Os 5 principais tipos de energia renovável Princípios, custos, eficiência e guia de utilização doméstica

Os cinco principais tipos de energias renováveis modernas utilizadas principalmente para a produção de eletricidade incluem: Energia hidroelétrica, energia eólica, energia solar, bioenergia (energia da biomassa/biocombustíveis) e energia geotérmica.

Em 2023, as energias renováveis representavam quase 30% da produção mundial de eletricidade. Entre elas, a energia hidroelétrica representava 47%, a energia eólica 26%, a energia solar 18%, a bioenergia 8% e a energia geotérmica 1%.

A China foi responsável por 32% da eletricidade renovável global, seguida pelos Estados Unidos (11%), Brasil (7,0%), Canadá (4,7%) e Índia (4,3%).

Em 2030, prevê-se que a produção global de eletricidade renovável atinja 17 000 TWh (60 EJ), um aumento de quase 90% em relação a 2023. Nessa altura, as energias renováveis serão responsáveis por 46% da eletricidade global, com a energia eólica e a energia solar fotovoltaica a representarem, em conjunto, 30%.

Este artigo fornece uma análise aprofundada dos princípios de produção de energia, distribuição global, eficiência tecnológica, níveis de custo e tendências futuras destes cinco tipos de energias renováveis, ao mesmo tempo que oferece recomendações claras para as famílias urbanas e rurais na seleção de sistemas de energias renováveis adequados.

Energia hidroelétrica

Em 2023, a energia hidroelétrica representava 47% da produção mundial de eletricidade renovável.

A energia hidroelétrica é um método de produção de eletricidade que aproveita a energia potencial e cinética da água corrente para acionar turbinas. Os tipos mais comuns incluem a energia hidroelétrica baseada em barragens, a energia hidroelétrica de desvio e a energia hidroelétrica das marés.

A energia hidroelétrica é praticamente isenta de carbono e produz um mínimo de poluição durante o funcionamento. No entanto, a construção de grandes barragens pode causar perturbações ecológicas (como a interrupção da migração de peixes e a submersão de zonas húmidas) e pode levar à deslocação de populações.

A instalação de um sistema hidroelétrico em casa requer uma fonte de água consistente e estável (com altura e caudal suficientes) e está sujeita a leis de regulação da água, o que a torna altamente impraticável para a maioria dos agregados familiares.

Em 2023, o intervalo de custos para projectos hidroeléctricos de pequena e grande escala "da construção à entrada em funcionamento" situava-se entre USD 2.820-18.700/kWOs projectos de maior dimensão implicam normalmente custos mais elevados.

Eficiência da produção de energia

Os sistemas hidroeléctricos modernos são altamente eficientes, com rendimentos que atingem até 90% ou mais. Em comparação com a energia solar (cerca de 20%) e a energia eólica (cerca de 30%), a energia hidroelétrica é extraordinariamente eficiente.

Distribuição global e crescimento futuro da energia hidroelétrica

Em 2023, a China detinha 29-31% da capacidade hidroelétrica mundial, gerando 1.245-1.303 TWh, o que o torna o maior produtor de energia hidroelétrica do mundo. Seguiram-se o Brasil, o Canadá e os Estados Unidos - todos eles ricos em recursos hídricos.

Embora a capacidade hidroelétrica mundial continue a aumentar, a sua taxa de crescimento abrandou. As projecções indicam que o crescimento na década de 2020 será de quase 25% mais lenta do que a taxa de expansão registada na década anterior.

Energia eólica

Em 2023, a energia eólica representava aproximadamente 28% da produção mundial de eletricidade renovável. O princípio consiste em utilizar o vento para fazer girar as pás das turbinas, que, através de uma caixa de velocidades, aumentam a velocidade de rotação, accionando assim um gerador para produzir eletricidade.

Os tipos mais comuns de parques eólicos incluem os parques eólicos em terra e em alto mar. Os parques onshore estão normalmente localizados em áreas planas ou elevadas, enquanto os parques offshore são instalados no mar, onde as velocidades do vento são geralmente mais fortes e estáveis.

A energia eólica praticamente não produz emissões durante o funcionamento e é considerada uma das fontes de energia mais limpas. No entanto, existem algumas preocupações relativamente ao impacto visual, à perturbação da migração das aves e ao ruído. No que diz respeito ao ruído, muitos não o compreendem ou ignoram-no, mas na realidade, um parque eólico a funcionar a uma distância de 750 a 1000 pés não produz um ruído superior ao de um frigorífico de cozinha ou de uma sala relativamente sossegada.

As turbinas eólicas comerciais variam em potência, desde as pequenas unidades residenciais de cerca de 5 kW até às grandes turbinas à escala dos serviços públicos, até 5 MW. As pequenas turbinas residenciais custam apenas algumas centenas de libras, enquanto as turbinas industriais podem custar milhões. Em 2023, o custo nivelado da eletricidade (LCOE) para a energia eólica em terra situava-se entre 1 300 e 2 500 USD/kW, dependendo da localização e da escala.

As turbinas eólicas são geralmente aplicadas em ambientes industriais; para utilização residencial, são possíveis pequenas turbinas em telhados, mas dependem das políticas de planeamento locais e das condições de vento.

Eficiência da produção de energia

A atual tecnologia de energia eólica permite que a produção comece com velocidades de vento de cerca de 2,68 metros por segundo. A eficiência de conversão varia tipicamente entre 20% a 40%o que é significativamente inferior à energia hidroelétrica, mas superior à energia solar.

Distribuição global e crescimento futuro da energia eólica

De acordo com os dados da Agência Internacional para as Energias Renováveis (IRENA) e do Conselho Mundial da Energia Eólica (GWEC), em 2023, a China será responsável por 39% da capacidade eólica total instalada no mundo, possuindo a maior capacidade eólica em terra a nível mundial e ultrapassando o Reino Unido em termos de capacidade eólica ao largo. Outros países importantes são os Estados Unidos, a Alemanha e a Índia.

Prevê-se que, até 2030, o sector da energia eólica atinja uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 8,8%, com a capacidade eólica instalada global a aumentar em 981 GW.

Energia solar

Em 2023, a energia solar representava aproximadamente 15% da produção mundial de eletricidade renovável. Devido ao rápido declínio dos custos, à implantação flexível e às emissões quase nulas durante a operação, a energia solar tornou-se a tecnologia de energia renovável de crescimento mais rápido.

O princípio de funcionamento da energia solar envolve fotões da luz solar que excitam electrões em painéis solares - principalmente feitos de materiais semicondutores como o silício - libertando electrões para fluírem direcionalmente sob um campo elétrico, gerando corrente que é convertida por um inversor em corrente alternada para utilização doméstica ou na rede eléctrica.

Embora o fabrico de painéis solares produza uma pegada de carbono, a eletricidade limpa gerada por cada painel ao longo da sua vida útil mais do que compensa esse facto.

Os sistemas fotovoltaicos (PV) tornaram-se comuns devido à facilidade de instalação e à diminuição dos custos dos componentes. Em 2023, os sistemas fotovoltaicos à escala dos serviços públicos custaram em média cerca de 800-1 200 USD por kW, com os sistemas residenciais a custarem um pouco mais.

Eficiência da produção de energia

Os painéis fotovoltaicos comerciais atingem normalmente uma eficiência de 18%-22%, sendo que os produtos de elevada eficiência excedem os 25% e alguns promotores atingem quase 40%. Embora a eficiência seja muito inferior à de outras energias renováveis, a conveniência e o baixo custo da energia solar fazem dela a escolha preferida dos utilizadores residenciais.

Distribuição global e crescimento futuro da energia solar

A China lidera tanto o fabrico como a instalação de painéis solares, seguida dos Estados Unidos, Japão, Alemanha e Índia. A Agência Internacional da Energia (AIE) prevê que a energia solar se tornará a maior fonte de eletricidade do mundo até 2050.

Entre 2024 e 2030, prevê-se que a energia solar fotovoltaica seja responsável por 80% do crescimento da capacidade global de energias renováveis, impulsionada por novos parques solares de grande escala e pelo aumento das instalações em telhados comerciais e residenciais. De acordo com a AIE, a produção de eletricidade solar fotovoltaica ultrapassará a energia hidroelétrica até 2029, tornando-se a maior fonte de energia renovável.

Energia geotérmica

A energia geotérmica aproveita o calor interno da Terra para produzir eletricidade ou aquecimento. São perfurados poços para aceder a água quente ou vapor subterrâneos, que accionam turbinas para a produção de eletricidade ou são utilizados para o aquecimento de edifícios.

Os sistemas de bombas de calor geotérmicas superficiais com origem no solo funcionam sem emitir poeiras, resíduos ou CO2 e não necessitam de caldeiras, torres de arrefecimento ou armazenamento de combustível, o que os torna soluções de aquecimento e arrefecimento amigas do ambiente atualmente disponíveis.

Embora a energia geotérmica gere pequenas quantidades de poluentes no ar e na água, as suas emissões de CO2 são apenas cerca de 1/35 das centrais eléctricas a carvão.

O desenvolvimento da energia geotérmica exige uma exploração geológica e perfuração extensivas, o que resulta num investimento inicial elevado. Além disso, a distribuição desigual dos recursos geotérmicos e os desafios técnicos aumentam os custos. Em 2023, o custo das bombas de calor geotérmicas era de 4 589 USD, quase 1 200 USD mais elevado do que em 2022.

Eficiência da produção de energia

A eficiência da produção de energia geotérmica varia tipicamente entre 10% e 20%, dependendo da temperatura e da tecnologia.

Distribuição global e crescimento futuro da energia geotérmica

Os recursos geotérmicos concentram-se principalmente ao longo dos limites das placas tectónicas, como o anel de fogo do Pacífico e as cinturas geotérmicas do Mediterrâneo e do Himalaia. Os países líderes no desenvolvimento da geotermia são os Estados Unidos, a Indonésia, as Filipinas, a Turquia e a Nova Zelândia.

Os avanços tecnológicos abriram novas perspectivas para a energia geotérmica, tornando-a potencialmente uma escolha preferida a nível mundial e entre as empresas. À medida que a tecnologia melhora e os custos dos projectos diminuem, a energia geotérmica poderá satisfazer até 15% de crescimento da procura global de eletricidade até 2050.

Energia de biomassa

A energia da biomassa provém de resíduos agrícolas, madeira e resíduos orgânicos, e pode ser utilizada para aquecimento, produção de eletricidade ou produção de biocombustíveis. Se for corretamente gerida, a biomassa é considerada neutra em termos de carbono porque o CO₂ libertado durante a combustão é absorvido pelas plantas.

Os sistemas de bombas de calor geotérmicas superficiais com origem no solo funcionam sem emitir poeiras, resíduos ou CO2 e não necessitam de caldeiras, torres de arrefecimento ou armazenamento de combustível, o que os torna soluções de aquecimento e arrefecimento amigas do ambiente atualmente disponíveis.

Do ponto de vista dos custos, a biomassa não é particularmente barata. Em 2022, o custo médio global de instalação foi de 2 162 USD por kW, apenas algumas centenas de dólares menos do que a energia hidroelétrica.

A biomassa é também relativamente cara nos EUA, onde a combustão direta é o método mais comum de produção de calor a partir da biomassa. Os custos de instalação de pequenas centrais eléctricas a biomassa variam entre 3.000 e 4.000 dólares por kW.

Eficiência da produção de energia

A co-combustão de biomassa com outros combustíveis atinge eficiências até 45%, o que a torna o método de produção de eletricidade a partir de biomassa mais rentável.

Até 2050, a quota da biomassa na produção de eletricidade poderá aumentar dos actuais 1,3% para cerca de 3%-5% (IEA ETP, 2006), dependendo dos pressupostos.

Em comparação com o potencial total estimado da biomassa (10% a 20% de aprovisionamento de energia primária até 2050), esta contribuição para a eletricidade é relativamente pequena, mas a biomassa é também valiosa para o aquecimento e a produção de combustível para os transportes.

FAQs sobre energias renováveis

Que sistemas de energias renováveis podem os agregados familiares instalar?

• Residências urbanas/suburbanas: Sistemas solares fotovoltaicos (PV), com bombas de calor de origem subterrânea opcionais.
• Residências rurais/agrícolas: Sistemas fotovoltaicos ou uma combinação de sistemas fotovoltaicos e caldeiras de biomassa.
• Planalto/zonas montanhosas remotas: Prioridade aos sistemas fotovoltaicos, com a energia hidroelétrica como opção, se as condições o permitirem.

Qual é a maior fonte de energia renovável?

Atualmente, a energia hidroelétrica é a maior fonte de energia renovável a nível mundial, sendo responsável por cerca de 50% da produção global de eletricidade renovável, com uma eficiência superior a 90%. Algumas organizações prevêem que, em 2029, a energia solar ultrapassará a energia hidroelétrica e tornar-se-á a maior fonte de energia renovável do mundo.

Qual é a importância da utilização de energias renováveis?

• Reduzir as emissões de carbono e atenuar as alterações climáticas.
• Assegurar um aprovisionamento energético sustentável sem depender de combustíveis fósseis.
• Reforçar a independência energética.
• Custos operacionais mais baixos a longo prazo.

As energias renováveis estão a transformar rapidamente o panorama energético mundial. Quer se trate da energia hidroelétrica altamente eficiente, da energia eólica e solar em rápido crescimento, ou da biomassa e da energia geotérmica despacháveis, cada tecnologia tem os seus pontos fortes e os seus desafios. Esta transformação está a penetrar em todos os aspectos da vida - do nível global ao doméstico, das políticas às tecnologias.

Para os utilizadores domésticos, a seleção do sistema de energias renováveis adequado pode não só reduzir as despesas de energia a longo prazo, mas também contribuir para a proteção do ambiente. A próxima década é uma janela crítica; aproveitar os incentivos políticos, a maturidade tecnológica e as tendências de redução de custos será a melhor oportunidade para avançar para um estilo de vida com baixo teor de carbono.