As tecnologias de água abrangem uma variedade de sistemas que utilizam água doce ou oceânica para energia eléctrica ou térmica. A tecnologia hídrica mais familiar é a hidroeléctrica, na qual a força da água em movimento impulsiona uma turbina que, por sua vez, faz funcionar um gerador para criar electricidade. A energia hídrica e outras tecnologias hídricas são renováveis porque o seu combustível é naturalmente reabastecido através do ciclo da água; são alternativas limpas à queima de combustíveis fósseis que provocam a mudança climática. A energia hidrelétrica não requer a compra de combustíveis para a geração, ao contrário do gás natural, carvão e outras usinas de queima de combustível. Os únicos custos são a construção e operação das instalações de geração.

Globalmente, a energia hidrelétrica é responsável por cerca de 15% da geração elétrica. Em 2014, as usinas hidrelétricas americanas tinham uma capacidade de cerca de 101.000 megawatts (MW) e produziram 6% do total de energia e 48% da eletricidade renovável nos Estados Unidos. Embora os locais mais adequados para barragens de grande escala tenham sido desenvolvidos nos Estados Unidos e em todo o mundo, há muitas oportunidades para instalar sistemas hidrelétricos em barragens existentes atualmente sem capacidade de geração, e para usar outras tecnologias de energia hídrica em rios, zonas de marés e mar aberto. De acordo com dois estudos de 2012 do Departamento de Energia dos EUA, as barragens existentes que não estão atualmente produzindo energia poderiam fornecer 12.000 MW de capacidade adicional, e se novas instalações (incluindo aquelas que aproveitam ondas e correntes de maré) forem construídas, a energia hidrelétrica poderia potencialmente fornecer 15% da eletricidade dos Estados Unidos até 2030 (em comparação com o ano anterior). Hoje, 6%).

As instalações hidroeléctricas podem ser instaladas em rios, oceanos ou lagos.

Rios

Barragens

As grandes barragens hidroeléctricas nos principais rios são os geradores de energia hídrica mais desenvolvidos. As usinas de bombeamento ou reservatórios armazenam água em um reservatório para liberar para uso quando o rio está funcionando mais lentamente ou durante períodos de pico de demanda de energia. Isso permite a geração de energia de base confiável. A Barragem Hoover em Nevada e a Barragem Grand Coulee em Washington são exemplos destas grandes instalações. As grandes barragens também atendem a múltiplas necessidades da sociedade, como irrigação, controle de enchentes e recreação.

Existem vários inconvenientes para as usinas de reservatório. Estudos sugerem que grandes reservatórios em climas boreal e tropical emitem tantos gases de efeito estufa quanto uma usina movida a combustíveis fósseis. A vegetação inundada se decompõe, liberando metano e dióxido de carbono em uma grande explosão no início da vida de uma barragem e continuando em menores quantidades durante o uso da barragem. Outros impactos incluem mudanças na temperatura da água, oxigênio dissolvido e outros nutrientes, danos ao ecossistema do rio, deslocamento de comunidades pela alteração do fluxo do rio e instabilidade das margens do rio, levando ao desmatamento, enchentes e erosão. A energia hidrelétrica é vulnerável às mudanças climáticas. Secas prolongadas podem diminuir o nível da água do rio, diminuindo a geração de eletricidade, enquanto que o derretimento de geleiras, o rápido derretimento de pacotes de neve, ou mudanças nos padrões de precipitação da neve para a chuva podem alterar significativamente o fluxo do rio.
Run-of-the-River

Instalações de corrida do rio não têm instalações de armazenamento de água, mas podem usar barragens de baixo nível para aumentar a diferença entre o nível de captação de água e a turbina. Neste caso, o fluxo natural do rio gera eletricidade e a quantidade de energia gerada flutua dependendo do ciclo do rio. Embora a tecnologia “run-of-the-river” possa ser usada para a geração de energia em larga escala, ela é comumente aplicada para abastecer comunidades individuais com eletricidade, com capacidades inferiores a 30 MW. Esta forma de geração de energia é popular nas áreas rurais da China, mas tem aplicação potencial em muitos lugares, inclusive nos Estados Unidos. A tecnologia “run-of-the-river” tipicamente perturba muito menos o fluxo do rio em comparação com grandes barragens hidroeléctricas.
Corrente

A geração de corrente funciona de forma semelhante a uma turbina eólica, mas debaixo de água. Como a água é mais densa que o ar, o movimento da água a uma determinada velocidade produzirá muito mais energia do que a gerada por uma velocidade do vento comparável. No entanto, a turbina em si deve ser mais forte e, portanto, é mais cara. O impacto ambiental das turbinas atuais não é claro. Pode prejudicar as populações de peixes mas foram desenvolvidas turbinas seguras para os peixes.

Os Estados Unidos têm muitos locais potenciais onde a actual geração pode ocorrer, e vários projectos estão em curso, incluindo os do East River em Nova Iorque e da Baía de São Francisco. A Comissão Reguladora Federal de Energia emitiu a primeira licença de projeto piloto de energia maremotriz comercial dos Estados Unidos em 2012. A licença de 10 anos coloca o projeto East River (Roosevelt Island Tidal Energy) em um caminho para a construção de 30 turbinas para gerar 1 MW.

Oceanos

Barragens de Marés

A energia das marés do Oceano aproveita o ciclo previsível de energia produzida pelas marés. Uma barragem de maré funciona de forma semelhante a uma grande barragem hidroeléctrica, mas é colocada à entrada de uma baía ou de um estuário. A água retida na baía é liberada através de turbinas na barragem e gera energia. Uma maré deve ter um alcance suficientemente grande entre a maré alta e baixa, cerca de três metros, para que a barragem funcione economicamente. Os melhores locais potenciais estão localizados no norte da Europa e na costa oeste dos Estados Unidos. Uma barragem de maré em La Rance, França, está em operação desde 1967 com uma capacidade de 240 MW. O impacto ambiental potencial das barragens pode ser significativo porque são construídas em ecossistemas de estuários delicados, mas projetos menos intrusivos como cercas ou barcaças flutuantes estão em desenvolvimento.
Corrente de Maré

Tecnologias semelhantes às correntes fluviais, turbinas ancoradas no fundo do oceano ou suspensas de uma bóia no caminho de uma corrente oceânica poderiam ser usadas para gerar energia. Embora esta tecnologia esteja em fase de desenvolvimento, algumas localizações potenciais nos Estados Unidos incluem o Golfo do Maine, Carolina do Norte, Noroeste do Pacífico e a Corrente do Golfo ao largo da Flórida.
Onda

Quando o vento se move sobre a superfície do oceano, ele transfere energia para a água e cria ondas. Embora variáveis em tamanho e velocidade, as ondas são previsíveis e são constantemente criadas. Só nas águas costeiras dos EUA, a energia total anual das ondas é de 2.100 terawatts-hora.

Uma variedade de tecnologias está sendo testada para converter a energia das ondas em eletricidade. A maioria dos sistemas capta energia na superfície das ondas ou utiliza diferenças de pressão logo abaixo da superfície. Estes sistemas utilizam as ondas para criar pressão e mover bombas hidráulicas ou ar pressurizado, o que por sua vez coloca os geradores em movimento. Os impactos ambientais dos geradores de ondas não são totalmente conhecidos, mas são considerados mínimos e específicos do local.

Os melhores locais potenciais para a geração de ondas são áreas oceânicas com fortes correntes de vento. Essas áreas estão entre 30° e 60° de latitude, áreas polares com tempestades frequentes, áreas próximas aos ventos alísios equatoriais, e as costas ocidentais dos continentes. A tecnologia de vento híbrido e de ondas para fazendas de energia offshore está em desenvolvimento. Locais potenciais nos Estados Unidos para fazendas de energia híbrida de ondas eólicas incluem as áreas costeiras da Costa Leste e do Noroeste do Pacífico.
Conversão de Energia Térmica do Oceano

Conversão de Energia Térmica do Oceano (OTEC) usa vapor produzido a partir de água quente de superfície para turbinas geradoras de spin. A água fria e profunda do oceano condensa o vapor de volta à água para reutilização. Uma diferença de temperatura de 36°F é necessária entre a água superficial e a água profunda. Os locais potenciais incluem ilhas tropicais. A OTEC está na fase inicial de desenvolvimento e ainda não é rentável, devido ao alto custo de bombeamento de água profunda para as estações geradoras de superfície. A OTEC pode ser acoplada a sistemas de ar condicionado térmico oceânico (ver abaixo). Além disso, as águas profundas, ricas em nutrientes, podem ajudar na aquicultura. Os tanques superficiais bombeados com água profunda podem cultivar salmão, lagosta e outros frutos do mar, bem como plâncton e algas.
Ocean/Lake Thermal Air-Conditioning

Além de gerar eletricidade, a água também pode ser usada para energia térmica direta. A água de lagos ou oceanos pode fornecer ar-condicionado para edifícios. A água fria profunda é utilizada para refrigerar água doce que circula através de um edifício num sistema de tubo fechado, fornecendo ar condicionado a um custo mais baixo do que os métodos tradicionais. A água gasta é devolvida ao oceano ou ao lago para renovar o ciclo. As águas frias profundas devem estar entre 39°F e 45°F e próximas à costa para serem econômicas. Exemplos de sistemas de resfriamento térmico oceânico são vistos no Havaí (co-localizado com as instalações da OTEC), e Toronto, onde a água do Lago Ontário é usada para ar condicionado nos edifícios do centro da cidade. O projecto OTEC em grande escala (100 MW+) situado em comunidades insulares como Porto Rico, Hawaii ou Guam pode ser economicamente viável.

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