PASCOAL HENRIQUE DA COSTA RIGOLIN
Desenvolvimento de um Sistema para
Classificar Recursos Energéticos de Oferta e
Demanda com Base no Cômputo e na
Valoração do Potencial Completo dos
Recursos Energéticos dentro do Planejamento
Integrado de Recursos
Tese apresentada ao Departamento de Engenharia de Energia e Automação Elétricas da Universidade de São Paulo para obtenção de título de doutor em Engenharia Elétrica
Área de concentração: Sistemas de Potência Orientador:
Prof. Dr. Miguel Edgar Morales Udaeta
São Paulo 2013
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais e irmão por sempre me apoiarem independente das dificuldades enfrentadas em vários momentos da vida, e também por compartilharmos diversos momentos de alegrias.
Ao meu orientador, prof. Dr. Miguel Edgar Morales Udaeta por me mostrar o verdadeiro significado de orientação e por permitir que este trabalho tomasse a direção correta.
Aos irmãos Gimenes, Ricardo e André, pela amizade, apoio e incentivo.
Ao Prof. Dr. Luiz Cláudio Ribeiro Galvão, que sempre atuou de alguma forma para que a pesquisa do PIR continuasse se desenvolvendo.
A todos pesquisadores que compõem a equipe do PIR, e também a todos que já fizeram parte dela, com destaque a Jonathas Luis O. Bernal, Paulo Kanayama, Barnabé da Silva Jr., Mário Biague, e diversos outros de grande valia a equipe. Em especial a Ricardo Lacerda Baitelo pelo auxílio, principalmente nesta etapa final, e a Cristiane Garcia por além de cuidar das questões burocráticas, também muito auxiliou na revisão do texto final.
A prof. Dra. Cláudia de Andrade Oliveira por permitir a minha participação em um projeto de grande valia, onde conheci pessoas excelentes.
A toda equipe da Ekó House, em especial a Rodrigo Carneiro e Régis Farias que muito me ajudaram em diversas frentes de trabalho.
RESUMO
RIGOLIN, P. H. C. Desenvolvimento de um Sistema para Classificar Recursos
Energéticos de Oferta e Demanda com Base no Cômputo e na Valoração do Potencial Completo dos Recursos Energéticos dentro do Planejamento Integrado de Recursos. 2013. 144 f. Tese (Doutorado) – Faculdade de Engenharia
Elétrica da Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, 2013.
O objetivo deste trabalho é analisar e desenvolver um modelo para seleção completa de recursos energéticos com base na teoria de tomada de decisão para classificação de Recursos do lado da Oferta e do lado da Demanda. Sendo que a seleção completa, circunscrita em elementos de auxílio tipo atributos e sub-atributos, implica na consideração das dimensões do desenvolvimento, relativos a metodologia do Planejamento Integrado de Recursos Energéticos (PIR). Estes elementos são descritos através de algoritmos demonstrados a partir de uma escala matemática qualitativa e quantitativa distribuídos em quatro grandes dimensões: Técnico-econômica, Ambiental, Social e Política (dimensões do desenvolvimento energético e humano).
Os algoritmos dos atributos e sub-atributos que caracterizam cada um dos Recursos Energéticos (REs) podem ser dados através de um valor numérico (mais comuns nos algoritmos das dimensões Técnico-economica e Ambiental, onde o valor pode ser medido ou estimado) ou através de um valor na escala não numérica (escala utilizada com mais frequência nas dimensões Social e Política).
Posteriormente a caracterização de cada um dos REs, estes passam por uma etapa denominada “padronização”, que consiste em converter diferentes unidades de caracterização para uma mesma base, dando a possibilidade de comparação entre os diferentes elementos de caracterização dos REs. A ferramenta matemática de comparação entre diferentes elementos utilizada no auxílio à tomada de decisão foi desenvolvida por Thomas L. Saaty e chama-se Processo Analítico Hierárquico (AHP do significado em inglês)
Após todas as etapas serem concluídas, se tem como resultado a classificação, por ordem de importância, de todos os Recursos Energéticos participantes do estudo e que servirá como um indicador de qual ou quais REs poderão participar com maior ênfase do Planejamento Energético de uma dada região para os próximos anos. Uma breve análise dos resultados é possível verificar que quando se trabalha com uma escala verbal para qualificar qual atributo é mais relevante em relação a outro (comparação par-a-par), o índice de inconsistência é superior a quando se utiliza uma escala numérica. Também se observou que os Recursos Energéticos de Demanda levam ligeira vantagem no rank final, talvez por serem mais aceito pelas dimensões sociais e políticas e, por levarem pontuação máxima em quase todos os atributos ambientais.
ABSTRACT
RIGOLIN, P. H. C. Development of a System to Classify Energy Resources from
Supply and Demand Sides-Based in Computation and Valuation Full Potential of Energy Resources Into the Integrated Resource Planning.. 2013. 144 f. Tese
(Doutorado) – Faculdade de Engenharia Elétrica da Escola Politécnica, Universidade de São Paulo, 2013.
The objective of this study is to analyze and develop a model for full selection of energy resources on the theory of decision making for classification of Supply Side and Demand Side Energy Resources. Considering the full selection limited aid elements in type attributes and sub-attributes, implies the consideration of development dimensions concerning the methodology of Energy Integrated Resource Planning (PIR acronym in Portuguese of the ‘Planejamento Integrado de Recursos’). These elements are described algorithmically shown from a qualitative and quantitative mathematical scale distributed into four main dimensions: Technical-Economic, Environmental, Social and Policy (dimensions of development energy and development human).
The algorithms of the attributes and sub-attributes that characterize each of Energy Resources (REs) can be given by a numerical value (most common in the algorithms of Technical-Economic and Environmental Dimensions, where the value can be measured or estimated) or through a value in the no numeric scale (scale used more often in Social and Policy dimensions).
Subsequent characterization of each of the REs, they undergo a step called "standardization", which consists in converting units of different characterization for a single base, giving the possibility of comparison between the different elements of characterization of REs. A mathematical tool for comparing different elements used in assisting decision making was developed by Thomas L. Saaty and called Analytic Hierarchy Process (AHP).
After all steps are completed, has resulted in the classification, in order of importance, of all participants Energy Resources and serve as an indicator of which of ERs may participate with greater emphasis of Energy Planning in a given region for the coming years. A brief analysis of the results we can see that when working with a verbal scale to qualify which attribute is more relevant in relation to another (pairwise comparison), the index of inconsistency is higher than when using a numerical scale. We also observed that the Demand Energy Resources take slight advantage in the final rank, perhaps because they are more accepted by the social and political dimensions, and take maximum points in almost all environmental attributes.
LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Índice randômico para a dimensão da matriz ... 58
Tabela 2 – Tipos de dados contidos na Dimensão Técnico-Econômica ... 67
Tabela 3 – Tipos de dados contidos na Dimensão Ambiental ... 67
Tabela 4 – Tipos de dados contidos na Dimensão Social... 68
Tabela 5 – Tipos de dados contidos na Dimensão Política... 69
Tabela 6 – Matriz de comparações ... 71
Tabela 7 – normalização da matriz de comparações ... 72
Tabela 8 – faixas de potências dos RELO considerados no PIR ... 79
Tabela 9 – Recursos Energéticos pelo Lado da Demanda do PIR... 80
Tabela 10 – Valores e conversão de resultados Dim. Técnico-economica... 83
Tabela 11 - Valores e conversão de resultados Dim. Ambiental ... 83
Tabela 12 - Valores e conversão de resultados Dim. Social... 84
Tabela 13 - Valores e conversão de resultados Dim. Política... 84
Tabela 14 – Pesos dos atributos e subatributos da Dimensão Técnico-econômica. 87 Tabela 15 - Pesos dos atributos e subatributos da Dimensão Ambiental ... 87
Tabela 16 - Pesos dos atributos e subatributos da Dimensão Social... 88
Tabela 17 - Pesos dos atributos e subatributos da Dimensão Política... 88
Tabela 18 – Trinta primeiras posições do Ranqueamento Padrão... 89
Tabela 19 – REs com piores colocações no Ranqueamento Padrão ... 91
Tabela 20 – Posições 1 a 30 do Ranqueamentos dos En-In ... 94
Tabela 21 – Últimas colocações no Ranqueamento dos En-In ... 96
Tabela 22 – REs melhores classificados no Ranqueamento Final... 98
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Diagrama Esquemático do PIR... 24
Figura 2 – Diagrama Hierárquico do PIR ... 37
Figura 3 - Árvore de atributos e subatributos da dimensão Técnico-Econômica... 39
Figura 4 - Árvore de atributos e subatributos da dimensão ambiental ... 42
Figura 5 - Árvore de atributos e subatributos da dimensão social ... 44
Figura 6 - Árvore de atributos e subatributos da dimensão política... 46
Figura 7 – Exemplo de árvore hierárquica para o PAH ... 56
Figura 8 – Exemplo de gráfico de conversão de unidades ... 65
Figura 9 – Comparativo par a par entre dois atributos ... 69
Figura 10 – Diagrama de comparações ... 71
Figura 11 – Escala de importância entre elementos comparativos ... 71
Figura 12 – Matriz normalizada ... 72
Figura 13 – Árvore hierárquica com três niveis ... 75
Figura 14 – Diagrama para cálculo do Ranqueamento Final dos REs... 76
Figura 15 – Cálculo da Razão de Consistência dos Especialistas (1 a 10) ... 86
Figura 16 - Cálculo da Razão de Consistência dos Especialistas (11 a 20) ... 86
Figura 17 – Gráfico da Razão de Consistência pela Ordem da Matriz de Comparação ... 103
Sumário
1. INTRODUÇÃO ... 13
2. JUSTIFICATIVA ... 15
3. OBJETIVOS ... 18
4. O PLANEJAMENTO INTEGRADO DE RECURSOS ENERGÉTICOS... 20
4.1. BREVE HISTÓRICO DO PIR NO MUNDO... 20
4.2. DEFINIÇÃO ... 20
4.3. ETAPAS DO PIR ... 22
4.3.1. INFORMAÇÕES PRÉVIAS ... 25
4.3.1.1. INVENTÁRIO AMBIENTAL PRÉVIO ... 25
4.3.1.2. LISTAGEM, PENEIRAMENTO E SELEÇÃO DOS RECURSOS ENERGÉTICOS ... 26
4.3.1.3. IDENTIFICAÇÃO DOS ENVOLVIDOS E INTERESSADOS... 27
4.3.2. CARACTERIZAÇÃO DOS RECURSOS ENERGÉTICOS ... 27
4.3.2.1. RECURSOS ENERGÉTICOS PELO LADO DA OFERTA ... 28
4.3.2.2. RECURSOS ENERGÉTICOS PELO LADO DA DEMANDA ... 28
4.3.3. CÔMPUTO E VALORAÇÃO DO POTENCIAL COMPLETO ... 30
4.3.4. RANQUEAMENTO DOS RECURSOS ENERGÉTICOS... 31
4.3.4.1. AVALIAÇÃO DE CUSTOS COMPLETOS... 31
4.3.4.2. PROCESSO DE ANÁLISE HIERÁRQUICA ... 32
4.3.5. MAPEAMENTO AMBIENTAL... 32
4.3.6. CENÁRIOS ENERGÉTICOS E PREVISÃO DE DEMANDA ... 33
4.3.7. PLANO PREFERENCIAL... 33
5. PANORAMA ATUAL DO PIR ENERGÉTICO ... 34
5.1. CONTEXTO ... 34
5.2. CARACTERIZAÇÃO DOS RECURSOS ENERGÉTICOS ... 35
5.2.1. VALORAÇÃO DA DIMENSÃO TÉCNICO-ECONÔMICA... 37
5.2.1.1. PROCEDIMENTOS DE VALORAÇÃO DE ATRIBUTOS TÉCNICO-ECONÔMICOS ... 39
5.2.2. VALORAÇÃO DA DIMENSÃO AMBIENTAL ... 40
5.2.2.1. PROCEDIMENTO DA VALORAÇÃO DE ATRIBUTOS AMBIENTAIS ... 40
5.2.3. VALORAÇÃO DA DIMENSÃO SOCIAL... 42
5.2.4. VALORAÇÃO DA DIMENSÃO POLÍTICA... 44
5.3. RANQUEAMENTO DOS RECURSOS ENERGÉTICOS ... 46
5.4. MAPEAMENTO AMBIENTAL ... 46
5.4.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS ... 47
5.4.2. METODOLOGIA DO MAPEAMENTO AMBIENTAL NO PIR ... 49
5.5. CENÁRIOS ENERGÉTICOS E PREVISÃO DE DEMANDA ... 50
5.5.1. HORIZONTE DE PLANEJAMENTO... 51
5.5.2. CENÁRIOS SOCIOECONÔMICOS ... 51
5.5.3. ANO BASE ... 52
5.5.4. O MODELO LEAP ... 53
6. MÉTODOS PARA O PROCESSO DE TOMADA DE DECISÃO... 54
6.1. INTRODUÇÃO... 54
6.2. METODOLOGIA DO PROCESSO DE ANÁLISE HIERÁRQUICA ... 55
6.2.1. APLICAÇÕES DO PAH EM OUTRAS ÁREAS DE CONHECIMENTO ... 59
6.2.2. UTILIZAÇÃO DO PAH NA AVALIAÇÃO DE CUSTOS COMPLETOS ... 61
7. RANQUEAMENTO DE RECURSOS ENERGÉTICOS... 63
7.1. CONCEITUALIZAÇÃO TEÓRICA ... 63
7.2. DETERMINAÇÃO DAS FAIXAS DE VALORES DO RANQUEAMENTO PADRÃO... 65
7.3. DETERMINAÇÃO DA FAIXA DE VALORES PARA O RANQUEAMENTO DOS EN-IN ... 69
7.4. CÁLCULO DOS RANQUEAMENTOS... 74
7.4.1. RANQUEAMENTO PADRÃO ... 74
7.4.2. RANQUEAMENTO DOS EN-IN ... 74
7.4.3. RANQUEAMENTO FINAL ... 75
8. ESTUDO DE CASO... 77
8.1. RECURSOS ENERGÉTICOS VALORADOS... 78
8.1.1. RECURSOS ENERGÉTICOS PELO LADO DA OFERTA... 78
8.1.2. RECURSOS ENERGÉTICOS PELO LADO DA DEMANDA (RELD)... 79
8.1.3. DIMENSÕES AVALIADAS ... 80
8.2. PARTICIPAÇÃO DOS EN-IN ... 80
8.2.1. CRITÉRIOS DE PARTICIPAÇÃO DOS EN-IN... 81
8.2.2. ELABORAÇÃO DOS PROCEDIMENTOS DE ACC... 81
8.2.3. APLICAÇÃO DA METODOLOGIA AOS EN-IN... 81
8.3. CLASSIFICAÇÃO DOS RECURSOS ENERGÉTICOS DA RAA ... 82
8.3.1. CONVERSÃO DOS DADOS PARA O RANQUEAMENTO PADRÃO ... 83
8.3.3. CÁLCULO DOS RANQUEAMENTOS ... 88
8.3.3.1. RANQUEAMENTO PADRÃO... 89
8.3.3.2. RANQUEAMENTO DOS EN-IN... 93
8.3.3.3. RANQUEAMENTO FINAL ... 98
9. ANÁLISE DE RESULTADOS ... 101
9.1. RESULTADOS DO RANQUEAMENTO PADRÃO ... 101
9.2. RESULTADOS DO RANQUEAMENTO DOS EN-IN ... 102
9.2.1. PESOS DOS ATRIBUTOS E SUBATRIBUTOS ... 102
9.2.2. CLASSIFICAÇÃO DOS RES... 104
10. CONCLUSÕES E SUGESTÕES DE TRABALHOS FUTUROS ... 105
ANEXO A - EXEMPLO DE AVALIAÇÃO DE CRITÉRIOS PREENCHIDO POR ESPECIALISTA ... 107
ANEXO B – EXEMPLO DE AVALIAÇÃO DAS ALTERNATIVAS ... 112
ANEXO C – RANQUEAMENTO PADRÃO ... 131
ANEXO D – RANQUEAMENTO DOS EN-IN ... 137
ANEXO D – RANQUEAMENTO FINAL ... 141
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1. Introdução
A etapa de classificação de recursos energéticos é um elo de extrema importância para o Planejamento Integrado de Recursos Energéticos (PIR) e consiste em, de posse dos cômputos e das valorações de todos os potenciais energéticos de um local, ordenar os Recursos Energéticos de Oferta e de Demanda (RELOs e RELDs) por ordem de importância, considerando como elementos caracterizadores os atributos e os subatributos (definidos em forma de algoritmos) que objetivam a sustentabilidade. Essa ordenação servirá de base para a etapa seguinte, servindo como um indicativo dos recursos energéticos mais interessantes que poderiam ser implantados numa primeira instância em dada região.
Tem-se então como objetivo principal desta tese o desenvolvimento de uma metodologia que seja capaz de ordenar os recursos energéticos, utilizando como base os elementos citados anteriormente e uma ferramenta de auxílio à tomada de decisão.
Este documento está dividido em 11 capítulos. O capítulo 2 traz o contexto e as justificativas do porquê estudar os recursos energéticos e qual a importância de se fazer um planejamento energético tendo em vista o equilíbrio entre perdas e ganhos, que é o princípio da sustentabilidade. Mais ainda, explica brevemente qual o funcionamento do Planejamento Integrado de Recursos Energéticos, que vem sendo aprimorado ao longo dos anos pela equipe da Universidade de São Paulo (USP). O capítulo 3 apresenta os objetivos desta tese e como esta se enquadra na pesquisa em Planejamento Integrado de Recursos Energéticos (PIR).
No capítulo 4 é feito um breve histórico da evolução das pesquisas em PIR, tentando justificar o porquê deste nome, traduzido diretamente do inglês Integrated Resources Planning (IRP), ter se mantido nas pesquisas atuais feitas pela equipe da USP, que são muito mais abrangentes e complexas que as suas origens. Apresenta também o diagrama do PIR na USP seguido de uma breve explicação de suas etapas.
O capítulo seguinte, de número 5, aprofunda-se na explicação de como o PIR atualmente é realizado, considerando todas as suas etapas e a influência de umas nas outras.
14 O capítulo 6 apresenta alguns métodos de tomada de decisões multicritérios existentes no mundo, a justificativa da escolha do método utilizado neste trabalho, chamado aqui de Processo de Análise Hierárquica (AHP, do significado em língua inglesa Analytic Hierarchy Process), bem como alguns exemplos de aplicações em distintas áreas de conhecimento que ajudam a validar o método escolhido. Apresenta também a utilização do método AHP na Avaliação de Custos Completos. Prosseguindo ao capítulo 7, encontra-se a explicação da metodologia da Classificação dos Recursos Energéticos do PIR, fruto desta tese. Também é apresentada a maneira de conversão das diversas unidades dos dados, de forma que estas possam ser comparadas igualitariamente. Para finalizar, é apresentado como o ranqueamento é calculado.
O capítulo 8 é o estudo de caso da metodologia de classificação dos REs, considerando todos os RELOs e RELDs, bem como os atributos e subatributos definidos em etapas anteriores dentro do PIR.
No capítulo 9 é feita uma análise dos resultados do estudo de caso, justificando, através da observação do ranking final, porque determinados REs ficaram melhores posicionados que outros.
No capítulo 10 são feitas as conclusões sobre a metodologia desenvolvida na tese, sem se esquecer de sugerir trabalhos futuros dentro dessa pesquisa abrangente que é o PIR.
No capítulo 11 apresentam-se as referências bibliográficas que foram de grande valia para o desenvolvimento deste trabalho, baseadas em referências nacionais, internacionais, relatórios técnico-científicos do grupo de pesquisa e literatura relacionada ao planejamento energético.
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2. Justificativa
Desde os primórdios há uma crescente demanda energética, principalmente devido à evolução das atividades praticadas pelos homens. O que se nota com o passar dos anos é que o conceito anterior de obtenção de energia a qualquer custo aos poucos vem sendo repensado; até já existem esforços para que isso mude. Hoje o homem possui as mais variadas formas de mensurar, medir e estimar, em conjunto com outras ferramentas, também é capaz de consultar e armazenar dados históricos, assim, tudo isto pode contribuir para que conheçam os prejuízos a si e ao meio ambiente que determinadas formas de obtenção e geração de energia podem causar. Também se tornou possível determinar os principais causadores das tão conhecidas – e, às vezes, polêmicas – questões que determinam o aquecimento global. Fica claro que são necessárias algumas transformações na maneira de se obter energia no sentido de amenizar os danos causados ao meio ambiente e aos humanos. O planejamento energético, baseado nas demandas energéticas futuras, é o documento (plano de ação) que dá as rédeas às opções de geração de energia dos próximos anos para um dado local. Então, é neste importante elemento que se pode atuar para que a obtenção de energia no futuro próximo se tenha mais benefícios do que prejuízos, causados por esta atividade.
Antes de iniciar a abordagem sobre a classificação de Recursos Energéticos (REs), faz-se necessária uma introdução que traga à tona onde esses REs se enquadram, ou seja, é obrigatório mencionar o planejamento energético e, ainda mais abrangente e complexo, o Planejamento Integrado de Recursos Energéticos, pois é neste que a metodologia apresentada nesta tese está embasado.
Anteriormente ao projeto e arquitetura dos novos instrumentos de planejamento energético, é preciso evidenciar que em sua origem o PIR (Planejamento Integrado de Recursos) tem estreita relação ao IRP (da sigla em inglês Integrated Resource Planning). Sendo o IRP uma melhoria do Planejamento no contexto dos sistemas elétricos de potência, desenvolvido nos Estados Unidos da América (Udaeta, 1997). “Nesse sentido é interessante mencionar que o IRP resulta do planejamento conhecido como Least Cost Power Planning, que vem ser, a grosso modo, a referência teórico-prática do planejamento energético no Brasil.” (Udaeta, 2012)
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“Mais ainda, e com olhar de leigo em PIR, no contexto dessa iniciação, pode-se afirmar que nos debruçamos num Planejamento Integrado de Recursos do Setor Energético referenciado previa e posteriormente à energia elétrica. Nessa medida, o PIR consiste em um conjunto de estratégias que genericamente visam o desenvolvimento energético de uma região (um país ou alguns países, estado ou alguns estados, município ou alguns municípios etc.), tendo, como bandeira principal, a sustentabilidade. As implementações de fontes energéticas devem variar de acordo com as características de cada região e o momento em que são consideradas. Isso é levado em consideração, no PIR, com uma caracterização concisa das condições ambientais, sociais, políticas e econômicas. Essa caracterização demonstra o caráter sustentável do PIR, pois, quando são levados em consideração todos esses quesitos, se mostra um desenvolvimento mais consistente”.(Udaeta, 2012)
No levantamento sócio-ambiental, são apontadas informações sobre clima, vegetação, biodiversidade, águas superficiais e subterrâneas da região, a infraestrutura, a economia, os aspectos demográficos, que são de suma importância para entender como seria a aceitação da implementação de estratégias no local em estudo.
Em conjunto com a caracterização da região, são listados e selecionados os recursos energéticos a serem aplicados. Aqui o diferencial do PIR é adotar a Avaliação de Custos Completos (ACC) como um instrumento para diferenciar os recursos, levando em consideração as variáveis já citadas: impactos ambiental, social, político e econômico.
No PIR, os recursos Energéticos do Lado da Demanda (RELD) e do Lado da Oferta (RELO) são analisados juntos, o que expande o conceito de implementação de recursos. “A curva da oferta deixa de ser apenas uma seguidora da curva da demanda. Elas são estudadas como um todo e são adaptadas uma em função da outra, e ambas, em função das variáveis ambiental, social, política e econômica.” (Udaeta, 2012)
17 A análise feita, que aborda a situação social e política, abre a possibilidade de apoio de empresas, prefeituras, governos e ONGs, envolvidos e interessados no desenvolvimento da região em estudo.
Baseado em todos os levantamentos feitos nas etapas que antecedem a classificação dos REs é possível obter uma lista destes recursos que podem ser aplicados na região pretendida. Mais que isso, em posse dos dados, torna-se possível fazer uma caracterização detalhada desses REs, levando como referência algoritmos definidos na etapa de Cômputo e Valoração do Potencial Completo. Esses algoritmos são elementos mensuráveis – através de escalas numéricas e não numéricas – que descrevem cada um dos REs participantes; ou melhor, cada atributo e subatributo é uma pequena parcela de um todo. Estes estão distribuídos em quatro grandes dimensões: técnico-econômica, ambiental, social e política. A partir do momento que se possui cada um dos REs caracterizados se avança para a próxima etapa, fruto desta tese, chamada de “Ranqueamento dos Recursos Energéticos”. Portanto, a etapa de Classificação dos Recursos Energéticos pode ser vista como um elo que atua na interação entre a caracterização dos REs e a confecção de cenários futuros condizentes com a atual situação da região abordada no estudo.
Com os recursos listados e ranqueados, são gerados cenários a partir das tendências das aplicações. Com isso, e o posicionamento de empresas envolvidas e interessadas e de especialistas, os recursos são escolhidos e segue-se para a fase de integração de recursos na complexidade que introduz incertezas e riscos no longo prazo, tal que sua implementação seria reavaliada permanentemente na evidência do plano preferencial resultante e os requerimentos dos tomadores de decisão.
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3. Objetivos
A presente tese de doutorado tem como objetivo analisar e desenvolver um sistema para classificar os Recursos Energéticos do Lado da Oferta e do Lado da Demanda (RELO e RELD) com base no Cômputo e Valoração do Potencial Completo dos Recursos Energéticos dentro do Planejamento Integrado de Recursos (PIR), buscando sempre uma metodologia de cálculo eficaz que atenda com precisão a grande quantidade de dados energéticos presentes no estudo. O processo de ranqueamento de recursos energéticos é fundamentado em quatro etapas:
• Coleta de Dados e Caracterização dos Recursos: uma vez definidos os atributos e subatributos que irão compor as quatro dimensões analisadas (técnico-econômica, ambiental, social e política), cada recurso energético terá sua característica própria dentro das dimensões, que posteriormente serão utilizadas como fatores de comparação entre estes;
• Definição de Pesos dos Atributos e Subatributos: por definição, os atributos e subatributos de uma dada dimensão analisada não têm mesmo grau de importância. Portanto, após coleta de diversas fontes de informações, envolvendo especialistas e En-In (Envolvidos e Interessados), é possível aplicar uma metodologia de cálculo para obtenção dos pesos de cada atributo e subatributo;
• Padronização dos Resultados: o estudo é composto por diferentes tipos de dados de ordem numérica e não numérica, em resposta aos algoritmos que definem os atributos e subatributos caracterizadores dos recursos energéticos, portanto é necessário o desenvolvimento de um método que padronize estas respostas e consiga compará-las para utilizar os resultados no passo seguinte;
• Aplicação da Metodologia de Cálculo do Ranqueamento: essa metodologia se utiliza dos dados provenientes da etapa anterior do PIR, chamada de Cômputo e Valoração do Potencial Completo dos RELO e RELD, também da Avaliação de Custos Completos, bem como da participação dos En-In no processo decisório. Nessa etapa os dados já se
19 encontram padronizados, e as comparações podem ser feitas para posteriormente os REs serem exibidos como um ranking final, ou seja, uma listagem do melhor para o pior recurso energético no momento em que a metodologia foi aplicada na região. Vale destacar que grande parte dos dados coletados são dinâmicos, ou seja, num futuro próximo grande parte pode sofrer mudanças significativas afetando, por consequência, o ranqueamento.
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4. O Planejamento Integrado de Recursos Energéticos
4.1. Breve Histórico do PIR no MundoA necessidade de encontrar um planejamento mais eficiente e com melhores considerações fez com que no final da década 1970 alguns países desenvolvidos (EUA, Dinamarca e Canadá) começassem a aplicar o Planejamento Integrado de Recursos (PIR) nos setores elétrico e de gás canalizado. A principal característica do PIR é considerar em seus estudos uma ampla gama de opções, avaliando um grande número de alternativas de geração e diversificando os recursos de produção, importação, transporte, distribuição e Gerenciamento do Lado da Demanda (GLD), internalizando custos sociais e ambientais associados às diferentes opções.
4.2. Definição
A crise ambiental, com destaque às mudanças climáticas, reforça as preocupações acerca do atual modelo de desenvolvimento. Ações de mitigação e adaptação começam a ser concebidas e aplicadas, com base no princípio da precaução. Dentre as recomendações patentes com relação à energia, pode-se citar o uso mais eficiente da energia disponível e da ampliação do uso de energias renováveis, bem como das vantagens dos recursos de demanda.
De certo que há inter-relações entre energia, os demais setores da infraestrutura, o modelo de desenvolvimento socioeconômico, a variabilidade dos fatores socioeconômicos no tempo e espaço, as políticas de governo, no entanto, tornam a questão complexa, demandando a reavaliação da produção, do transporte e do uso de energia. As atuais linhas de referência para as soluções energéticas são: diminuição do uso de combustíveis fósseis, estabelecendo em longo prazo uma matriz energética renovável; aumento da eficiência energética, da produção ao consumo; estratégias educacionais para mudança de hábitos; sistemas de gestão ambientais eficazes; reorientação de políticas energéticas, promovendo mercados para produtos social e ambientalmente benéficos; incorporação de modelos de mudanças climáticas no planejamento da geração de energia; mapeamento regional
21 de demanda, potencial de conservação e de geração de energia renovável; sistema de informação sobre impactos e vulnerabilidade na área de energia etc.
Ademais, o planejamento energético deve ser reavaliado de forma a incorporar novas tecnologias e métodos, práticas de gerenciamento, hábitos de uso e envolvimento da população.
Dentro desse cenário atual de exploração dos recursos energéticos, no qual se vê claramente que é preciso romper com o paradigma tradicional economicista, se desejarmos estender o uso das fontes energéticas do planeta, surgiu o conceito de Planejamento Integrado de Recursos Energéticos – PIR. Nele é proposta uma nova ótica sobre a questão energética, na qual não são apenas considerados os aspectos econômicos na avaliação das alternativas energéticas, mas sim todas as dimensões relevantes dos recursos envolvidos na questão: técnico-econômica, ambiental, social e política.
Toda a sistemática de análise do PIR se apóia nesses pilares, em que essas quatro dimensões são consideradas de igual relevância para o planejamento energético. Isso se deve para evitar dessa forma que problemas ambientais, sociais ou políticos, que tradicionalmente não são considerados no planejamento, se manifestem após a definição e implementação dos empreendimentos energéticos e acabem agregando mais custos à alternativa, às vezes, até inviabilizando a sua continuidade
(“RTC/PIRnaUSP-No406,” 2010)
O Planejamento Integrado de Recursos Energéticos é uma ferramenta metodológica que, além do planejamento energético de longo, médio e curto prazo, visa o auxílio à tomada de decisão em busca do melhor aproveitamento dos recursos energéticos de uma determinada região, de forma a concatenar o máximo de variáveis e parâmetros envolvidos em uma análise sistêmica, holística e racional dos recursos energéticos e da região de estudo.
Na busca de uma análise plena de sistemas complexos, a estratégia do PIR consiste em trabalhar as diversas linhas do conhecimento, para que os diferentes enfoques e entendimentos sobre o meio sejam contemplados na Integração dos Recursos pesquisados e avaliados para esse fim. Unificar diversas linguagens e pensamentos determinísticos apresenta-se como o maior desafio do Planejamento na busca do desenvolvimento sustentável.
22 A sustentabilidade pode ser descrita como um propósito de bem-estar geral, dentro das possibilidades e realidades da sociedade, ou ainda como o fechamento do ciclo de produção, com o mínimo de produtos secundários, a máxima eficiência dos processos e ótima manutenção dos recursos – considerados objetivos integrados como um plano para o suprimento das necessidades futuras de energia, com a minimização dos impactos socioambientais gerados e o máximo atendimento às prerrogativas regionais.
O PIR como metodologia permeia diversas áreas do conhecimento, expressas pelas dimensões: ambiental, política, social e técnico-econômica e no emprego de análises técnicas e ferramentas matemáticas que configuram o seu caráter sistêmico.
Todo o processo pode ser descrito segundo divisões em frentes sinérgicas de trabalho, como a classificação a priori dos RELDs – Recursos Energéticos do Lado da Demanda e dos RELOs – Recursos Energéticos do Lado da Oferta; analisados sistemática e separadamente em um primeiro momento, existindo como produtos isolados e, por conseguinte, trabalhando-se posteriormente a integração de ambos por meio da extinção desse formato bilateral. Não haveria, entretanto, posterior
integração sem a realização de qualquer uma dessas análises
(“RTCPIRnaUSP/no422,” 2010).
4.3. Etapas do PIR
A execução do Planejamento Integrado de Recursos Energéticos – PIR conta com quatro grandes fases distintas e sequenciais cronologicamente em que cada uma delas pode ser subdividida em etapas que ocorram paralelamente ou não. São estas:
• Informações Prévias: em que são obtidas informações que contribuirão para a construção das etapas ao longo da realização do PIR. Quando o PIR já está em andamento, após o plano de ação, essa fase vem a ser a reformulação periódica dos recursos energéticos com base no inventário ambiental prévio;
• Construção do Ranqueamento: o ranqueamento em si é uma das etapas do PIR e conta com a aplicação das ferramentas metodológicas que irão levar à
23 classificação dos recursos, com a aplicação da ACC, em um ranking decrescente de ordem de aproveitamento;
• Plano Integrado de Recursos Energéticos Preferencial: é a integração em si. Engloba as fases anteriores aos elementos da metodologia de integração de recursos;
• Plano de Ação: é a última etapa, que com a participação dos En-In exibe os resultados obtidos. No caso de um PIR sob responsabilidade de um dado tomador de decisão, esse plano de ação comporta os recursos energéticos que devem ser implementados de imediato, dando início ao processo do PIR, visando o desenvolvimento sustentável.
A Figura 1 apresenta o modelo esquemático do Planejamento Integrado de Recursos Energéticos tal como atualmente é dominado pela equipe de PIRnaUSP (após a consolidação multiobjetiva e multicritério de todas as etapas, já realizadas, comprometidas pelo projeto de pesquisa financiado pela Fapesp).
24 Fonte: RTC PIRnaUSP - nº 401
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4.3.1. Informações Prévias
4.3.1.1. Inventário Ambiental Prévio
Um dos pilares fundamentais da metodologia proposta de Planejamento Integrado de Recursos Energéticos é a incorporação, dentre outros, dos aspectos que tangem o aproveitamento de recursos energéticos: o ambiental, o social e o político. A adição de variáveis dessa natureza na análise de alternativas, para além do domínio técnico-econômico tradicionalmente considerado no planejamento energético, demanda a descrição mais acurada quanto possível do que se definiu no âmbito do projeto, como meio ambiente – os domínios biofísicos do solo, da água e da atmosfera, e o domínio antrópico.
O Inventário Energoambiental1 prévio serve como base inicial de dados que
caracterizam a área de estudo de dado projeto. Essas informações servem de suporte para a definição das aptidões regionais de geração de energia, para que seja possível aperfeiçoar a matriz energética levando em conta as características nas dimensões técnico-econômicas e os desdobramentos nas dimensões ambientais, sociais e políticas do uso dos recursos energéticos disponíveis. Além disso, o Inventário Ambiental prévio é a fonte de informações que respalda a determinação da capacidade de suporte da região, que, segundo os princípios do Planejamento Integrado de Recursos Energéticos, deve-se pôr em evidência para que se estabeleça um desenvolvimento sustentável.
O Inventário Ambiental prévio conta com dados sistematizados, tais como:
a) Meio Antrópico: • Histórico da região; • Aspectos demográficos; • Indicadores sociais; • Economia; • Infraestrutura; • Aspectos políticos. 1
No jargão do PIRnaUSP, deve ser conhecido como Inventário Energoambiental para se diferenciar do tradicional conceito do inventário ambiental orientado aos estudos de impactos ambientais de Lei. Isso fundamentalmente porque se trata de descrever o estado de coisas nos quatro meios: antrópico, terrestre, aéreo e aquático – horizontalmente e verticalmente (tempo e geografia).
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b) Meio Aquático:
• Águas superficiais;
• Avaliação de águas subterrâneas;
• Demanda de água por Unidades de Gerenciamento de Recursos Hídricos (UGRHI);
• Balanço demanda versus disponibilidade.
c) Meio Terrestre:
• Geologia; • Erosão;
• Vegetação natural remanescente; • Biodiversidade;
• Geomorfologia;
• Gestão de resíduos sólidos urbanos.
d) Meio Aéreo: • Emissões regionais; • Bacia aérea; • Materiais particulados; • Sistema de ventos; • Precipitações pluviais.
4.3.1.2. Listagem, Peneiramento e Seleção dos Recursos Energéticos
O PIR tem como uma de suas premissas básicas não descartar nenhum recurso energético a priori. Um recurso que não se apresente disponível ou não seja de interesse imediato pode ser incluído, por exemplo, cinco ou dez anos à frente, pois o PIR é um planejamento energético de longo prazo (que deve incluir cenários que incorporem efeitos no estilo de vida da sociedade).
A listagem dos recursos energéticos visa identificar todos os recursos passíveis de uso ao longo do horizonte de planejamento, independente de características tecnológicas ou de sua aceitação, seja social ou mercadológica.
27 Essa listagem engloba RELOs, que são caracterizados pelo duo fonte energética/tecnologia de aproveitamento, e RELDs, caracterizados pelo escalonamento de informações sobre o setor de aplicação, medida de GLD e o uso final. Esses dois tipos de recurso energéticos podem parecer distintos no planejamento tradicional, mas no PIR são avaliados e classificados da mesma forma, sendo considerados de forma integrada e indissociável ao planejamento de longo prazo.
O Peneiramento é simplesmente o momento prévio à seleção e ao ranqueamento, no qual se suspende a consideração para valoração completa de alguns recursos como determina as metodologias e os procedimentos dentro da filosofia do PIR.
4.3.1.3. Identificação dos Envolvidos e Interessados
A metodologia do PIR difere do planejamento tradicional em diversos aspectos relevantes ao desenvolvimento sustentável. Um deles é a introdução da participação de todos os atores importantes ao planejamento, sejam organizações não governamentais, poder público, interessados locais, especialistas de diferentes áreas do conhecimento e a sociedade organizada em geral, chamados de En-In no PIR.
4.3.2. Caracterização dos Recursos Energéticos
Os diagnósticos de oferta e de demanda energéticas, acompanhados de uma consolidação do potencial não utilizado dos recursos energéticos da região, buscam preencher a lista de recursos formados pelo duo fonte/tecnologia de aproveitamento, com a característica dos potenciais teóricos, que se referem ao máximo aproveitamento considerando os limites do recurso, e aos potenciais realizáveis, referentes à intersecção dos limites impostos por cada uma das dimensões de análise do PIR: ambiental, social, política e técnico-econômica.
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4.3.2.1. Recursos Energéticos pelo Lado da Oferta
A caracterização dos RELOs vem consolidar uma base de dados com informações referentes a diversas fontes energéticas do lado da oferta de energia, bem como de seus geradores e suas características. São caracterizados e calculados os Potenciais de Oferta da região com suas limitações e influências do mercado atual, levando em conta aspectos não somente técnicos e econômicos, mas também o efeito causado pela sua utilização no meio ambiente, a influência da política local e seus efeitos na sociedade ao redor.
Para tanto, o levantamento das diversas tecnologias existentes atualmente para produção de energia através de variadas fontes, sejam elas renováveis ou não, foram levantadas e, em seguida, foram avaliados:
• Potencial Teórico; • Potencial Realizável; • de Mercado;
Com isso, obtém-se uma ferramenta eficiente para auxiliar no PIR, considerando conjuntamente características antes tratadas de forma individual.
A caracterização do Potencial Teórico de Oferta de Energia envolve todas as possíveis tecnologias para produção de energia elétrica ou para o aproveitamento dos recursos existentes na região em estudo. Tais tecnologias podem ser utilizadas para o aproveitamento das fontes hídricas, solares, de biomassa, nucleares, geotérmicas, a gás natural, dentre outras. Isso possibilita analisar cada um dos recursos de forma completa, englobando suas características construtivas e os atributos de, pelo menos, seu sistema de geração mais apropriado de energia, considerando fatores como eficiência, custos, influência no meio ambiente e benefícios, tanto para o mercado nacional quanto para o internacional.
4.3.2.2. Recursos Energéticos pelo Lado da Demanda
A definição dos procedimentos para a caracterização das tecnologias e dos Recursos Energéticos do Lado da Demanda deve explicitar uma metodologia de levantamento, caracterização e análise de todas as alternativas energéticas do lado
29 da demanda, representadas pelos usos finais (em relação sinérgica às medidas e aos setores de consumo). Esses recursos considerados na composição do modelo foram submetidos às seguintes fases:
• Caracterização de Tecnologias de Usos Finais: através do levantamento das tecnologias junto a fabricantes, importadoras, fornecedores, indústrias locais, comércio local, agroindústria, pesca, serviços públicos da região etc.
• Caracterização de Recursos Energéticos do Lado da Demanda: através do levantamento e descrição de todas as alternativas energéticas e sua segmentação em diferentes grupos de medidas e ações, usos finais e tecnologias associadas de GLD e setores de consumo energético;
• Caracterização das Quatro Dimensões de Avaliação de Recursos: delimitação das esferas técnico-econômica, ambiental, social e política de análise de recursos e a caracterização de seus atributos e subatributos (representando impactos inerentes à utilização e implantação de recursos), visando uma avaliação completa dos recursos do lado da demanda quanto a custos e benefícios provenientes de seu emprego;
• Estimativa dos Potenciais Energéticos Teórico, Realizável e de Mercado: caracterização dos potenciais energéticos teórico, realizável e de mercado quanto a sua amplitude e suas restrições de aplicação delimitadas nas quatro dimensões de análise e particularizadas para cada recurso analisado.
Para atingir os objetivos acima descritos, foi elaborada uma metodologia que orientasse de uma forma clara sobre os procedimentos a adotar na caracterização de tecnologias e de recursos do lado da demanda.
A metodologia adotada para a caracterização de tecnologias dos recursos do lado da demanda conta com, entre outras, fases (inerentes ao PIR), tais como: • Delimitação do Local de Estudo: entende-se pela definição do local de estudo, a delimitação da fronteira geográfica onde deve ocorrer o levantamento e a caracterização de tecnologias e de recursos dos usos finais.
• Identificação das Principais Atividades Econômicas do Consumo de Energia do Local do Estudo: na identificação das principais atividades econômicas devem ser
30 levantadas as características dessas atividades por setor: industrial, comercial, residencial, público, agropecuário.
• Estratificação dos usos finais dos setores e subsetores;
• Levantamento das tecnologias dos usos finais locais e do mercado (nacional e internacional) e suas características técnico-econômicas, ambientais, sociais, políticas;
• Estimativa dos potenciais teórico, realizável e do mercado dos recursos levantados.
4.3.3. Cômputo e Valoração do Potencial Completo
O processo de Cômputo e Valoração do Potencial Completo – CVPC dos recursos energéticos tem como objetivo a definição do potencial completo (quantitativo e/ou qualitativo) do recurso energético nas quatro dimensões consideradas na metodologia PIR, ou seja, o cômputo e a valoração do potencial da fonte junto com a tecnologia a ser utilizada para o seu desenvolvimento e sua aplicação.
Nesse contexto, para a valoração dos recursos energéticos numa determinada região dentro do processo do PIR, necessariamente deve-se começar com o levantamento dos recursos existentes na região, a sua caracterização e a avaliação dos potenciais teóricos.
Após obtenção do potencial teórico parte-se para a valoração com intuito de obter o potencial realizável e estruturar a formação de carteiras de recursos e a integração destes ao longo do tempo. Uma vez visualizada a carteira de recursos, pode-se elaborar concomitantemente o Plano Integrado de Recursos Preferencial, visando uma locação racional e eficiente dos recursos energéticos (indistintamente (RELO e/ou RELD).
Desse processo de valoração procede ao cômputo (via procedimento e/ou algoritmo predeterminado) de cada atributo e/ou subatributo, em cada uma das quatro dimensões (técnico-econômica, ambiental, social e política), definidos na etapa de caracterização de recursos energéticos. Além dos potenciais avaliados na etapa anterior, são considerados de forma efetiva todos os elementos (atributos), tais
31 como os custos específicos das tecnologias envolvidas, taxas de juros praticadas no mercado, entre outros.
4.3.4. Ranqueamento dos Recursos Energéticos
Essa etapa terá como resultado uma listagem comparativa entre todos os recursos energéticos analisados no dado projeto. Para se chegar a um resultado, o ranqueamento se vale de duas metodologias aplicadas anteriormente a ele: a Avaliação de Custos Completos (ACC) e o Processo de Análise Hierárquica (PAH ou AHP, do termo em inglês).
4.3.4.1. Avaliação de Custos Completos
Dentro do PIR se faz necessária a comparação entre RELO e RELD de forma que seja gerado um ranking de sugestão de recursos, indo do mais indicado para o menos indicado. Para isso, utiliza-se uma forma simultânea e multiobjetiva que envolve todos os custos através das quatro dimensões definidas. Usualmente essa tomada de decisão é realizada a partir de dados técnicos e econômicos, porém, impactos negativos e positivos da adoção dos recursos devem ser considerados de forma que a nota final reflita o maior número de aspectos possíveis. Dentre esses aspectos estão os ambientais, sociais e políticos. As maiores dificuldades de se considerar esses tipos de impactos são a subjetividade e a dificuldade de precificação.
A ACC propõe-se como metodologia de cálculo dos custos completos de um empreendimento, isto é, a soma dos custos internos, dos menos tangíveis e externos. Caso não seja possível a precificação de um custo externo, a ACC ainda propõe sua consideração na forma holística.
A utilização da ACC dentro do PIR é feita de duas formas distintas que convergem para um único ranking de recursos energéticos, sendo necessário que atributos, subatributos e alternativas sejam idênticos para um posterior cruzamento de suas informações.
32 A primeira utilização se dá na chamada ACC padrão, na qual todas as notas atribuídas aos recursos energéticos são estimadas deterministicamente, independentemente dos valores atribuídos serem quantitativos ou qualitativos, fundamentalmente nas dimensões ambiental, social e política. Esse tipo de utilização da ACC pode ser extremamente complexo, pois todos os aspectos considerados devem ser valorados numericamente ou descritos segundo qualidades evidentes – seja na forma monetária ou em outra que se mostre útil e compreensível – e então, convertidas com valores por unidade para cada atributo (enfim, facilitando seu manuseio numérico). Pode-se dizer que todas as externalidades devem ser internalizadas de maneira a serem consideradas indistintamente de forma quantitativa e/ou qualitativa com base no CVPC dos recursos. Apesar da dificuldade de cálculo, para um PIR completo e rigoroso deve-se contar com essas informações. A segunda utilização é a chamada ACC dos En-In, e se dá através da participação dos especialistas, dos envolvidos e dos interessados. Essa etapa é realizada através de um procedimento que apresenta os dados de forma qualitativa para que o responsável pelo preenchimento possa relacionar determinado recurso energético aos atributos e subatributos de forma intuitiva.
4.3.4.2. Processo de Análise Hierárquica
O PAH contribui com o ranqueamento através do método chamado de comparação par a par, feita entre os atributos e subatributos estudados, e assim obter os respectivos “pesos” desses elementos, que são diferentes dentro de cada dimensão, ou seja, um subatributo pode ter importância maior que outro dentro da mesma dimensão. Outra aplicação do PAH no ranqueamento é o comparativo entre todos os recursos energéticos envolvidos, tendo como resultado a classificação final destes, que servirá como dado paras as etapas seguintes. A metodologia do PAH será explicada posteriormente.
4.3.5. Mapeamento Ambiental
A meta essencial do Mapeamento Ambiental é elaborar os indicadores ambientais que podem influenciar e delimitar a aplicação de projetos energéticos elaborados
33 pelo cenário. Com a meta cumprida, o processo de mapeamento ambiental atua como um elemento filtrante que atuará sobre os projetos propostos pelos cenários energéticos, influenciando e direcionando o resultado do planejamento a ser proposto no plano preferencial.
4.3.6. Cenários Energéticos e Previsão de Demanda
Os cenários energéticos são construídos com o objetivo de analisar a consistência do planejamento realizado ao longo de seu horizonte de tempo, verificando se os recursos energéticos em estudo atendem às necessidades a longo prazo e em períodos particulares do planejamento.
Dentro do PIR, esse trabalho é feito com o intuito de validar o Plano Preferencial, ao se modelar demandas, impactos ambientais, sociais e econômicos resultantes do planejamento proposto.
4.3.7. Plano Preferencial
O Plano Preferencial Integrado de Recursos Energéticos é o resultado de todas as etapas anteriores sistematizadas em um processo único, que busca o menor custo completo e visa atender as previsões de demanda obtidas nos diferentes cenários. Ele traz a caracterização da região, os recursos listados, selecionados, caracterizados, valorados e ranqueados, o mapeamento regional pró-energético, os cenários compostos com as respectivas previsões de demanda e a integração dos recursos energéticos para o cenário tendencial e outras carteiras com opções de recursos para o tomador de decisões obter as informações mais embasadas sobre os riscos e as incertezas de cada carteira de recursos.
34
5. Panorama Atual do PIR Energético
5.1. ContextoO processo de consolidação e verificação das partes (modelagem, metodologia, procedimentos, ferramentas modulares) da tese do PIRnaUSP se realiza sinergicamente ao longo de duas etapas. Assim sendo, ao longo do primeiro ano do desenvolvimento da pesquisa científica de engenharia, enfatizou-se o processo de diagnóstico da região com os seguintes procedimentos:
• Pesquisa de campo e levantamento de dados para composição da caracterização da região, georreferenciamento de pontos de interesse para a pesquisa;
• Construção da estrutura da Mina de Dados e inclusão dos dados coletados; • Composição do Inventário Ambiental Prévio;
• Capacitação da Equipe da entidade parceira e discussão com os En-In (Envolvidos e Interessados do PIR), com o intuito de realizar treinamentos técnicos, ciclos de palestras, dinâmicas de ACC e treinamentos voltados ao software Decision Lens;
• Levantamento prévio dos Recursos Energéticos da RAA.
Nesse sentido, os trabalhos do PIRnaUSP, como já afirmado, desenvolvem-se concomitantemente às atividades realizadas no PIR da RAA (ao qual se amarra o projeto Fapesp acima mencionado), de forma que, na segunda etapa, buscou-se o aprimoramento do Inventário Ambiental, com as informações colhidas e renovadas para a construção do Cômputo e Valoração do Potencial Completo (CVPC) dos Recursos Energéticos e os seguintes trabalhos de pesquisa realizados:
• Finalização do Inventário Ambiental Prévio;
• Alimentação e realimentação da Mina de Dados (enfoque na validação de fontes e referências e renovação de dados já existentes);
• Finalização da capacitação da equipe parceira com a aplicação das dinâmicas de ACC em todas as dimensões de análise do PIR: ambiental, social, política e técnico-econômica – realizadas nessa ordem;
35 • Início da coleta de dados meteorológicos para levantamento dos potenciais eólico e solar da região;
• Caracterização georreferenciada completa da região;
• Realização de Avaliação de Custos Completos nas dimensões de análise do PIR visando o ranqueamento dos recursos energéticos.
Na terceira etapa dos trabalhos de pesquisa foram realizadas as seguintes atividades:
• Ranqueamento dos recursos energéticos; • Construção de cenários energéticos;
• Previsão da demanda para a RAA no horizonte de 30 anos; • Definição da metodologia de integração de recursos;
• Levantamento dos potenciais teóricos completos dos recursos energéticos (Udaeta, 2012).
5.2. Caracterização dos Recursos Energéticos
A caracterização dos recursos energéticos é feita através do processo de Cômputo e Valoração de recursos (CVPC). Esta etapa é fundamental na estrutura metodológica do PIR, uma vez que recolhe os recursos energéticos inventariados e apresenta seus diferentes parâmetros técnico-econômicos, sociais, ambientais e políticos, a fim de uniformizar a avaliação das diferentes condições de cada recurso energético para as etapas subsequentes do planejamento: o ranqueamento de recursos e sua inserção em cenários energéticos de longo prazo.
O processo de CVPC é executado no PIR por meio de rotinas ou algoritmos de valoração. Estes buscam utilizar os diferentes parâmetros referentes à composição dos principais atributos nas quatro dimensões analisadas, para o refinamento de potenciais teóricos e realizáveis.
Para exemplificar esses elementos na dimensão técnico-econômica citam-se os diferentes custos da cadeia energética, aliados à confiabilidade, disponibilidade e
36 vida útil de uma determinada tecnologia, na formação do custo final de geração de energia.
Na dimensão ambiental, o volume de emissões ou rejeitos líquidos e sólidos é resultado de cada etapa da cadeia energética, considerada desde a produção de um combustível à sua queima na operação da usina. Essas emissões sofrem perturbações resultantes de diferentes condições naturais e meteorológicas, determinativas para a deposição das substâncias em uma dada região, ou tem o seu arrasto a regiões externas ao entorno de análise.
A dimensão social quantifica diferentes impactos sobre o conforto e a saúde humana como consequência da implementação de um recurso energético, bem como efeitos positivos relacionados à geração de emprego e renda em uma região, projetados a partir de diferentes indicadores técnicos.
A dimensão política analisa a influência de condições políticas sobre parâmetros técnicos e econômicos para traçar a projeção do desenvolvimento de um recurso. Essas condições incluem a interação dos atores energéticos envolvidos com o recurso em questão ou a disponibilização de instrumento político capazes de favorecer sua implantação.
Os potenciais completos dos atributos das quatro dimensões de análise são obtidos por diferentes métodos. Começa-se pela obtenção de indicadores relativos a esses atributos em função da energia gerada ou potência instalada. Essa informação pode ser levantada ou aferida na região de estudo, ou pesquisada junto a diferentes fontes de pesquisa. Esses indicadores abrangem, em diversos casos, diferentes etapas da cadeia energética do recurso avaliado. A ponderação de indicadores de cada etapa em um único fator relativo ao recurso passa, em alguns casos, por diferentes avaliações qualitativas ou quantitativas – com a aplicação de restritores a esses indicadores. Os valores relativos desses indicadores são então multiplicados pelos potenciais energéticos teóricos (cuja contabilização maximiza a utilização de parâmetros naturais, geográficos e energéticos), realizáveis (considerando a eficiência de tecnologias e processos, perdas e restrições técnicas) e de mercado, (incluindo condicionantes macroeconômicas, financeiras, políticas e diferentes riscos), originando potenciais completos e diferenciados para cada atributo.
37 As quatro dimensões de análise, citadas anteriormente, podem ser representadas em um diagrama semelhante ao da Figura 2. Cada uma dessas dimensões pode ser composta de diversos atributos e subatributos quanto forem necessários para caracterização de um determinado RE dentro daquela dimensão. No caso do PIR, esses atributos e subatributos foram sendo aprimorados com o passar dos anos até serem definidos na tese de doutorado de Ricardo Lacerda Baitelo (2010).
Os algoritmos dos atributos e subatributos definidos na tese de Baitelo servem como fonte de dados para a etapa seguinte ao CVPC, chamada de ranqueamento de REs, já mencionada no capítulo que trata das etapas do PIR.
Fonte própria
Figura 2 – Diagrama Hierárquico do PIR
5.2.1. Valoração da Dimensão Técnico-Econômica
A dimensão técnico-econômica é composta em sua maior parte por parâmetros mensuráveis e quantificáveis relacionados aos atributos técnicos de recursos energéticos. Opostamente à dificuldade de valoração identificada em muitos atributos das outras três dimensões de análise do PIR, os elementos que compõem esta dimensão são utilizados corriqueiramente em análises de viabilidade do Planejamento Energético.
Segundo (Baitelo, 2011)
“O atributo central de análise é o custo de geração de um recurso, a partir do qual se associa uma série de outros custos – de investimento e implantação, de operação e manutenção e de produção de combustíveis – cada qual incorporando diferentes componentes técnicos, como vida útil e fator de capacidade, e
38
econômicos, como taxa interna de retorno, tempo de retorno do investimento e taxa de desconto.
Essa composição almeja a minimização dos custos incorridos durante o desenvolvimento do recurso para o empreendedor, por meio das melhores condições de retorno do capital investido e custo de geração. O resultado da otimização de custos é a composição de tarifas energéticas mais baixas para o consumidor. Entretanto, o valor final repassado às residências inclui outros componentes, como custos de transmissão e distribuição de energia, e diferentes encargos relativos ao sistema elétrico, que absorvem custos adicionais de operação de diferentes fontes e sistemas energéticos. O mérito de utilização de cada uma dessas opções e da cobrança de encargos é frequentemente discutido pela academia, por institutos e consultorias.”
Existem alguns limitantes na inserção das externalidades ambientais, políticas e sociais no cálculo do custo de geração. Mesmo que hajam certas compensações financeiras para a concessão de licenças ambientais, sua inclusão no custo final de um projeto de energia é algo marginal, não afetando a composição da tarifa.
Resumindo: mesmo que o custo total da energia contribua com a escolha dos recursos energéticos financeiramente viáveis por parte do planejador, ignora a participação de certos parâmetros técnicos necessários para viabilizar o projeto A abrangência do PIR faz com que essas características sejam adicionadas em sua análise através de atributos e subatributos da dimensão técnico-econômica, tais como: distância entre a usina e o centro de consumo, tempo de construção de um empreendimento, a confiabilidade de suprimento energético – representada pela intermitência da geração e/ou pela disponibilidade do combustível –, o domínio tecnológico do recurso, os custos de manutenção e operação do empreendimento e a qualidade da energia gerada.
“Ressalta-se que, na composição de atributos de valoração do PIR, optou-se por transferir alguns desses parâmetros à dimensão política, compreendidos como instrumentos político-financeiros capazes de estimular a penetração de um determinado recurso energético” (Baitelo, 2011).
39
5.2.1.1. Procedimentos de Valoração de Atributos Técnico-Econômicos
A valoração da dimensão técnico-econômica é composta de alguns índices técnicos relacionados a equipamentos e tecnologias energéticas, calculáveis por meio de metodologias consolidadas.
O objetivo principal desse processo é o cálculo de potenciais energéticos completos dos recursos analisados, utilizando diferentes parâmetros para a elaboração dos algoritmos desses potenciais. Dentre eles, citam-se os custos de instalação, de combustível e de operação e manutenção – que formam o custo de geração –, os custos de transporte e distribuição da energia, as faixas de potência do recurso analisado – caracterizando o perfil da geração energética –, a vida útil de equipamentos e empreendimentos, fatores de potência e de capacidade, tempo de instalação e qualidade da energia gerada.
Esses atributos cobrem três áreas principais na análise técnico-econômica de cada recurso energético – economicidade, capacidade energética e fatores técnicos. A Figura 3 mostra a estrutura da árvore da dimensão técnico-econômica, com os respectivos atributos e subatributos considerados. Na sequência, as principais áreas são descritas, a partir de informações da base científica de bibliografias do PIRnaUSP (USP, FAPESP, 2009d, USP, FAPESP, 2008c) e referências externas (EXCELÊNCIA ENERGÉTICA, 2010)
Fonte: própria
40
5.2.2. Valoração da Dimensão Ambiental
A dimensão ambiental do PIR relaciona os diferentes impactos dos sistemas energéticos sobre o meio ambiente.
O meio ambiente é definido como o conjunto de fatores que afetam e determinam o comportamento e a sobrevivência dos seres vivos que o habitam. Faz sentido, portanto, organizar a análise das perturbações de atividades energéticas sobre esse meio nas áreas que representam suas matérias fundamentais – os meios aéreo, terrestre e aquático.
Segundo o CONAMA (Conselho Nacional de Meio Ambiente) a definição de um impacto ambiental pode ser descrito como:
“...qualquer alteração das propriedades físicas, químicas e biológicas do meio ambiente, causada por qualquer forma de matéria e energia, resultante das atividades humanas que, direta ou indiretamente, afetam: a saúde, a segurança e o bem-estar da população; as atividades sociais e econômicas; a biota; as condições estéticas e sanitárias do meio ambiente; e a qualidade dos recursos ambientais”
As alterações sobre o meio ambiente afetam diretamente a qualidade de vida dos homens, desde os habitantes de cidades até pequenas comunidades que vivem no entorno de empreendimentos de grande porte. Portanto, pode-se concluir que da mesma forma que o meio ambiente supre as necessidades humanas, o menosprezo retratado na forma de utilização sem cautela destes recursos incidem diretamente na disponibilidade futura deste meio.
5.2.2.1. Procedimento da Valoração de Atributos Ambientais
Os impactos da cadeia energética no meio ambiente são divididos em atributos aéreo, aquático e terrestre. Dentro de cada um deles, consideram-se ramificações em análises mais específicas, aqui chamadas de asubatributos.
Os impactos no meio aéreo consideram a variação da concentração de diferentes substâncias poluentes na atmosfera, dentre elas os gases causadores de efeito estufa, material particulado e gases prejudiciais a camada de ozônio
41 Os impactos no meio terrestre levam em conta as deposições de poluentes aéreos no solo, resultando em sua degradação. Também considera a geração de resíduos sólidos tóxicos como subproduto da geração de energia e o uso e a degradação do solo pelo efeito da ocupação de empreendimentos energéticos. A medição desses impactos na valoração para resíduos sólidos é função de seu peso em proporção à energia produzida no processo. A ocupação do solo por empreendimentos energéticos é quantificada em função da área ocupada em relação a capacidade instalada ou do volume de produção de energia.
Por fim, o meio aquático divide-se em dois grupos fundamentais: a demanda de recursos hídricos e a geração de efluentes líquidos.
A demanda de recursos hídricos é avaliada em função de sua captação e consumo para fins energéticos, segundo os procedimentos da gestão de recursos hídricos. A captação contabiliza os volumes derivados de um corpo d’água em função do tempo; o consumo refere-se à fração do volume captado (USP; FAPESP, 2008c). O uso desses recursos é novamente computado em todas as etapas da cadeia energética conduzidas localmente, como a produção fabril de equipamentos e tecnologias de conversão de energia, a extração de combustíveis energéticos como petróleo, carvão e urânio e o cultivo da cana-de-açúcar e outras oleaginosas para a produção de biocombustíveis.
A análise da geração de efluentes líquidos considera condicionantes de emissão em corpos d’água e alteração de parâmetros de qualidade das águas – pH, temperatura e variáveis microbiológicas, hidrobiológicas e ecotoxicológicas. A análise desses parâmetros é expressa na forma de concentrações por volume de água, e o cômputo de potencial dos indicadores é ponderado pelo volume de efluentes líquidos por unidade de energia gerada. Ressalta-se a limitação dessa análise em situações que o despejo de efluentes em processos industriais não é realizado em corpos d’água, comprometendo a validade da medição de qualidade de água A alteração desses parâmetros nos três meios da dimensão ambiental exerce inegável impacto sobre a fauna, a flora e o bioma afetado. Diferentemente das implicações de alterações ambientais sobre a sociedade, analisadas na dimensão social, esses impactos estão inseridos no meio natural afetado e integram, portanto,
