Resposta dos peixes à presença de turbinas hidrocinéticas como solução energética sustentável

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 7459 (2023) Citar este artigo

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As turbinas hidrocinéticas, como as turbinas de eixo vertical (VATs), podem fornecer energia descentralizada, limpa e sustentável para comunidades remotas que não têm acesso à rede principal de energia ou recursos renováveis. Como a energia hidrelétrica tradicional altera adversamente os ecossistemas aquáticos, é essencial avaliar as consequências ambientais da implantação de IVAs em ecossistemas ribeirinhos para atender às necessidades atuais e futuras de energia. Este estudo explora as implicações dos VATs no movimento dos peixes, observando o comportamento de natação dos peixes sob duas descargas, estados de operação da turbina e confinamentos de seções transversais usando experimentos de laboratório em escala. Nossas descobertas revelam que, para condições confinadas de seção transversal, nem a descarga, nem a presença da turbina, nem a operação do dispositivo impediram que os peixes passassem ao redor e através da turbina, tanto nas direções a montante quanto a jusante. No entanto, os peixes passaram menos tempo perto da vizinhança da turbina e dentro do rastro turbulento e de baixa velocidade da turbina, indicando um comportamento de evitação. Nadar em uma seção de teste menos confinada reduziu ainda mais o tempo gasto nas proximidades da turbina e na esteira, aumentando a distância que os peixes mantinham longe do dispositivo. Nossos resultados contribuem para a compreensão dos VATs como perigos de baixo risco para o comportamento de natação dos peixes, avançando o potencial de implantação de VATs em rios, estuários ou mar como uma solução de energia renovável para comunidades remotas.

Atualmente, quase 800 milhões de pessoas carecem de acesso ao fornecimento de energia acessível, confiável e sustentável, resultando em desigualdade socioeconômica1. Particularmente afetados são os países de renda baixa a média, pequenas ilhas e países sem litoral, com populações esparsamente distribuídas, muitas vezes consistindo de numerosas comunidades remotas, a maioria sem acesso a energia limpa. A Agenda das Nações Unidas (ONU) para o Desenvolvimento Sustentável visa reduzir essa injustiça, garantindo esforços para fornecer acesso universal à energia limpa até 2030 (Objetivo de Desenvolvimento Sustentável 7)1, exigindo assim um aumento na participação de energia renovável.

Países ricos em grandes recursos hídricos e, portanto, locais ideais para aplicações hidrelétricas, são frequentemente pontos críticos para a biodiversidade que precisa ser protegida e conservada. As bacias do Amazonas, Congo e Mekong, por exemplo, abrigam um terço das espécies de peixes de água doce do mundo, a maioria delas exclusivas de sua localização geográfica2. Os esquemas hidrelétricos convencionais geralmente utilizam barragens e açudes, desviando ou represando o fluxo do rio para criar reservatórios e diferenças de carga, contribuindo assim para a fragmentação dos rios. As inúmeras estruturas hidráulicas instaladas ao longo dos rios e as rápidas alterações do ambiente aquático não só criam barreiras à migração dos organismos aquáticos como limitam o transporte de energia e sedimentos3,4,5,6, o que provocou, por exemplo, a quase extinção de 4 –10% das espécies de peixes da América do Sul7.

Para minimizar a dependência da energia hidrelétrica convencional, o potencial de todos os tipos de tecnologias hidrelétricas deve ser explorado por meio de soluções inovadoras. Um estudo da Amazônia brasileira, por exemplo, mostrou que as turbinas fluviais têm potencial para cobrir aproximadamente 63% da energia total planejada para ser instalada na forma de hidrelétricas convencionais8. As turbinas hidrocinéticas no fluxo, como as turbinas de eixo vertical (VAT), aproveitam a energia cinética do fluxo livre do rio sem desviá-lo ou exigir uma estrutura hidráulica para gerar uma diferença de carga. Essas turbinas podem ser transportadas como uma unidade montada ou como peças e serem montadas no local e podem ser facilmente instaladas em qualquer seção do rio. As turbinas hidrocinéticas requerem apenas uma fração da largura e profundidade do canal do rio em comparação com os esquemas tradicionais, permitindo potencialmente a passagem de organismos aquáticos, diminuindo o impacto na biodiversidade. Além disso, o design do rotor aberto e a velocidade de rotação relativamente baixa do VAT foram considerados para reduzir o risco de colisão de peixes9,10 ambas as vantagens quando comparadas às turbinas de eixo horizontal (HATs).