PLAN ENERGETICO

Prévia do material em texto

GILBERTO DE MARTINO JANNUZZI 
JOEL SWISHER 
ROBERT REDLINGER 
 
 
 
 
 
 
 
PLANEJAMENTO INTEGRADO DE 
RECURSOS ENERGÉTICOS 
Oferta, demanda e suas interfaces 
 
 
 
 
 
 
 
2ª edição 
 
 
 
 
 
Campinas 
IEI Brasil 
2018 
 
 
APRESENTAÇÃO 
A IEI Brasil apresenta a segunda edição do livro “Planejamento Integrado de Recursos 
Energéticos”, escrito originalmente pelos pesquisadores Gilberto de Martino Jannuzzi, diretor da 
IEI Brasil, e por Joel Swisher e Robert Redlinger, ambos do United Nations Environment 
Programme (UNEP) Centre for Energy and Environment. 
A nova edição, que contém atualização de termos, conceitos e bibliografias, ganhou o título 
de “Planejamento Integrado de Recursos Energéticos: oferta, demanda e suas interfaces”. Esta nova 
versão foi disponibilizada de forma fracionada no site da IEI Brasil (http://iei-brasil.org/livro-pir/), 
capítulo a capítulo, enquanto seu processo de revisão estava em andamento. Essa medida objetivou 
que estudantes, pesquisadores e demais interessados na área tivessem acesso ao conteúdo, composto 
também por apêndices, exercícios práticos e suas respostas. Os quatro capítulos que compõem a 
obra agora estão consolidados neste livro digital. As soluções dos exercícios apresentados ao longo 
dos capítulos podem ser acessadas em uma planilha disponibilizada nesse link. 
O livro foi revisado por estudantes e colaboradores do professor Gilberto Jannuzzi, em 
especial o professor Everthon T. Sica do Instituto Federal de Santa Catarina – IFSC (Florianópolis) 
e João B. Marques que revisaram exercícios e atualizaram algumas referências. A publicação 
também contou com a revisão textual e a diagramação da jornalista Gabrielle Adabo da IEI Brasil. 
A primeira versão da obra foi publicada há 20 anos, em inglês, sob o título “Tools and 
Methods for Integrated Resource Planning”. Em 1997, uma versão impressa em português foi 
elaborada por Jannuzzi e Swisher, com o apoio do Procel e do PNUD, porém se encontra esgotada. 
Nessas últimas duas décadas, experimentamos muitas e relevantes transformações na 
indústria de energia, bem como nas tecnologias, leis e regulações. A revisão do conteúdo deste livro 
se fazia necessária para contemplar a realidade da geração distribuída, das tecnologias de 
armazenamento de energia e, mesmo, da maior disseminação de tecnologias mais eficientes de uso 
final. 
 
 
Campinas, outubro de 2018 
 
 
IEI Brasil 
 
http://iei-brasil.org/livro-pir/
SUMÁRIO 
CAPÍTULO 1 PLANEJAMENTO INTEGRADO DE RECURSOS ENERGÉTICOS ...... 12 
1.1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 12 
1.2. POR QUE PLANEJAMENTO INTEGRADO DE RECURSOS? ................................. 13 
1.2.1. O preço do petróleo: crise da década de 1970 ................................................................ 14 
1.2.2. A questão ambiental ....................................................................................................... 16 
1.2.3. A eficiência energética ................................................................................................... 18 
1.2.4. A dimensão humana da energia ..................................................................................... 19 
1.2.5. A necessidade de novo enfoque para o planejamento .................................................... 20 
1.3. FUNDAMENTOS SOBRE ENERGIA E SISTEMA ENERGÉTICO .......................... 22 
1.3.1. As fontes de energia, vetores e usos ............................................................................... 22 
1.3.2. Recursos energéticos primários e secundários ............................................................... 22 
1.3.3. Eficiência dos sistemas de conversão............................................................................. 24 
1.3.4. Energia útil ..................................................................................................................... 25 
1.3.5. Contabilidade energética ................................................................................................ 26 
1.4. SERVIÇOS DE ENERGIA E A OFERTA DE ELETRICIDADE ................................ 32 
1.4.1. Projeções da demanda de energia................................................................................... 32 
1.4.2. Objetivos da análise bottom-up ...................................................................................... 33 
1.4.3. A estrutura de oferta de eletricidade .............................................................................. 34 
1.5. O QUE É PLANEJAMENTO INTEGRADO DE RECURSOS?................................... 36 
1.5.1. O PIR e o planejamento tradicional ............................................................................... 36 
1.5.2. Possibilidades do PIR ..................................................................................................... 39 
1.5.3. Os elementos essenciais do PIR ..................................................................................... 43 
1.5.4. Quem executa a análise do PIR? .................................................................................... 43 
1.6. REFERÊNCIAS E LEITURAS SUGERIDAS ................................................................ 46 
CAPÍTULO 2 PROJEÇÕES DE DEMANDA DE ENERGIA .............................................. 48 
2.1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 48 
2.2. FINALIDADE, CLASSIFICAÇÃO E EVOLUÇÃO DOS MODELOS DE ENERGIA
 50 
2.3. ABORDAGEM TOP-DOWN E BOTTOM-UP EM MODELAGEM ............................. 52 
2.3.1. Top-Down ....................................................................................................................... 52 
2.3.2. Bottom-Up ...................................................................................................................... 53 
2.4. MODELOS DE DEMANDA DE ENERGIA (Bottom-up) .............................................. 55 
2.4.1. Modelo de usos finais ..................................................................................................... 56 
2.4.2. Modelo de decomposição ............................................................................................... 71 
2.5. MODELOS DE DEMANDA DE ENERGIA (AGREGADO) ........................................ 75 
2.5.1. Modelos de regressão ..................................................................................................... 75 
2.5.2. Modelo econométrico ..................................................................................................... 78 
2.5.3. Modelos de séries temporais ........................................................................................... 81 
2.6. MATRIZ INSUMO-PRODUTO ........................................................................................ 82 
2.7. ESTRUTURA E TIPOS DE CENÁRIOS DE PROJEÇÕES ......................................... 84 
2.7.1. Cenário de referência ...................................................................................................... 85 
2.7.2. Cenário de potencial técnico ........................................................................................... 85 
2.7.3. Cenário de potencial econômico ..................................................................................... 86 
2.7.4. Cenário de potencial de mercado .................................................................................... 87 
2.8. CRITÉRIOS PARA ESCOLHA DE CENÁRIOS: CUSTOS E EXTERNALIDADES
 87 
2.8.1. Teste do Participante....................................................................................................... 89 
2.8.2. Teste do Não-participante (RIM).................................................................................... 89 
2.8.3. Teste do Custo Total do Recurso (CTR) ........................................................................91 
2.8.4. Teste do Custo da CE ..................................................................................................... 92 
2.8.5. Teste dos Custos Sociais ................................................................................................. 92 
2.8.6. Sumário dos testes de custo ............................................................................................ 92 
2.8.7. Externalidades ambientais .............................................................................................. 93 
2.8.8. Benefícios não monetários da eficiência energética ....................................................... 95 
2.9. REFERÊNCIAS E LEITURAS SUGERIDAS ................................................................. 97 
CAPÍTULO 3 PROGRAMAS DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA, GLD E GERAÇÃO 
DISTRIBUÍDA 100 
3.1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 100 
3.2. EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E FONTES RENOVÁVEIS: BARREIRAS ............... 101 
3.2.1. Informação .................................................................................................................... 101 
3.2.2. Barreiras legais, regulatórias e institucionais ............................................................... 102 
3.2.3. Barreiras financeiras e decisões de investimentos ........................................................ 103 
3.2.4. Barreiras tecnológicas e de infraestrutura..................................................................... 104 
3.2.5. Tarifas e custos de energia ............................................................................................ 104 
3.2.6. Diversidade de atores e de expectativas ....................................................................... 105 
3.3. TARIFAS, EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E FONTES RENOVÁVEIS ..................... 109 
3.3.1. Tarifas em bloco ........................................................................................................... 109 
3.3.2. Tarifas a custo marginal................................................................................................ 110 
3.3.3. Tarifa horo-sazonal ....................................................................................................... 112 
3.3.4. Tarifa verde e subsídios para fontes renováveis ........................................................... 113 
3.3.5. Tarifas, custos dos programas de eficiência energética e GLD .................................... 113 
3.3.6. Composição da tarifa .................................................................................................... 119 
3.4. FONTES RENOVÁVEIS E PROGRAMAS DE SUBSTITUIÇÃO DE ENERGIA .. 120 
3.4.1. Substituição entre eletricidade e gás ............................................................................. 120 
3.4.2. Substituição entre eletricidade e energia solar.............................................................. 122 
3.4.3. Cogeração ..................................................................................................................... 123 
3.5. INICIATIVAS GOVERNAMENTAIS ........................................................................... 126 
3.5.1. Informação e etiquetagem............................................................................................. 126 
3.5.2. Padrões de desempenho e regulamentação ................................................................... 127 
3.5.3. Os efeitos dos padrões através do tempo ..................................................................... 130 
3.5.4. Licitações tecnológicas ................................................................................................ 132 
3.5.5. Mecanismos financeiros e fiscais ................................................................................. 134 
3.6. ESTRATÉGIAS DE GERENCIAMENTO DO LADO DA DEMANDA (GLD) ....... 134 
3.6.1. Gerenciamento da carga ............................................................................................... 135 
3.6.2. Investimentos em eficiência de energia ....................................................................... 136 
3.6.3. Avaliação dos programas de GLD ............................................................................... 138 
3.6.4. Estimando economias dos programas de GLD ............................................................ 141 
3.6.5. Componentes de custo dos programas de GLD ........................................................... 142 
3.6.6. Estratégias e programas ................................................................................................ 143 
3.7. REFERÊNCIAS E LEITURAS SUGERIDAS .............................................................. 147 
CAPÍTULO 4 INTEGRANDO AS OPÇÕES DO LADO DA OFERTA E DA DEMANDA
 150 
4.1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 150 
4.2. FUNDAMENTOS DO PLANEJAMENTO DA OFERTA DE ELETRICIDADE ..... 150 
4.3. CRITÉRIOS PARA PLANEJAMENTO DE CUSTO MÍNIMO ................................ 151 
4.4. CUSTOS DE PRODUÇÃO DE ELETRICIDADE ....................................................... 152 
4.4.1. Rendimentos requeridos da companhia elétrica ........................................................... 152 
4.4.2. Custos Marginais de Expansão e de Operação (CME e CMO) ................................... 154 
4.4.3. Fator de capacidade ...................................................................................................... 161 
4.4.4. Fator de Carga (FC)...................................................................................................... 163 
4.5. INTEGRAÇÃO DO FORNECIMENTO E OUTRAS AÇÕES DO LADO DA 
OFERTA ...................................................................................................................................... 166 
4.5.1. A escolha entre fontes/sistemas de produção de eletricidade ...................................... 166 
4.5.2. Estratégias de despacho ................................................................................................ 170 
4.5.3. Redução de perdas do lado da oferta ............................................................................ 171 
4.5.4. Fontes renováveis e problemas de despacho ................................................................ 176 
4.6. ANÁLISE DO CUSTO SOCIAL E AMBIENTAL ....................................................... 177 
4.6.1. Impactos ambientais da produção de eletricidade ........................................................ 177 
4.6.2. Contabilidade das emissões e dos impactos ambientais ............................................... 180 
4.6.3. Externalidades .............................................................................................................. 180 
4.6.4. Custos das reduções de emissão ................................................................................... 181 
4.7. CENÁRIOS DE OFERTA E DEMANDA DE ENERGIA ........................................... 182 
4.7.1. Definição de cenários e o cenário de referência ........................................................... 183 
4.7.2. Combinando opções de GLD e recursos de oferta ....................................................... 184 
4.7.3. Classificando as opções de recurso pelo custo marginal .............................................. 185 
4.7.4. Medidas de reduções de emissões pelo custo de emissões conservadas ...................... 188 
4.7.5. Inclusão de custos de emissões nos custos marginais .................................................. 191 
4.7.6. Escolha da opção pelo custo de redução de emissão ................................................... 192 
4.7.7. Estimando impactos nas tarifas de eletricidade ............................................................ 193 
4.7.8. Contabilizando os recursos de oferta intermitentes...................................................... 195 
4.8. REFERÊNCIAS E LEITURAS SUGERIDAS ............................................................... 198 
APÊNDICE A .............................................................................................................................. 199 
APÊNDICE B: FUNDAMENTOS DE ANÁLISE ECONÔMICA ......................................... 202 
APÊNDICE C: FUNDAMENTOS ESTATÍSTICOS – SÉRIES TEMPORAIS ................... 213 
APÊNDICE D: DISTRIBUIÇÕES DE PROBABILIDADES ................................................ 242 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
Figura 1-1 – Consumo per capita de energia × IDH (130 países) .................................................. 14 
Figura 1-2 – Evolução da matriz energética primária do Brasil ..................................................... 15 
Figura 1-3 – Evolução da produção e do consumo de petróleo no Brasil (1970-2014) (mil m3) ... 16 
Figura 1-4 – Previsão da matriz energética primária mundial em 2035 ......................................... 17 
Figura 1-5 – Tipos de eficiência energética .................................................................................... 19 
Figura 1-6 – Uma visão do Planejamento Integrado de Recursos .................................................. 21 
Figura 1-7 – Fluxo de energia ......................................................................................................... 23 
Figura 1-8 – Eficiência do uso final ................................................................................................ 26 
Figura 1-9 – Visão simplificada do balanço de energia do Brasil – 2010 ...................................... 28 
Figura 1-10 – Exemplo de curva de duração de carga .................................................................... 34 
Figura 1-11 – Exemplo de curva de carga ...................................................................................... 35 
Figura 1-12 – O tradicional modelo de planejamento elétrico a custo mínimo .............................. 36 
Figura 1-13 – Modelo integrado de carga e custo de produção elétrica a custo mínimo ............... 37 
Figura 1-14 – Comparação entre o planejamento energético convencional e o PIR ...................... 38 
Figura 2-1 – Visão geral dos principais elementos para suporte à tomada de decisão em 
planejamento ................................................................................................................................... 49 
Figura 2-2 – O planejamento da demanda, os cenários de demanda e oferta e sua relação com os 
objetivos de desenvolvimento nacional .......................................................................................... 50 
Figura 2-3 – Evolução dos modelos de demanda de energia .......................................................... 51 
Figura 2-4 – Intensidade energética de transporte entre 2000 e 2010 ............................................ 59 
Figura 2-5 – Demanda pelo método de decomposição e conteúdo energético (2000 a 2010) – 
EXERCÍCIO 2.7 ............................................................................................................................. 74 
Figura 2-6 – Consumo de petróleo no Brasil com base em modelo de regressão – EXERCÍCIO 2.8
......................................................................................................................................................... 78 
Figura 2-7 – Consumo de petróleo no Brasil com base em modelo econométrico – EXERCÍCIO 
2.9.................................................................................................................................................... 81 
Figura 2-8 – Etapas para elaborar cenários de eficiência de demanda de energia .......................... 84 
Figura 2-9 – Curvas de custo marginal – eficiência de energia em iluminação – Suécia ............... 86 
Figura 2-10 – Fluxograma dos custos de energia ........................................................................... 88 
Figura 2-11 – Caso A - Teste RIM quando os custos marginais são altos; caso B - Teste RIM - 
custos marginais menores que o custo médio (tarifas) ................................................................... 90 
Figura 2-12 – Caso A - Teste CTR falha, já passado o teste RIM; Caso B - passa o teste CTR, Mas 
não no teste RIM ............................................................................................................................. 91 
Figura 3-1 – Vendas de eletricidade ............................................................................................. 105 
Figura 3-2 – Efeito da expansão da capacidade nos custos marginais ......................................... 110 
Figura 3-3 – Figura do princípio da otimalidade .......................................................................... 111 
Figura 3-4 – Investimentos em conservação em companhias de energia da Califórnia ............... 116 
Figura 3-5 – Método de economias compartilhadas da PG&E ..................................................... 118 
Figura 3-6 – Composição do preço da tarifa de energia elétrica (BRASIL, 2006 versus EUA, 
2011) ............................................................................................................................................. 120 
Figura 3-7 – Esquema de um sistema de cogeração ..................................................................... 123 
Figura 3-8 – Tendências históricas e padrões de eficiência das geladeiras e dos freezers na Suécia
....................................................................................................................................................... 131 
Figura 3-9 – Estratégias de gerenciamento da curva de carga ...................................................... 135 
Figura 4-1 – Curvas de custos (CM, CMO, CME e Custo Mínimo) ............................................ 154 
Figura 4-2 – Expansão da oferta para atingir o crescimento da demanda de pico – EXEMPLO 4.4
....................................................................................................................................................... 160 
Figura 4-3 – Custos marginais – EXEMPLO 4.7 ......................................................................... 163 
Figura 4-4 – Fator de carga – obtenção gráfica ............................................................................ 164 
Figura 4-5 – Modelo de curva de duração de carga ...................................................................... 167 
Figura 4-6 – Modelo de curva de duração de carga incluindo a capacidade existente ................. 168 
Figura 4-7 – Curva de duração de carga – sistema dominado por hidroelétricas (estação úmida e 
seca) ............................................................................................................................................... 169 
Figura 4-8 – Evolução das perdas de eletricidade – Brasil, China e EUA (1980 a 2010) ............ 171 
Figura 4-9 – Categorias de perdas ................................................................................................. 172 
Figura 4-10 – Relacionamento entre cenários de energia bottom-up e custos marginais ............. 183 
 
 
LISTA DE TABELAS 
Tabela 1-1 – Sistema energético: exemplo ..................................................................................... 22 
Tabela 1-2 – Classificações de fontes de energia – exemplos ........................................................ 23 
Tabela 1-3 – Exemplos de eficiência de conversão da energia final para energia útil ................... 26 
Tabela 1-4 – Balanço energético - exemplo ................................................................................... 27 
Tabela 1-5 – Resultados da conversão ............................................................................................ 31 
Tabela 1-6 – Fatores de emissão de gás carbono e decarbono por fonte de combustível .............. 31 
Tabela 1-7 – Tecnologias de iluminação e suas eficiências em termos de lúmens (Watt) ............. 32 
Tabela 2-1 – Exemplo de informação requerida para modelos uso final ....................................... 58 
Tabela 2-2 – Penetração de tecnologias de uso final no setor residencial (%) ............................... 58 
Tabela 2-3 – Vendas de lâmpadas no México (milhões de unidades) ............................................ 59 
Tabela 2-4 – Estimativa de consumo de energia para os principais tipos de lâmpadas, México 
(1985-89)......................................................................................................................................... 60 
Tabela 2-5 – Consumo de eletricidade incluindo reatores – México (1985-89)............................. 60 
Tabela 2-6 – Quadro resumo – modelo básico de usos finais ......................................................... 62 
Tabela 2-7 – Vendas de equipamentos no Brasil (×1.000) ............................................................. 63 
Tabela 2-8 – Consumo anual por aparelho e por residência em Manaus ....................................... 64 
Tabela 2-9 – A estrutura de consumo de eletricidade segundo usos finais em alguns países em 
percentual (1993) ............................................................................................................................ 64 
Tabela 2-10 – Planos de crescimento de Brakimpur ...................................................................... 65 
Tabela 2-11 – Indicadores socioeconômicos de demanda de energia – ano de referência X ......... 66 
Tabela 2-12 – Dispositivo por classe de renda (P=%) e consumo médio por dispositivo (I=W) ... 66 
Tabela 2-13 – Uso (M=Horas/Ano) e consumo E=N×P×M×I (GWh/Ano) ................................... 67 
Tabela 2-14 – Cenário socioeconômico – ano projetado (X+10) ................................................... 67 
Tabela 2-15 – Consumo de energia – ano projetado E(X+10)=N(X+10)×P×M×I (GWh/Ano) .... 67 
Tabela 2-16 – Setor comercial de Brakimpur – consumo do ano de referência (MWh) ................ 68 
Tabela 2-17 – Setor comercial de Brakimpur – hipóteses para projeção ....................................... 69 
Tabela 2-18 – Consumo projetado por subsetor industrial E(X)=PIB(X)×M×I ............................. 70 
Tabela 2-19 – Consumo de eletricidade por uso final por subsetor industrial (C=%) .................... 70 
Tabela 2-20 – Distribuição (D=%) e consumo por tipo de motor (CV) por subsetor – E(X)×C×D 
em GWh/Ano .................................................................................................................................. 70 
Tabela 2-21 – Uso do motor (M em Horas/Ano) e intensidade (I em kW/Motor) ......................... 71 
Tabela 2-22 – Número de motores por tipo por subsetor (N)(milhões) ......................................... 71 
Tabela 2-23 – Consumo: ano de referência, E(X)=N×I×M e ano projetado, 
E(X+10)=N(X+10)×I×M (GWh) .................................................................................................... 71 
Tabela 2-24 – Consumo de recursos energéticos primários e PIB por setor do Brasil – 
EXERCÍCIO 2.7 ............................................................................................................................. 74 
Tabela 2-25 – Modelo de regressão multivariada ........................................................................... 75 
Tabela 2-26 – Dados do Brasil – EXERCÍCIO 2.8 ........................................................................ 77 
Tabela 2-27 – Cenários – EXERCÍCIO 2.8 .................................................................................... 77 
Tabela 2-28 – Dados do Balanço Energético Nacional (EPE 2010) e IBGE – EXERCÍCIO 2.9 .. 80 
Tabela 2-29 – Matriz insumo-produto de Leontief ......................................................................... 82 
Tabela 2-30 – Testes econômicos primários - custos e benefícios de cenários - DMS/Eficiência . 92 
Tabela 3-1 – Taxas de descontos reais implícitas usadas em projetos energéticos ...................... 106 
Tabela 3-2 – Dados do EXEMPLO 3.4 ........................................................................................ 108 
Tabela 3-3 – Decomposição usando ERAM ................................................................................. 114 
Tabela 3-4 – Dados de substituição – EXEMPLO 3.9 ................................................................. 123 
Tabela 3-5 – Códigos de energia de construções: limites para capacidade instalada de iluminação
....................................................................................................................................................... 129 
Tabela 3-6 – Brakimpur – Idade do estoque de refrigeradores no ano base ................................. 131 
Tabela 3-7 – Vantagens e desvantagens de uma Esco para a CE.................................................. 137 
Tabela 3-8 – Simulação de custos totais de um programa de descontos para lâmpadas eficientes
 ....................................................................................................................................................... 142 
Tabela 4-1 – Resultados – EXEMPLO 4.1 ................................................................................... 154 
Tabela 4-2 – Dados – EXEMPLO 4.2 ........................................................................................... 157 
Tabela 4-3 – Dados – EXEMPLO 4.4 ........................................................................................... 158 
Tabela 4-4 – Recursos de oferta – EXEMPLO 4.7 ....................................................................... 162 
Tabela 4-5 – Perfil de demanda de eletricidade – EXEMPLO 4.8 ............................................... 164 
Tabela 4-6 – Esquemas de tarifas – EXEMPLO 4.10 ................................................................... 165 
Tabela 4-7 – Gastos com pessoal – EXEMPLO 4.10 ................................................................... 165 
Tabela 4-8 – Perfil de carga – EXEMPLO 4.10............................................................................ 165 
Tabela 4-9 – Perdas de energia elétrica em alguns países ............................................................. 171 
Tabela 4-10 – Dados - EXEMPLO 4.13 ....................................................................................... 182 
Tabela 4-11 – Conjunto de exemplos de recursos e seus parâmetros ........................................... 185 
Tabela 4-12 – Parâmetros de custo marginal para um conjunto de modelos de recursos ............. 186 
Tabela 4-13 – Desempenho para a combinação a custo-mínimo dos recursos ............................. 187 
Tabela 4-14 – Desempenho para a combinação a custo-mínimo dos recursos – oferta ................ 188 
Tabela 4-15 – Desempenho para um sistema integrado de custo-mínimo com 30% de redução de 
SO2 ................................................................................................................................................ 189 
Tabela 4-16 – Desempenho para um sistema a custo mínimo com 90% de redução de SO2 ....... 189 
Tabela 4-17 – Desempenho para um sistema integrado a custo mínimo com 20% de redução de 
NOX ............................................................................................................................................... 190 
Tabela 4-18 – Desempenho para um sistema integrado a custo mínimo com 60% de redução de 
NOX ............................................................................................................................................... 190 
Tabela 4-19 – Custos marginais ($/KWh) incluindo os custos de emissão .................................. 191 
Tabela 4-20 – Comparação das tarifas e dos custos – modelos de planos de recurso elétrico......195 
Tabela 4-21 – Crédito de capacidade para conjunto de modelos de novos recursos .................... 197 
 
 
12 Planejamento Integrado de Recursos Energéticos 
 
 
 
CAPÍTULO 1 
PLANEJAMENTO INTEGRADO DE RECURSOS ENERGÉTICOS 
1.1. INTRODUÇÃO 
Sabemos que a energia é necessária para atender às demandas básicas do ser humano 
moderno: iluminação, aquecimento/ventilação, energia para cocção, refrigeração, força motriz etc. 
Serviços de energia são essenciais para promover o desenvolvimento socioeconômico das 
populações e buscar maneiras de prover esses serviços com o menor impacto ambiental é um dos 
grandes desafios do século XXI. A produção e o uso de energia são algumas das atividades de maior 
impacto no meio ambiente, seja ele no âmbito local ou global. São evidentes os esforços para 
controlar as emissões de gases de efeito estufa decorrentes dessas atividades, como demonstra o 
resultado da COP 21, a 21ª Conferência das Partes da Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre 
Alterações Climáticas, realizada em Paris no final de 2015. É crescente a preocupação em promover 
maior participação de fontes renováveis na matriz energética do futuro e o uso eficiente da energia. 
Nas últimas quatro décadas, o planejamento de recursos energéticos migrou da abordagem de custo 
mínimo para outra, mais abrangente, integrando os usuários e a geração de energia descentralizada, 
a maior consideração com os impactos ambientais e os programas de eficiência energética. 
Acidentes nucleares e a preocupação com segurança energética forçaram países a dedicarem maior 
atenção a programas de eficiência energética e de inserção de energia renovável em grande escala, 
como é o caso da política de estado Energiewende da Alemanha (Strunz 2014). Embora a grande 
maioria dos países ainda realize seu planejamento fortemente focado no suprimento, é crescente a 
preocupação com o planejamento da demanda de energia. A necessidade de prover acesso a serviços 
de energia e atender à elevada demanda de países como China e Índia demonstraram claramente os 
limites do planejamento da oferta e a necessidade de promover maior eficiência nos setores de 
consumo de energia, incluindo mudanças de hábitos e padrões de consumo. 
O aumento da participação de fontes renováveis, inclusive por meio de sistemas de geração 
distribuída1, e as vantagens da instalação de redes inteligentes2 (smart grids, em inglês) evidenciam 
a importância de se conhecer a demanda e o consumidor de energia. Essa nova dimensão deve, 
portanto, ser incorporada no processo de planejamento, que definiremos mais adiante como 
Planejamento Integrado de Recursos (PIR). 
A metodologia PIR (Planejamento Integrado de Recursos), embora originada nos Estados 
Unidos e no Canadá (IRP3), é, hoje, aplicada em muitos países desenvolvidos e em 
desenvolvimento, onde a preocupação com o meio ambiente e com o uso racional dos recursos 
energéticos ocupa cada vez mais a agenda dos governos locais. As fontes alternativas de energia, 
demandadas por uma sociedade que aposta em um futuro em que o uso dos recursos será ditado 
pelo meio ambiente, vêm se impondo com mais intensidade para escrever uma nova fase a partir da 
primeira década do século XXI. Essa tendência exige um tratamento diferenciado no PIR, dado que 
os custos de substituição de fontes tradicionais e os benefícios decorrentes, principalmente por 
 
1 Chamados de geração distribuída aqueles sistemas de geração de eletricidade de pequeno porte instalados junto a 
consumidores de eletricidade e que são conectados ao sistema de distribuição podendo, desse modo, disponibilizar a 
energia não consumida localmente para os demais consumidores do sistema elétrico. 
2 Redes inteligentes são um conjunto de tecnologias de gerenciamento e controle de sistemas elétricos com tecnologias 
de informação e comunicação que permitem o fluxo bidirecional de informação e energia entre um usuário em particular 
e o sistema elétrico como um todo. 
3 IRP é a sigla em inglês de Integrated Resources Planninig (PIR, em português). 
Planejamento Integrado de Recursos Energéticos 13 
 
 
 
reduzir as emissões de gases de efeito estufa, implicam em aspectos ainda mais complexos do 
planejamento energético. 
Neste capítulo, abordaremos as principais motivações para se pensar em um planejamento 
energético que considere de maneira explícita também o consumo de energia e não apenas a oferta. 
1.2. POR QUE PLANEJAMENTO INTEGRADO DE RECURSOS? 
Um maior crescimento econômico tem resultado em aumento de demanda de energia, 
especialmente nos setores industrial, comercial e residencial em países em desenvolvimento. 
Durante muito tempo, houve a preocupação em vincular o crescimento econômico, medido por 
meio do PIB, com o crescimento da demanda de energia. Se isso foi muito evidente no passado, 
desde as últimas décadas se observou um desacoplamento entre o crescimento do PIB per capita e 
o aumento da demanda energética (Goldemberg et al. 1988; Ockwell 2008). Não obstante, passou-
se a utilizar o Índice de Desenvolvimento Humano (IDH)4 como um indicador mais assertivo para 
mensurar o desenvolvimento econômico dos países. Conforme se observa na Figura 1-1, existe uma 
relação entre o consumo de energia per capita dos países e o correspondente IDH. No entanto, é 
importante observar que essa relação não é constante de acordo com a fase de desenvolvimento dos 
países. Mesmo entre países aparentemente similares e, portanto, com IDHs muito próximos, pode 
haver diferenças muito significativas entre seu consumo energético. O consumo de energia é 
particularmente importante para aumentar o IDH naqueles países mais pobres, porém, na medida 
em que se avança no IDH, o consumo de energia parece ter menor influência. Na verdade, esse 
desacoplamento pode ser visto também ao se analisar emissões de carbono per capita e IDH como 
demonstram diversas análises realizadas (Steinberger 2016; Correa and Steinberger 2016; Fischer-
Kowalski et al. 2010). Ao longo do tempo, devido principalmente a melhorias tecnológicas, tem 
diminuído a necessidade de energia para se conseguir os mesmos valores de IDH obtidos 
anteriormente (Steinberger and Roberts 2009) e, portanto, mesmo que se insistam em vincular 
desenvolvimento socioeconômico com crescentes necessidades de energia e de emissões, é 
fundamental entender que essa relação está mudando rapidamente e que é importante estabelecer 
uma rota de desenvolvimento que promova cada vez mais esse desacoplamento. Esse é um dos 
pilares do processo de PIR. 
A urbanização e a industrialização têm procurado seguir padrões intensivos em energia 
copiados dos países industrializados. A população demanda transporte de bens e pessoas, novos 
produtos industriais e outros serviços como saneamento, saúde, comércio etc., que dependem de 
energia. Desse modo, construir e operar equipamentos da infraestrutura urbana industrial e 
comercial requer energia, especialmente eletricidade, e aumentar padrões de vida material da 
população resulta em grandes demandas por novos serviços que também consomem energia. No 
entanto, à medida em que essa infraestrutura é estabelecida, o impacto do consumo energético no 
IDH é menor. 
Quando pensamos nas necessidades futuras de energia, é importante saber para quais fins ela 
será necessária, avaliando quais setores e usos finais deverão ser atendidos. Quais serão as 
tecnologias que produzirão e utilizarão energia no futuro? Como serão as cidades e seus habitantes? 
Será possível atender a uma demanda energética para uma população crescente, com padrões tão 
intensivos em energia como aqueles dos EUA ou do Canadá? Essas são algumas das questões que 
deverão ser elucidadas. 
 
4 O IDH é um índice criado e monitorado pela ONU para medir o nível de desenvolvimento humano dos países a partir 
deindicadores de educação (alfabetização e taxa de matrícula), longevidade (esperança de vida ao nascer) e renda (PIB 
per capita). O valor do IDH (0 a 1) é uma ponderação desses indicadores: IDH=(IDHeducação×IDHlongevidade×IDHrenda)1/3. 
14 Planejamento Integrado de Recursos Energéticos 
 
 
 
 
Figura 1-1 – Consumo per capita de energia × IDH (130 países) 
Fonte: elaborado a partir de dados da Energy Information Administration dos EUA (EIA 2010) 
Na verdade, um conceito central dentro do Planejamento Integrado de Recursos é o interesse 
em perceber que almejamos os serviços executados por meio de insumos energéticos. Não nos 
preocupa quantos kWh ou litros de gasolina são consumidos e, sim, o que efetivamente fazemos 
com esses insumos energéticos. Esse conceito foi introduzido na década de 80 e, nessa época, foi 
bastante revolucionário (Goldemberg et al. 1985). 
A necessidade de suprir a futura demanda de energia, observando os critérios de 
sustentabilidade, modicidade de preços e de segurança energética, é o grande desafio do 
planejamento energético atual. Se, por um lado, o planejamento convencional é basicamente focado 
na valoração dos recursos e na expansão da oferta para atender a uma demanda de energia 
determinada, o PIR procura estimar o que chamamos de recursos da demanda e apontar diferentes 
maneiras de se atender aos serviços de energia da população considerando os critérios acima 
mencionados. 
Nas próximas seções definiremos o que são serviços de energia, recursos de demanda e, de 
maneira mais formal, conceituaremos o que é o PIR. Inicialmente, abordaremos alguns fatos que 
alteraram o desenvolvimento do setor energético e o seu planejamento nas últimas décadas. 
1.2.1. O preço do petróleo: crise da década de 1970 
O dramático aumento do preço do petróleo na década de 1970, combinado com a elevação 
das taxas de juros, repentinamente terminou com a era da energia barata, levando a um 
questionamento do modelo de desenvolvimento adotado até então, baseado essencialmente nessa 
fonte energética. A energia se tornou um forte limitante para o progresso econômico de muitos 
países em desenvolvimento. Enquanto os consumidores nos países industrializados foram afetados 
de maneira relativamente branda e puderam superar seus problemas com maior agilidade, esse não 
foi o caso de vários países em desenvolvimento, os quais tiveram que promover cortes do 
combustível que necessitavam para atividades essenciais, como a produção de fertilizantes, 
defensivos agrícolas, cocção e calefação. 
Planejamento Integrado de Recursos Energéticos 15 
 
 
 
Após esse choque5, talvez o mais determinante entre as demais crises do petróleo que se 
sucederam, os países em desenvolvimento se viram na obrigação de diversificar suas matrizes de 
produção de energia primária, a exemplo do Brasil. O preço do petróleo durante os anos de 1970 
determinou maiores esforços em termos de redução da dependência externa desse combustível, por 
exemplo, por meio da destinação de investimentos para exploração e produção nacional de óleo 
bruto e maior uso de hidroeletricidade. As iniciativas para substituir o petróleo importado mostram 
a relativa estabilidade de seu consumo durante a década de 80 e início da década de 90. Programas 
de substituição de combustíveis foram iniciados durante aquela época, como o Programa Nacional 
do Álcool (Proálcool6), com o objetivo de aumentar a produção doméstica de combustível como 
uma mercadoria estratégica. Esse programa de produção de energia no Brasil está em meio aos de 
maior sucesso e maior duração dentre aqueles que se iniciaram na década de 1970. Hoje, a matriz 
brasileira conta com uma expressiva participação de produtos derivados da cana-de-açúcar, a 
principal biomassa na produção de energia no país (ver evolução na Figura 1-2). 
 
Figura 1-2 – Evolução da matriz energética primária do Brasil 
Fonte: EPE/MME (2012) 
A escalada do preço do petróleo, em 2008, tornou a situação energética de alguns países 
importadores bastante vulnerável e a volatilidade desses preços indica que a maior diversificação 
da matriz energética deve ser um fator importante da estratégia dos países. No Brasil, que havia 
sofrido impactos significativos na década de 1970 com a sua dependência do petróleo importado, 
não se observaram reflexos negativos em relação à segurança energética, uma vez que a importação 
de óleo bruto, em 2008, foi consideravelmente menor (em termos relativos) do que na década de 
1970 (Figura 1-3). 
 
5 Pode-se contabilizar cinco crises ou fases de preço do petróleo depois da Segunda Guerra Mundial: 1956 (após o 
presidente Gamal Nasser nacionalizar o canal de Suez); 1973 (países da OPEP aumentaram o preço do petróleo em 
mais de 300% em protesto ao apoio prestado pelos Estados Unidos a Israel durante a guerra do Yom Kippur); 1979 
(crise política no Irã e a consequente deposição do xá Reza Pahlevi); 1991 (guerra do Golfo); 2008 (os preços subiram 
mais de 100% entre janeiro e julho em virtude de movimentos especulativos em nível global). 
6 O Proálcool foi um programa financiado pelo governo brasileiro a partir de 1975 para substituição em larga escala 
dos combustíveis veiculares derivados de petróleo por álcool. 
http://pt.wikipedia.org/wiki/OPEP
http://pt.wikipedia.org/wiki/Israel
http://pt.wikipedia.org/wiki/Guerra_do_Golfo
16 Planejamento Integrado de Recursos Energéticos 
 
 
 
 
Figura 1-3 – Evolução da produção e do consumo de petróleo no Brasil (1970-2014) (mil m3) 
Fonte: EPE/MME (2015) 
Com base na Figura 1-2, pode-se dizer que o Brasil reduziu a participação da lenha e migrou 
para o petróleo e o gás natural em quatro décadas (1970 a 2010). Em relação às fontes renováveis, 
sua participação é significativa (46,4% em 2013), dada a crescente participação dos produtos da 
cana-de-açúcar nesse mesmo período. Já a partir de 2013, a participação da geração térmica é 
crescente devido a largo período de estiagem e aumento de consumo de eletricidade. 
Após a crise do petróleo da década de 1970, portanto, outras fontes de energia, até então não 
interessantes economicamente, passaram a ser consideradas no planejamento. Além disso, o 
conceito de segurança energética se tornou parte da política energética de diversos países. Em anos 
mais recentes, a energia eólica tem aumentado sua participação, assim como a energia solar 
fotovoltaica. 
1.2.2. A questão ambiental 
O crescimento rápido e mal planejado da produção e do consumo energético levam a impactos 
ambientais que podem, inclusive, comprometer o desenvolvimento econômico e social. O uso de 
energia, seja por meio de combustíveis fósseis ou nucleares, da exploração em grande escala da 
hidroeletricidade ou, ainda, de recursos de biomassa, provoca os mais severos impactos ambientais 
tanto em nações em desenvolvimento como naquelas industrializadas. Isso inclui poluição do ar, 
geração de lixo radioativo, sedimentação das bacias dos rios, desmatamento, erosão do solo etc. A 
crescente percepção ambiental tem oferecido importantes resistências ao desenvolvimento do uso 
de algumas fontes energéticas e, também, condicionado a liberação de empréstimos de órgãos 
multilaterais ou governamentais sob o aparato de legislações ambientais mais restritivas. 
No passado, as questões ambientais eram consideradas secundárias e acessórias à necessidade 
do contínuo crescimento econômico das nações. Recentemente, tanto impactos ambientais globais 
como locais têm sido identificados como uma restrição potencial ao desenvolvimento. Os avanços 
do conhecimento científico no que se refere às mudanças climáticas e sua relação com o aumento 
-60.000
-40.000
-20.000
0
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
140.000
1
9
70
1
9
72
1
9
74
1
9
76
1
9
78
1
9
80
1
9
82
1
9
84
1
9
86
1
9
88
1
9
90
1
9
92
1
9
94
1
9
96
1
9
98
2
0
002
0
02
2
0
04
2
0
06
2
0
08
2
0
10
2
0
12
2
0
14
PRODUÇÃO IMPORTAÇÃO
CONSUMO TOTAL EXPORTAÇÃO
Planejamento Integrado de Recursos Energéticos 17 
 
 
 
de emissões de gases de efeito estufa (na sua grande parte originárias das atividades de produção e 
uso de energia) vêm influindo de maneira significativa nas opções energéticas dos países. 
Nas últimas décadas, e de forma mais acentuada na primeira década do século XXI, a pressão 
da sociedade para o uso de energia limpa vem contribuindo para alterar o perfil da matriz energética 
mundial, ainda que lentamente. Os relatórios de organismos internacionais, como o Painel 
Intergovernamental sobre Mudanças do Clima (IPCC),que são periodicamente publicados, apontam 
os impactos sobre o clima provocados por usos de fontes energéticas poluentes, indicando a 
necessidade urgente de mitigação desses efeitos (IPCC 2014). As ações são diversas: aumento da 
eficiência energética das fontes atuais (poluentes e não poluentes), substituições das fontes 
poluentes por fontes alternativas menos poluentes, metas negociadas de emissão, mudança do perfil 
do consumidor etc. Pode-se afirmar, a despeito de eventuais controvérsias suscitadas contra esses 
relatórios, que o futuro será de energia limpa. No entanto, as fontes fósseis ainda permanecerão na 
matriz energética mundial por algumas décadas (ver evolução segundo a IEA na Figura 1-4). 
Para atingir as metas de redução programadas, sem mencionar aquelas necessárias para 
estabilizar a atmosfera, serão necessárias mudanças tecnológicas para diminuir a intensidade do uso 
de combustíveis fósseis na maioria dos sistemas energéticos e aumentar a eficiência no uso de 
combustíveis e eletricidade7. Os possíveis instrumentos políticos com os quais se estimulariam essas 
mudanças são muitos. Internacionalmente, a maioria das discussões se concentra nas várias formas 
de impostos sobre a emissão de carbono e, para algumas regiões, no balanço de emissões negociadas 
ou permitidas. Na esfera nacional, diversos países têm implementado regulamentações que 
restrinjam o consumo de energia e visem à uma maior eficiência energética, além de estimularem, 
por meio de mecanismos econômicos, investimentos que promovam um uso energético mais 
racional ou incentivem um maior fomento das fontes alternativas de geração de energia. 
 
 
Figura 1-4 – Previsão da matriz energética primária mundial em 2035 
Fonte: IEA (2010) 
Nota: Refere-se a um dos cenários da IEA, chamado de New Policies Scenario, que pressupõe a introdução de 
novas medidas, de forma relativamente moderada, para implementar os compromissos de política geral que já foram 
anunciados, incluindo aqueles para reduzir as emissões de gases de efeito estufa e, em certos países, os planos para 
eliminar gradualmente os subsídios à energia fóssil. 
 
 
7
 É importante lembrar que cerca de 30% das emissões globais de CO2 advém da operação de centrais termoelétricas. 
18 Planejamento Integrado de Recursos Energéticos 
 
 
 
A participação dos combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás natural) ainda será 
significativa em 2035, próxima de ¾ da matriz de energia primária mundial. Apesar do alto custo 
de produção em algumas regiões no mundo, dadas as circunstâncias adversas da ocorrência de 
formações geológicas onde se encontram esses recursos, não se discute que o petróleo e o carvão 
são fontes acessíveis, eficientes e relativamente baratas, embora poluentes. 
Os custos da geração de eletricidade a partir de fontes renováveis, notadamente a geração 
eólica e a solar fotovoltaica, vêm caindo constantemente e de modo significativo na última década, 
a ponto de já serem competitivos comercialmente em muitas regiões e em muitos países. 
1.2.3. A eficiência energética 
A possibilidade de oferecer um serviço que dependa de menos energia e a constatação de que 
o crescimento econômico não está necessariamente atrelado a um maior consumo energético 
colocaram em xeque os fundamentos do planejamento dominante até meados da década de 1970 
(Ockwell 2008). Outro reflexo da crise do petróleo desse período foi o reconhecimento da grande 
ineficiência dos veículos e equipamentos em operação, o que resultou na introdução de políticas de 
desenvolvimento tecnológico a fim de inserir no mercado produtos com menor consumo de energia, 
ou seja, mais eficientes. 
No entanto, talvez a mais convincente vantagem da eficiência energética, até hoje, é a de que 
ela é quase sempre mais econômica que a produção de energia. Não resta dúvida que, na maioria 
das vezes, investir em tecnologia eficiente para os vários usos finais requererá, também, maiores 
gastos de capital. Sistemas e equipamentos eficientes são geralmente mais caros que as tecnologias 
que eles substituem, salvo exceções. Entretanto, o custo de conservar 1 kWh é geralmente mais 
barato que a sua produção. Ainda, em muitas aplicações, o custo da eficiência é uma pequena fração 
dos custos da produção de energia. No entanto, tradicionalmente, esses custos são contabilizados 
por agentes diferentes, sendo ora debitados ao consumidor, ora à companhia de energia ou ao 
próprio governo. 
Podemos classificar em três categorias de Eficiência Energética (EE): EE do lado da oferta, 
ou seja, da indústria de produção de energia; EE do lado da demanda ou dos serviços de energia, 
ou, ainda, dos chamados usos finais de energia; e, finalmente, uma terceira categoria relacionada a 
comportamentos de consumidores, sejam eles indivíduos ou então instituições e corporações 
(Figura 1-5). 
O fluxo de energia, como será visto adiante, é permeado por uma série de tecnologias cuja 
função é converter diversas formas de energia nos serviços desejados, conforme mencionamos. A 
indústria de produção de energia é naturalmente estimulada a gerá-la de maneira mais eficiente 
porque assim terá mais lucros com a venda de seu produto. Grande parte dos esforços em pesquisa 
e desenvolvimento estão, justamente, buscando formas de se extrair e de produzir energia com 
menores perdas. 
O que chamamos de eficiência energética do lado da demanda ou dos serviços de energia é, 
ainda, a categoria que possui o maior potencial de eficiência energética. A dinâmica do mercado, a 
estratégia dos fornecedores de equipamentos e os altos custos de transação para substituir ou 
modificar as tecnologias em uso, têm oferecido entraves significativos para acelerar a introdução e 
a disseminação de novas tecnologias mais eficientes. Frequentemente é necessário recorrer a 
instrumentos regulatórios ou legislativos para possibilitar a comercialização de equipamentos mais 
eficientes. Incentivos financeiros acoplados a especificações técnicas que garantam o desempenho 
energético dentro de padrões cada vez menores de consumo têm sido utilizados para várias 
tecnologias de uso final, como motores, refrigeradores, lâmpadas e, inclusive, edificações. 
O usuário final é o terceiro elemento fundamental para um sistema energético eficiente. Além 
da contribuição importante das tecnologias de conversão energética e da infraestrutura que 
Planejamento Integrado de Recursos Energéticos 19 
 
 
 
estabelece padrões físicos de eficiência das duas categorias anteriores, o comportamento do 
consumidor (e das firmas e corporações) é essencial. Dele dependem decisões importantes como 
compra, instalação e operação e uso de equipamentos e processos que consomem energia. Seu 
padrão de consumo e estilo de vida determinam, em última análise, a produção, a distribuição e o 
consumo de energia de toda a cadeia de produção de bens e serviços de um país ou região. Acesso 
à informação, poder aquisitivo, cultura e preferências influem de maneira complexa nas interações 
dos consumidores com tecnologias e na demanda final de energia. 
 
Figura 1-5 – Tipos de eficiência energética 
Fonte: elaboração própria 
1.2.4. A dimensão humanada energia 
A energia pode ser vista pela sociedade de várias formas, dependendo do nível de decisão, 
influência e necessidades inerentes aos diferentes grupos sociais. Entender essas distintas 
percepções é relevante porque elas condicionam a maneira de se realizar o planejamento energético 
e como decisões serão tomadas com relação a fontes, tecnologias e usos finais. A energia pode ser 
tratada como uma mercadoria (commodity), uma necessidade social ou um recurso estratégico ou 
ecológico. À parte dos aspectos técnicos nos quais o conhecimento das leis físicas é necessário para 
se entender as diferentes formas de conversão de energia (Patterson 1996), a tomada de decisão 
energética é muito influenciada pelo modo como é compreendida pelos agentes que participam 
desse processo. 
Para melhor entender o que é o PIR, é importante estender o conceito técnico de energia, 
conforme bem observaram Stern e Aronson (1984), refletindo o aprendizado sobre os impactos dos 
preços de petróleo no comportamento dos consumidores, das corporações e das políticas públicas 
de energia desde a década de 1970. 
20 Planejamento Integrado de Recursos Energéticos 
 
 
 
A visão da energia como commodity aparece em alguns setores importantes da economia, 
como os representados por companhias energéticas e os grandes consumidores. São agentes que 
dependem da produção, da venda ou da compra de energia. Esse ponto de vista reflete uma gama 
de valores baseados no relacionamento comprador-preço-vendedor e exclui, em geral, outros 
aspectos não relacionados à transação comercial. Os grandes consumidores, tais como indústrias 
eletrointensivas, também compartilham desse enfoque. Esse tipo de visão é dominante naquelas 
empresas de energia que somente consideram as vendas de kWh ou barris de petróleo como fonte 
de receitas. No caso do setor elétrico essa é a filosofia que tem influenciado as iniciativas de 
expansão da oferta e os estímulos ao aumento do mercado de consumo. 
A visão ecológica surgiu nos anos de 1970, quando as crises do petróleo obrigaram alguns 
países industrializados a usarem mais carvão e energia nuclear como fontes de energia. Diversos 
acidentes levantaram a questão da segurança nuclear8, aumentando os cuidados e os investimentos 
nesse setor. Os conceitos de poluição ambiental, recursos renováveis e desenvolvimento sustentável 
têm sido introduzidos desde então e foram disseminados por grupos e organizações que se 
caracterizam por fortes pressões para manter o controle sobre a expansão de atividades do setor 
energético. Esses grupos, apesar de não participarem diretamente do mercado de energia comercial, 
seja como produtor ou consumidor, sofreram ou se tornaram sensíveis aos efeitos da instalação 
nuclear, das grandes instalações hidroelétricas e de combustíveis fósseis com maiores impactos 
ambientais e têm sido capazes de influenciar nas decisões político-energéticas. 
A energia também pode ser entendida como uma necessidade da sociedade moderna, uma vez 
que seus serviços são considerados tão básicos como a infraestrutura de provisão de água, 
saneamento, transportes, saúde pública etc. Em muitos países existem medidas para socializar seu 
uso, como, por exemplo, subsídios em combustíveis usados por grupos de baixa renda ou para 
programas de eletrificação rural. Há setores da sociedade e órgãos públicos que são caracterizados 
por desenvolver atividades para manter o acesso de certos grupos de consumidores a serviços 
modernos de energia. 
Por fim, o aspecto estratégico tem sido determinado de acordo com a localização geográfica 
de certas fontes energéticas e da orientação política atual. Ele tem feito muitos países investirem na 
exploração de fontes domésticas ou procurarem alternativas mais seguras, apesar de muitas vezes 
essas iniciativas envolverem altos custos iniciais. A energia se tornou uma questão de segurança 
nacional e tem contribuído decisivamente como justificativa de alguns países para a intervenção 
militar em regiões produtoras, o que se evidenciou na guerra do Golfo Pérsico em 1991 e em muitas 
outras. 
1.2.5. A necessidade de novo enfoque para o planejamento 
Os fatores supramencionados começaram a exigir que o suprimento das necessidades de 
energia da população fosse mais barato e com menor impacto ambiental. Nesse contexto, surge o 
chamado Planejamento Integrado de Recursos. O PIR, como será definido no item 1.5, é o 
desenvolvimento combinado da oferta de eletricidade e de opções de gerenciamento do lado da 
demanda para fornecer serviços de energia a custo mínimo, incluindo custos sociais e ambientais. 
Esse tipo de planejamento incorpora o esforço de se contabilizar o potencial de recursos em 
melhorias do uso de energia com o mesmo rigor empregado para se inventariar os recursos de oferta 
de energia. 
 
8 Dentre outros acidentes, os mais notórios ocorreram na usina de Three Mile Island em 1979 (Harrisburg, Pensilvânia), 
na usina de Chernobyl em 1986 (maior da história até hoje, atingindo regiões da Bielo-Rússia, Ucrânia e Rússia) e na 
usina de Fukushima em 2011 (Japão). 
 
Planejamento Integrado de Recursos Energéticos 21 
 
 
 
P
IR
: in
te
g
ra
n
d
o
 a
s
 o
p
ç
õ
e
s
 d
e
 re
c
u
rs
o
s
 
S
u
s
te
n
ta
b
ili
d
a
d
e
 
A
s
p
e
c
to
s
 
in
s
ti
tu
c
io
n
a
is
 
D
e
s
e
n
v
o
lv
im
e
n
to
 
Embora a literatura existente sobre Gerenciamento do Lado da Demanda (GLD) e 
Planejamento Integrado de Recursos seja considerável, não existe material de ensino suficiente 
sobre essas questões ou de treinamento destinado ao público9. É esse o principal objetivo deste 
livro: apresentar métodos e ferramentas para o Planejamento Integrado de Recursos. Procura-se 
apresentar a metodologia de PIR e as principais ferramentas de análise de uso final de energia no 
contexto dos países em desenvolvimento. O livro é destinado a estudantes dos cursos de pós-
graduação em planejamento energético, reguladores do setor de energia, agentes públicos 
encarregados do planejamento setorial e também ao pessoal que trabalha em Companhias de 
Eletricidade (CEs). Este livro pode ainda ser utilizado por pessoas de companhias de fornecimento 
de energia em geral (que não a elétrica); é intenção oferecer-lhes uma forma a suplementar a 
avaliação da oferta de fontes energéticas, cujos usos finais não se deem na forma elétrica. Cada vez 
mais, uma parcela das fontes energéticas primárias, renováveis e não renováveis, concorre para que 
seu uso final se dê na sua forma mais nobre, a elétrica. Este livro traz exemplos realistas, exercícios 
e estudos de casos, promovendo a prática e procurando desenvolver no aluno a capacidade de 
apreciar e oferecer soluções de problemas relacionados com o planejamento energético em países 
em desenvolvimento. Alguns exercícios estão resolvidos e outros são deixados para que o leitor 
tente resolver. 
 
 
Figura 1-6 – Uma visão do Planejamento Integrado de Recursos 
Fonte: elaboração própria 
O avanço tecnológico está tornando mais difusa a separação entre oferta e demanda de 
energia. Por essa razão, incluímos, também, uma classe de tecnologias que chamamos de 
tecnologias de interface que possibilitam fluxos bidirecionais de energia, ou seja, o consumidor 
pode passar a ser um produtor de energia e pode vender sua geração para o sistema elétrico (Demand 
Response). No PIR essas possibilidades também devem ser avaliadas, são novos recursos 
energéticos que surgem e que devem ser considerados como opções. A Figura 1-6 ilustra esse 
conjunto de possibilidades tanto do lado da oferta, quanto do lado da demanda e das tecnologias de 
 
9 Cabe citar as referências disponíveis em português nos seguintes endereços: http://seeds.usp.br/pir/, 
http://seeds.usp.br/pir/pir/pir2.html, http://seeds.usp.br/portal/uploads/09-002.pdf.GLD,
Eficiência, 
"Demand 
Response" e 
conservação
Recursos de demanda
Substituição de 
energéticos, 
geração 
distribuída, 
mudança de 
padrões de 
consumo
Materiais
Armazenamento 
de energia
Tecnologias de interface
Família 
"smart"(redes, 
medição, 
equipamentos)
Combustíves
Eletricidade
Calor
Recursos de Oferta
Eficiência 
energética
http://seeds.usp.br/pir/
http://seeds.usp.br/pir/pir/pir2.html
http://seeds.usp.br/portal/uploads/09-002.pdf
22 Planejamento Integrado de Recursos Energéticos 
 
 
 
interface. É importante, também, considerar os aspectos institucionais e regulatórios que tornarão 
essas possibilidades técnicas economicamente viáveis, maximizando benefícios sociais. 
1.3. FUNDAMENTOS SOBRE ENERGIA E SISTEMA ENERGÉTICO 
Conceituar energia não é trivial. Nesta seção são apresentados alguns conceitos elementares 
sobre energia a partir de seus aspectos técnicos e dentro de um sistema energético, no qual energia 
é convertida continuamente de uma forma a outra. Para os objetivos deste capítulo inicial é adotada 
uma definição que faça menção ao conceito de desenvolvimento sustentável, sem transgredir o que 
é entendido formalmente pela Física: energia é a força motriz (ou trabalho) oriunda de fontes 
diversas e, quando aproveitada de forma consciente, promove o desenvolvimento humano dentro 
dos limites impostos pelo meio ambiente. 
1.3.1. As fontes de energia, vetores e usos 
O sistema energético compreende um conjunto de atividades que pode ser dividido em três 
níveis: 
• Produção e conversão de fontes em vetores energéticos; 
• Armazenamento e distribuição dos vetores; e 
• Consumo final. 
Cada nível inclui uma complexa rede de atividades com o objetivo de extrair energia das 
fontes encontradas na natureza e entregá-la ao ponto de consumo. Fontes de energia são as formas 
em que a energia é encontrada na natureza. As várias fontes são processadas e convertidas em 
vetores que, por sua vez, são armazenados ou distribuídos para os consumidores finais. Dependendo 
das atividades nos setores de consumo, a energia é usada para operar máquinas, motores, lâmpadas, 
transporte de bens e pessoas, com o objetivo de satisfazer as necessidades de força motriz, 
iluminação, cocção, climatização, entre outras. Essas diversas funções são chamadas usos finais 
energéticos ou serviços de energia. A Tabela 1-1 exemplifica os componentes de um sistema 
energético. 
Tabela 1-1 – Sistema energético: exemplo 
Fontes Petróleo Carvão Gás Solar Biomassa 
Extração, 
tratamento 
poço de petróleo mina de carvão poço de gás – agricultura 
Conversão, 
tecnologia 
refinaria termoelétrica processamento 
célula 
voltaica 
– 
Vetores 
gasolina, diesel, óleo 
combustível etc. 
eletricidade 
metano, etano, 
GLP etc. 
eletricidade 
etanol, metanol 
etc. 
Distribuição e 
armazenamento 
distribuição de 
derivados 
rede elétrica 
gasodutos, 
rede de gás 
rede elétrica, 
uso local 
caminhões, 
dutos 
Consumo final automóveis ar-condicionado fogão a gás 
lâmpadas 
fluorescentes 
automóveis 
Serviços de 
energia 
transporte 
qualidade do ar, 
conforto térmico 
cocção iluminação transporte 
1.3.2. Recursos energéticos primários e secundários 
O recurso primário, subdividido em renovável e não renovável, é a energia encontrada na 
natureza ainda não submetida a qualquer processo de conversão ou transformação. O conceito de 
Planejamento Integrado de Recursos Energéticos 23 
 
 
 
recurso primário é usado especialmente em análise de dados estatísticos na composição do balanço 
de energia. São exemplos de recurso primário: combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás), 
biomassas, energia geotérmica, energia de ondas e marés, energia hidráulica, energia solar, eólica 
e energia nuclear10. O recurso secundário, de consumo mais conveniente, provém do recurso 
primário por processo de conversão ou transformação (refinarias, destilarias de álcool, usinas de 
produção de eletricidade etc.). Os exemplos de recursos secundários mais comuns para efeito de 
balanço são: energia elétrica, combustíveis refinados ou sintéticos e o calor. No contexto da Física, 
a energia se manifesta nas mais variadas formas: energia química, magnética e em forma de radiação 
eletromagnética, térmica, sonora, energia mecânica, potencial, cinética, energia em forma de luz 
etc. 
A classificação das fontes energéticas como renováveis ou não renováveis pode ser discutível. 
A princípio, nenhuma fonte pode ser considerada absolutamente inesgotável. Todavia, fontes de 
energia são consideradas renováveis se seu uso pela humanidade não causa uma variação 
significativa nos seus potenciais e se suas reposições em curto prazo são relativamente certas. Por 
exemplo, a energia solar é considerada renovável, embora ela seja originada de reações de fusão 
nuclear que, por sua vez, são irreversíveis. Como exemplo, a Tabela 1-2 apresenta as fontes 
energéticas classificadas em recursos primários e secundários renováveis e não renováveis. 
Tabela 1-2 – Classificações de fontes de energia – exemplos 
Fonte Renovável Não renovável 
Recurso primário Hidráulica, biomassas, solar, 
eólica etc. 
Carvão, petróleo, gás natural, urânio etc. 
Recurso secundário Hidroeletricidade, biogás, vegetal 
etc. 
Gasolina, óleo diesel, termoeletricidade 
etc. 
 
De maneira análoga, fontes de energia são consideradas não renováveis se suas reposições 
naturais levarem muitos séculos ou milênios sob condições muito particulares, tais como para o 
petróleo, e sua reposição artificial é absolutamente impraticável, envolvendo processos com gastos 
de energia igual ou maior que a quantidade de energia obtida ou com custos proibitivos (ver Tabela 
1-2). 
 
Figura 1-7 – Fluxo de energia 
Fonte: elaboração própria 
 
 
10
 Alguns combustíveis nucleares (plutônio, por exemplo) não são encontrados na natureza em qualquer quantidade, 
portanto são considerados energias secundárias. 
24 Planejamento Integrado de Recursos Energéticos 
 
 
 
A energia final inclui algumas formas de recursos primários e secundários que estão 
disponíveis para o consumidor, descontando perdas da produção, armazenamento e distribuição. 
Esse recurso é convertido em energia útil no ponto do uso final. Energia útil é a energia realmente 
demandada pelo consumidor, como calor, luz ou movimento mecânico. A quantidade de energia 
útil aproveitada de uma dada quantidade de energia final depende da eficiência da tecnologia do 
uso final. 
A energia é transformada por meio de uma cadeia de eventos e de conversões. O recurso 
primário existe na forma natural, por exemplo, de um combustível fóssil que é extraído de um 
depósito sedimentar. Depois de uma série de transformações, a energia se torna disponível para o 
consumidor, que a converte em formas úteis que são os serviços de energia (ver Figura 1-7). 
1.3.3. Eficiência dos sistemas de conversão 
Durante toda a sequência de transformações energéticas representadas na Figura 1-7 existem 
perdas, cabendo ao planejador a tarefa de idealizar um sistema que procure reduzi-las de maneira 
economicamente atraente e ambientalmente mais segura. Entende-se por eficiência de um sistema 
de conversão energética (seja eólico, solar ou de uma termoelétrica qualquer) a razão entre a energia 
investida (potência máxima teórica do recurso energético) e a produzida: 
 (1.1) 
Onde S representa a eficiência do sistema de conversão, sendo que 0<S<1. É comum 
definir uma taxa de retorno energético11. A TRE é definida como a razão entre a energia disponível 
em uma determinada fonte para aproveitamento em um sistema de conversão e a energia investida 
para obtê-la: 
 (1.2) 
Se TRE<1, diz-se que o método de exploração para obtenção dessa fonte é o do tipo 
sumidouro. Nesse caso, não há ganho de energia. O ganho líquido de energia Enet está relacionado 
com a taxa de retorno energético conformea Eq. (1.3) a seguir: 
 (1.3) 
A eficiência de um sistema de conversão, além do índice S, pode ser avaliada também pela 
TRE, que, quanto maior, indica que mais eficiente ou mais tecnológico é o sistema. Já as máquinas 
térmicas (unidades de um sistema) são avaliadas pelo que elas podem fornecer em termos de 
trabalho a partir do uso do calor. O rendimento de uma máquina térmica é dado por: 
 (1.4) 
Onde Qdisponível é a energia disponível e W é o trabalho obtido com a energia útil. Em todo 
sistema térmico parte do calor é utilizada em forma de trabalho (energia útil) e parte é dissipada, 
portanto W=Qdisponível–Qdissipada. Assim, o rendimento de uma máquina térmica é: 
 
11Taxa de Retorno Energético (TRE). O termo em inglês é conhecido como Energy Returned On Energy Invested 
(EROEI). 
produzida
investida
E
E
S =
investida
conversão para disponível
TRE
E
E
=
investidanetconversão para disponível
investida
investidanetTRE EEE
E
EE
+=
+
=
disponívelQ
W
T =
Planejamento Integrado de Recursos Energéticos 25 
 
 
 
 (1.5) 
Logo, quanto menos a energia em forma de calor é dissipada, maior é o rendimento da 
máquina térmica. 
As máquinas térmicas e outros dispositivos que funcionam por ciclos utilizam normalmente 
um fluido para receber e ceder calor. Esse fluido é denominado fluido de trabalho, o qual recebe 
calor de uma fonte quente a uma determina temperatura Tq (reator nuclear, queima de combustíveis, 
energia solar, energia geotérmica etc.) e rejeita calor não utlizado para um reservatório ou fonte fria, 
a uma temperatura Tf. Segundo o Físico francês Nicolas Carnot
12, uma máquina térmica tem 
rendimento máximo conforme a Eq. (1.6) a seguir: 
 (1.6) 
O rendimento segundo o ciclo de Carnot é teórico, pois se baseia em transformações (duas 
isotérmicas e duas adiabáticas) perfeitamente reversíveis, o que na prática é impossível. No entanto, 
é útil para avaliar o quão próximo o rendimento de uma máquina térmica real está de uma máquina 
teórica ou perfeita. Em outras palavras, a energia dissipada de qualquer máquina térmica é sempre 
maior que a mínima teórica. 
1.3.4. Energia útil 
A energia útil, como já mencionada, é aquela que chega até o consumidor promovendo algum 
tipo de serviço. Serviços de energia incluem, por exemplo, iluminação, conforto térmico, 
refrigeração de alimentos, transporte, manufatura de produto etc. Geralmente se discute a eficiência 
do uso final energético com atenção à conversão de energia final para energia útil realizada em um 
determinado equipamento. Esse conceito, na verdade, é mais abrangente. Por exemplo, um ar-
condicionado eficiente pode reduzir a demanda de eletricidade de um prédio comercial, mas uma 
construção bem projetada poderia promover o mesmo serviço de energia (conforto térmico) sem o 
ar-condicionado. A Figura 1-8 é um exemplo que ilustra o efeito das melhorias na eficiência do uso 
final reduzindo os requisitos de entrada energética enquanto mantém o mesmo nível de saída de 
serviço para o caso de um motor elétrico (força motriz). 
Melhorias técnicas, nos processos e equipamentos, podem aumentar a eficiência de um 
sistema típico de motor bomba de 31% (ver Figura 1-8) para 70%. Só a introdução de um 
controlador eletrônico de velocidade já produz efeitos na eficiência dos outros componentes. Seja 
qual for a configuração de um sistema para fornecer um serviço de energia, a introdução de 
melhorias pode reduzir substancialmente o consumo de energia na entrada do sistema e, com isso, 
diminuir consideravelmente os custos com energia, além de cobrir o investimento realizado com as 
melhorias técnicas. 
 
12
 Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796 a 1832). Físico, matemático e engenheiro. Autor do primeiro modelo teórico 
sobre máquinas térmicas (ciclo de Carnot). Também apresentou os fundamentos da segunda lei da termodinâmica. 
disponível
dissipada
disponível
dissipadadisponível
1
Q
Q
Q
QQ
T −=
−
=
disponível
mín
dissipada
onde1
Q
Q
T
T
T
T
q
f
q
f
Tmáx =−=
26 Planejamento Integrado de Recursos Energéticos 
 
 
 
 
Figura 1-8 – Eficiência do uso final 
Fonte: a partir de Lovins, Fickett e Gellings (1990) 
A Tabela 1-3 apresenta exemplos de eficiência energética em sistemas ou serviços de energia. 
Tabela 1-3 – Exemplos de eficiência de conversão da energia final para energia útil 
Sistema 
Eficiência 
energética,  
Sistema 
Eficiência 
energética,  
Motor a combustão interna 10-50% Turbina a gás até 40% 
Ciclo combinado de turbina a 
gás e turbina a vapor 
até 60% Turbina d’água até 90% 
Turbina eólica até 60% Célula solar 
6 a 40% (depende da 
tecnologia) 
Célula combustível até 85% Motor elétrico 
30-60% (<10W); 
50-90% (10-200W); 
70-99% (>200W) 
Lâmpada fluorescente 28% 
Lâmpada de vapor de 
sódio 
40% 
Lâmpada incandescente 5-10% Eletrólise da água 50-70% 
1.3.5. Contabilidade energética 
 Balanço de energia e matriz energética 
Um balanço de energia é um sistema de contabilidade que descreve o fluxo de energia por 
meio de uma economia durante um dado período, geralmente um ano. Esse conjunto de informações 
é atualmente a mais completa fonte disponível de estatísticas de energia oficiais sobre produção, 
conversão e consumo, assim como importação e exportação de vetores de energia. O principal 
objetivo de um balanço energético é prover informação para o planejamento de investimentos nos 
diferentes setores do sistema econômico. Ele também deve indicar onde realizar investimentos em 
pesquisa e desenvolvimento para tecnologias de geração e uso mais eficientes. 
 
Motor 90% 
Planejamento Integrado de Recursos Energéticos 27 
 
 
 
O balanço energético pode ser feito por meio de uma matriz, também chamada de matriz 
energética13, na qual todas as formas de energia, suas conversões, perdas e usos em um dado período 
são registradas em uma mesma unidade de medida. Um balanço energético pode ser apresentado de 
diversas formas, cada uma com suas próprias convenções e proposições. A forma mais comum 
inclui colunas com quantidades de fontes ou vetores de energia usados e linhas com dados sobre as 
transformações energéticas e os setores consumidores. No Brasil, a EPE14 é a empresa subordinada 
ao Ministério de Minas e Energia responsável por emitir o balanço energético do país, além de 
prestar serviços na área de estudos e pesquisas destinadas a subsidiar o planejamento do setor 
energético brasileiro. 
A Tabela 1-4 a seguir indica parte de um balanço energético primário do Brasil no ano de 
2010 publicado pela EPE. 
Tabela 1-4 – Balanço energético - exemplo 
(×103 TEP) Petróleo Gás 
natural 
Produtos da 
cana 
Energia 
primária total 
Produção, P 106.439 22.771 48.852 253.554 
Importação, I 17.496 11.130 0 42.078 
Variação de estoques, Vs 959 0 0 2.329 
Oferta total, (P+I+Vs) 124.894 33.900 48.852 297.959 
Exportação, X –32.614 0 0 –32.614 
Perdas na produção, Pprod 0 –6.185 0 –6.185 
Oferta interna bruta 92.280 27.716 48.852 259.161 
Total de transformação, L –92.304 –10.409 –17.422 –183.681 
Refinarias de petróleo –92.304 0 0 –94.279 
Plantas de gás natural 0 –2.860 0 –1.139 
Centrais elétricas 0 –7.294 –2.716 –49.791 
Destilarias 0 0 –14.706 –14.706 
Demais transformações 0 –254 0 –23.766 
Perdas na conversão e na 
distribuição, Pconv 0 –65 –439 –534 
Consumo final não 
energético 0 736 0 736 
Consumo final energético 0 16.532 30.991 74.258 
Setor energético 0 5.007 13.171 18.183 
Residencial 0 255 0 7.531 
Comercial e público 0 262 0 351 
Agropecuário 0 2 0 2.525 
Transporte 0 1.767 0 1.767 
Indústria 0 9.239 17.821 43.902 
Ajustes 24 27 0 49 
 
O nome "balanço" se refere ao fato de que as quantidades do recurso energético primário 
produzidas devem ser necessariamente iguais às quantidades consumidas, depois de contabilizadas 
por mudanças nos