Blue Water Footprint of Hydropower Generation under Arid and Semi-Arid Climatic Conditions

Resumo Técnico: Pegada de Água Azul da Geração Hidrelétrica sob Condições Climáticas Áridas e Semiáridas

Definição do Problema
Os recursos de água doce estão cada vez mais limitados pelo crescimento populacional, expansão econômica e mudanças climáticas, uma situação particularmente aguda em regiões áridas e semiáridas como o Irã. Embora a energia hidrelétrica seja uma fonte de energia renovável crítica, sua dependência de grandes reservatórios cria um significativo "custo hídrico oculto" por meio da evaporação superficial. Em climas quentes e secos, essas perdas evaporativas podem reduzir drasticamente a disponibilidade de água para outros setores e comprometer a sustentabilidade da geração hidrelétrica. Apesar da importância do nexo água-energia, há uma escassez de avaliações abrangentes e quantitativas da pegada de água azul (BWF — Blue Water Footprint) — especificamente o volume de água superficial e subterrânea consumido e não retornado à bacia hidrográfica — associada à geração hidrelétrica no Irã. Estudos existentes muitas vezes carecem de dados regionais detalhados ou falham em considerar adequadamente a natureza multifuncional dos reservatórios e a influência da variabilidade climática nas taxas de evaporação.

Metodologia
Este estudo utiliza uma abordagem descritiva-analítica para quantificar a BWF de 25 usinas hidrelétricas operacionais no Irã durante o período de 2004–2021. A população de pesquisa consistiu em 73 usinas ativas, das quais 25 foram selecionadas de forma intencional com base na disponibilidade de dados operacionais consistentes.

• Fontes de Dados: A produção anual de eletricidade (Terajoules, TJ) e os volumes de evaporação do reservatório (metros cúbicos, m³) foram extraídos de balanços oficiais de energia nacional, relatórios da Companhia de Gestão de Recursos Hídricos do Irã e dados do Centro de Gestão de Usinas Hidrelétricas.
• Cálculo da Pegada de Água: A pegada de água total ($WF_{e,Total}$) foi calculada como a soma da fase de construção ($WF_{e,c}$) e da fase operacional ($WF_{e,o}$). Devido à falta de dados específicos de construção para cada barragem, um valor de procuração (proxy) de 0,3 m³/TJ (baseado em Golabi et al., 2019) foi aplicado para a fase de construção. A pegada da fase operacional foi derivada dividindo o volume evaporado anual ($E_o$) pela produção anual de eletricidade ($P$).
• Alocação de Evaporação: Reconhecendo que muitos reservatórios servem a múltiplos propósitos (ex: irrigação, controle de cheias, abastecimento doméstico), o estudo evitou atribuir 100% da evaporação à hidroeletricidade. Em vez disso, utilizou a abordagem de alocação proposta por Scherer e Pfister (2016). Um fator de alocação ($f_A$) foi determinado com base no ranking de prioridade da hidroeletricidade entre os objetivos do reservatório ($n$). Se a hidroeletricidade fosse classificada em $r$, o fator era calculado para distribuir a perda evaporativa proporcionalmente.
• Análise de Sensibilidade: Para abordar a incerteza nas suposições de alocação, uma análise de sensibilidade foi conduzida comparando três cenários: a alocação baseada em ranking do estudo, uma alocação igual entre todos os propósitos ($f_A = 1/n$) e uma alocação total para a hidroeletricidade ($f_A = 1.0$).
• Análise Estatística: A normalidade dos dados foi avaliada usando o teste de Kolmogorov–Smirnov, com análises realizadas utilizando o SPSS versão 23 e Excel.

Principais Resultados
O estudo revelou uma heterogeneidade significativa na pegada de água azul entre as 25 usinas, fortemente influenciada pelo tamanho da usina, morfologia do reservatório e clima local.

• Variação por Tamanho de Usina: Contrariando a suposição de que usinas maiores são sempre mais eficientes, os resultados mostraram que as usinas de pequena escala (<10 MW) exibiram a maior BWF por unidade de energia produzida.
  • Maior BWF: A usina de Golab (pequena escala) registrou a maior pegada, com 283.852,15 m³/TJ.
  • Menor BWF: A usina de Shah Qasim em Yasuj (pequena escala) teve a menor, com 323,22 m³/TJ.
  • Grandes Usinas: Entre as grandes usinas (>100 MW), Karkheh apresentou a maior pegada (15.599,34 m³/TJ), enquanto Karoon-3 apresentou a menor (412,84 m³/TJ).
• Tendências Temporais: A BWF anual flutuou significativamente entre 2004 e 2021. O pico ocorreu em 2021 (11.136,44 m³/TJ), coincidindo com um dos anos mais secos da história recente do Irã, caracterizado por precipitação 40–50% abaixo da média de longo prazo e temperaturas mais altas. A menor pegada anual foi registrada em 2008 (3.690,31 m³/TJ).
• Direcionadores Climáticos: Usinas em regiões quentes e áridas demonstraram taxas de perda de água substancialmente mais altas. O estudo confirmou que altas temperaturas, condições de seca e baixa umidade intensificaram diretamente a evaporação, aumentando, assim, a BWF.
• Descobertas de Sensibilidade: Embora a magnitude absoluta da BWF tenha variado significamente sob diferentes suposições de alocação (ex: a BWF de Golab variou de ~283.000 m³/TJ no baseline para ~1,77 milhão de m³/TJ sob alocação total), o ranking relativo das usinas permaneceu consistente. Isso sugere que as conclusões principais do estudo sobre a alta intensidade hídrica de usinas específicas são robustas, apesar das incertezas de alocação.

Significância e Alegações
O artigo afirma fornecer um novo arcabouço para ligar o uso de água da hidroeletricidade à variabilidade climática, oferecendo uma perspectiva crítica sobre a sustentabilidade das interações água-energia em ambientes áridos.

• Reavaliando a Sustentabilidade Hidrelétrica: Os achados desafiam a percepção convencional da hidroeletricidade como uma fonte de energia universalmente sustentável. Em regiões com escassez hídrica como o Irã, as altas taxas de evaporação de grandes reservatórios podem tornar tais projetos ambientalmente injustificáveis do ponto de vista da gestão de recursos hídricos.
• Contribuição Metodológica: O estudo demonstra a necessidade de integrar fatores de alocação e variabilidade climática nas avaliações de pegada de água. Destaca que negligenciar a natureza multifuncional dos reservatórios ou ignorar as condições climáticas locais leva a avaliações de sustentabilidade imprecisas.
• Implicações de Política: Os autores argumentam que o planejamento hidrelétrico futuro no Irã deve adotar uma abordagem regionalmente diferenciada. Eles sugerem priorizar sistemas de fluxo de rio (run-of-river) ou reservatórios menores com menores razões superfície-volume para minimizar a evaporação. Além disso, o estudo defende a integração da análise de pegada de água no planejamento energético nacional e a adoção de estratégias de gestão integrada de água-energia para aumentar a resiliência contra as mudanças climáticas.
• Contexto Global: Os valores de BWF relatados são geralmente superiores aos de regiões temperadas, mas alinham-se com achados de outras zonas áridas (ex: sul da Espanha, África do Sul), reforçando a conclusão de que o clima local é o principal determinante da magnitude da pegada de água em sistemas hidrelétricos.

O estudo conclui que, embora a hidroeletricidade continue sendo uma fonte de energia chave, sua sustentabilidade em regiões áridas depende do reconhecimento e da mitigação das perdas evaporativas através de uma melhor gestão de reservatórios, design adaptado ao clima e diversificação do portfólio de energias renováveis.