Produção eléctrica a partir das energias renováveis

1. As cadeias de produção eléctrica

Plano da exposição

O ciclo de produção eléctrica mais comum necessita de dispor de uma fonte de calor que permita aquecer água de modo a obter vapor sob pressão. Este vapor de água ao expandir-se numa turbina, acciona um alternador que gera electricidade. Depois de turbinada, este vapor é condensado através de uma fonte fria que é, normalmente, uma fonte de água fria (curso de água, mar) ou constituída por torres de arrefecimento. A figura 1 representa o ciclo de produção clássica de electricidade .

Figura 1. Ciclo clássico de produção eléctrica .

Sempre que o calor libertado pela condensação do vapor de água é recuperado para utilizações de aquecimento, fala-se em cogeração.

A fonte de calor clássica é obtida pela combustão de combustíveis fósseis (petróleo, gás, carvão) ou por uma reacção de ficção nuclear em reactores concebidos para controlar a amplitude dessa reacção.

Os combustíveis fósseis ou o urânio utilizado nos ciclos clássicos podem ser substituídos por fontes de energia renovável. A fonte de calor pode, então, ser obtida a partir:

da combustão de biomassa (madeira, biogás, resíduos orgânicos);
do calor que se encontra nas profundezas do nosso planeta, através da bombagem directa de água quente para a superfície ou explorando a temperatura elevada das rochas que se encontram no interior do planeta, utilizando água injectada a partir da superfície ;
do sol, concentrando os seus raios através de espelhos ou explorando a agua aquecida nas superfícies dos mares das zonas tropicais .

Com algumas energias renováveis, a cadeia de produção eléctrica não necessita de uma fonte de calor. É o caso da energia eólica, hidráulica e solar fotovoltaico.

No caso das energias eólica e hidráulica, é a pressão do vento ou da água que acciona a rotação de uma turbina que, por sua vez, acciona um alternador que produz a electricidade. A figura 2 representa esta cadeia de conversão energética.

Figura 2. Cadeia eólica ou hidráulica de produção de electricidade.

A pressão o vento resulta da sua energia cinética. A pressão da água resulta da sua energia potencial ou da sua energia cinética.

A electricidade gerada pelo alternador pode ser enviada directamente para a rede eléctrica, sem passar por um conversor de potência, como indicado na figura 2 mas, nesse caso, para manter a frequência das tensões e correntes geradas constante no valor de 50 ou de 60 Hz, a velocidade do alternador tem de ser mantida constante, agindo na orientação das pás da turbina ou, no caso da produção hidráulica, actuando nas válvulas a montante da turbina.

O interesse dos conversores de potência é permitir que o alternador funcione com velocidade variável e, assim, aumentar o rendimento da conversão energética, reduzindo a necessidade de uma regulação mecânica da turbina ou das válvulas, no caso da produção hidráulica. Este funcionamento a velocidade variável desenvolveu-se no domínio da produção hidráulica (em especial na mini-hídrica) e tende a impor-se na eólica, onde este tipo de funcionamento aparece como natural devido às fortes variações na velocidade do vento.

No caso do solar fotovoltaico, a electricidade é produzida directamente por células de silício, a partir da energia contida na radiação solar. Conversores de potência são normalmente utilizados para assegurar a optimização da conversão energética. A figura 3 representa essa cadeia de conversão.

Figura 3. Cadeia solar fotovoltaica de produção eléctrica.

A electricidade pode ser, igualmente, produzida a partir de um motor Diesel ou de uma turbina a gás (derivada de um reactor de um avião) que acciona um alternador. A fonte de energia primária são geralmente os combustíveis fósseis, mas é desejável substituí-los por biocombustíveis ou biogás.