticas na geração de energia hidrelétrica. Outros estudos sobre o impacto do reservatório de energia hidrelétrica na vazão do rio podem ser vistos aqui, aqui e aqui.

No Brasil, a região Sudeste apresenta duas estações bem definidas, sendo uma delas uma estação seca, onde a umidade relativa do ar diminui fortemente. Normalmente, a umidade relativa atinge o mínimo de agosto a outubro, com picos de evaporação. Embora este período seja longo, ocorre quando os níveis dos reservatórios e as vazões dos rios estão em seus níveis mais baixos, o que reduz as perdas por evaporação.

Durante o período de chuvas na região Sudeste do Brasil, a umidade relativa média da atmosfera na superfície é muito elevada, o que reduz consideravelmente a evaporação do reservatório. Por outro lado, ao aumentar a umidade regional por meio da evaporação, a evaporação contribui para o aumento da precipitação na região. Este artigo argumenta que nas bacias hidrográficas do Sudeste brasileiro, quanto maior o nível do reservatório da hidrelétrica, maior será a precipitação na região e maior será a vazão do rio. Muitos estudos discutem este ponto e podem ser citados para apoiar esta afirmação, particularmente para o rio São Francisco no Brasil.

Um estudo publicado recentemente propôs uma possível explicação para o impacto dos reservatórios em climas úmidos é que, durante o período chuvoso, na região Sudeste do Brasil (entre novembro e abril), a umidade média fica em torno de 70%.

Assim, a evaporação é baixa e a evaporação adicional contribui para o aumento da precipitação regional, o que acaba por aumentar a vazão do rio do reservatório. Quando os reservatórios de armazenamento estão cheios, a área inundada e a umidade do solo ao redor do reservatório aumentam. Isso aumenta as taxas de evaporação, o que aumenta a umidade do ar e reduz a temperatura do clima regional.

Com uma atmosfera mais úmida e fria, quando um sistema de clima quente e úmido atinge esses reservatórios, a chance de precipitação aumenta. Por outro lado, quando os reservatórios de armazenamento estão vazios, a área inundada e a umidade do solo ao redor do reservatório são menores. Isso reduz as taxas de evaporação, o que diminui a umidade do ar e aumenta a temperatura do clima regional. Com uma atmosfera menos úmida e mais quente, quando uma frente quente e úmida atinge esses reservatórios, a chance de precipitação diminui. Uma representação visual desse fenômeno é mostrada na Figura 1.

Diagrama que explica o impacto dos níveis dos reservatórios de energia hidrelétrica na precipitação regional

Historicamente, o setor energético brasileiro tem sido afetado por múltiplas crises energéticas de diferentes durações e abrangências geográficas, como as crises dos anos 1924, 1944, 1955, 1964, 1986, 2001 e 2014. Na maioria dos casos, as causas das crises estavam associadas às condições climáticas, que impactam diretamente o sistema elétrico dominante hidroelétrico do país.

Em 2021 essa tendência está se repetindo, e o Sudeste brasileiro vem sofrendo uma redução considerável da vazão dos rios e da geração hidrelétrica, tendência que se iniciou na estiagem de 2014-2015, conforme mostrado na Figura 2. A Figura 2 apresenta uma comparação entre a energia natural afluente e a energia armazenada nas diferentes regiões do Brasil. É bem compreendido e aceito que o nível dos reservatórios aumenta com o aumento da precipitação em uma escala semanal e mensal.

Comparação entre a energia natural afluente e a energia armazenada nas regiões (a) Sudeste, (b) Sul, (c) Nordeste e (d) Norte do Brasil (anos 2000 a 2020)

O objetivo deste trabalho é demonstrar que, em escala anual, os níveis dos reservatórios têm um impacto maior na vazão do rio do que o impacto da vazão do rio nos níveis dos reservatórios. Ou seja, se o reservatório estiver vazio, haverá menos precipitação na bacia e a vazão do rio diminuirá significativamente.

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Este artigo está dividido em quatro seções. A seção 2, que será publicada na próxima quinta-feira (30/09) apresenta a metodologia implementada neste artigo. A seção 3 apresenta os resultados do artigo. A seção 4 discute os resultados desta pesquisa. A seção 5 conclui o artigo.

Julian David Hunt e Roberto Brandão são pesquisadores do Grupo de Estudos do Setor Elétrico (Gesel/UFRJ); Nivalde José de Castro é coordenador do Gesel/UFRJ. 

O artigo também teve contribuições de: Andreas Nascimento (UFES), Carla Schwengber ten Caten (UFRGS), Fernanda Munari Caputo Tomé (IEE-USP), Paulo Smith Schneider (UFRGS), Andre Luis Ribeiro Thomazoni(UFRGS), Marcos Aurelio Vasconcelos de Freitas (UFRJ), Jose Sidnei Colombo Martini (Poli-USP), Dorel Soares Ramos (Poli-USP) e Rodrigo Senne (Âmbar Energia).

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