ENERGIA E PANORAMA ENERGÉTICO

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1.1
ENERGIA E PANORAMA ENERGÉTICO
JOSÉ ROBERTO SIMÕES MOREIRA
Laboratório de Sistemas Energéticos Alternativos (SISEA)
Departamento de Engenharia Mecânica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP)
JOSÉ AQUILES BAESSO GRIMONI
Departamento de Engenharia de Energia e Automação Elétricas da Escola Politécnica da USP
MARCELO DA SILVA ROCHA
Centro de Engenharia Nuclear (CEN)
Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN-CEN/SP)
O Sol e as fontes de energia
O Sol é a principal fonte de energia de todo o planeta, seja no fornecimento de energia para a realização de todos os
processos climáticos naturais, seja como fonte de calor e luz para os vegetais e os animais e para o homem nas suas
próprias atividades. Em última análise, o Sol é a fonte primária de energia, uma vez que praticamente todas as fontes
de energia necessárias à sobrevivência do homem, tais como alimentos (vegetais ou animais), calor e luz, além de
promover o ciclo da água como elemento fundamental aos seres vivos, são supridas de alguma forma pela energia
solar.
A energia solar é o maior recurso energético de que a humanidade dispõe. De forma intrigante, a energia
proveniente do Sol é gerada a partir do fenômeno de fusão nuclear nas suas camadas mais internas.
A Figura 1.1 mostra de forma esquemática a estrutura solar. Em sua camada mais interna, o núcleo, ocorre a
fusão nuclear. A energia resultante da fusão, na forma de radiação de fótons, é transferida para a chamada zona de
convecção intermediária. A energia na forma de calor por convecção, em seguida, é transferida para a superfície. A
convecção é o fluxo de calor através de um fluido, nesse caso, o plasma. A convecção ocorre basicamente de duas
maneiras: por interação aleatória de partículas de alta energia (movimento browniano) e pelo fluxo de correntes
aquecidas do plasma. Após atingir a superfície do Sol a energia é transmitida principalmente por radiação (fótons) e
vento solar (partículas) para o resto da heliosfera. Um grande número de neutrinos também é liberado pelo processo
de fusão. No entanto, os neutrinos raramente interagem com a matéria. Centenas de bilhões de neutrinos atingem a
Terra a cada segundo, sem que possamos perceber ou nos fazer mal. Os neutrinos solares atravessam completamente
a Terra e há uma chance em mil bilhões de serem parados por outra partícula. No entanto, usando-se milhares de
litros de fluidos especiais e dispositivos de detecção muito delicados, neutrinos foram detectados e medidos. Essa
técnica experimental foi utilizada para verificar a teoria da fusão nuclear como o motor de energia no núcleo de
nosso Sol e de outras estrelas.
1.1.1
Figura 1.1 Estrutura interna e da superfície do Sol.
A densidade média de energia proveniente do Sol fora da atmosfera da Terra é conhecida como constante solar,
tendo sido medida de várias formas, e seu valor médio é de 1353 W/m2. Essa densidade média de energia está
disponível constantemente no lado claro da Terra durante todo o ano, gerando um fluxo anual de energia térmica da
ordem de 11,86 MWh/m2.
Desde tempos remotos a humanidade faz uso da energia solar para as realizações de suas atividades.
Historicamente, tem-se notícia do uso da energia solar desde o século VII a.C., quando elementos vitrificados foram
utilizados como concentradores para a produção de fogo; em 640 a.C., foi acesa a chama eterna na Grécia por meio
da concentração dos raios solares; em 1769, 160 °C foram produzidos com efeito estufa na França; em 1878, uma
prensa foi acionada por uma máquina a vapor de fonte solar; em 1913, uma bomba de irrigação foi acionada com
captadores solares planos, no Egito; em 1931, as células fotovoltaicas foram inventadas nos EUA; em 1951, 50 mil
aquecedores solares já estavam em funcionamento em Miami, EUA; em 1955, um terminal de comunicações
terrestres foi acionado por energia solar fotovoltaica nos EUA; em 1957, satélites espaciais já operavam com
geração solar fotovoltaica; em 1968, um forno solar de até 3500 °C foi projetado e operado na França; em 1981,
uma central elétrica solar fotovoltaica de 250 kW já estava em operação nos EUA; em 1999 a capacidade instalada
de energia solar fotovoltaica no mundo todo já ultrapassava 1000 MW. Esse histórico mostra de forma resumida a
linha de tempo da utilização da energia solar pelo homem e nos dá uma noção do ritmo no qual a capacidade de
utilização da energia proveniente do Sol vem sendo incrementada.
Em termos de sociedade humana, o Sol foi considerado como um deus por muitos povos, dado o seu caráter
provedor de energia, luz e, em última análise, sustentador da própria vida terrena. De forma impressionante, nos dias
atuais, ainda há reminiscências de hinos de louvor ao “deus sol” que ecoam em templos pelo planeta. Não obstante
essa obsessão pelo astro-rei, a revelação bíblica sempre o colocou em sua devida posição, juntamente com os outros
astros, como elemento resultante do ato da criação e, portanto, jamais podendo ser considerado objeto de adoração
(Deut. 4:14).
Formas de energia
O conceito científico de energia é de difícil entendimento, por se tratar de uma grandeza física proveniente do inter-
relacionamento entre dois sistemas físicos. A origem da palavra energia provém do grego, e seu significado está
associado com a capacidade de realização do trabalho. Dentre as diversas formas em que se apresenta na natureza,
a energia pode ser transformada de uma forma em outra por meio dos chamados processos de conversão de energia.
Entretanto, não obstante seu caráter multiforme, a energia total de um sistema permanece inalterada, como ditado
pela Primeira Lei da Termodinâmica, objeto do Capítulo 2.
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As principais formas de energias são:
Energia solar: a energia solar é uma das fontes de energia renováveis e inesgotáveis. Proveniente das radiações
eletromagnéticas emitidas pelo Sol, na forma de calor e luz. A energia solar pode ser convertida diretamente
para o aquecimento da água, por intermédio dos coletores solares de baixa e alta eficiência (energia solar
térmica), como ilustrado à esquerda da Figura 1.2, ou pode ser diretamente transformada em energia elétrica por
intermédio de dispositivos de conversão de energia solar, tais como os painéis fotovoltaicos (Figura 1.2 – à
direita). Futuramente, a energia solar representará uma parcela considerável da matriz energética em todo o
mundo. Dada a importância da energia solar dentre as energias renováveis, dois Capítulos (9 e 10) são dedicados
a esta forma de energia.
Figura 1.2 Exemplos de aplicações de energia solar: aquecimento de água e produção de energia elétrica por meio de painéis
fotovoltaicos.
Figura 1.3 Exemplo de turbinas eólicas para geração de energia elétrica. À esquerda, turbina eólica de eixo horizontal e, à
direita, turbina eólica de eixo vertical.
Energia eólica: a movimentação do ar atmosférico ou do vento provém do efeito da energia solar na atmosfera
terrestre, sendo resultado do aquecimento desigual da atmosfera pelo Sol, das irregularidades da superfície e da
rotação da Terra. Os padrões de fluxo de ar e suas velocidades variam muito entre as regiões da superfície
terrestre e são modificados pelos oceanos, pela vegetação e pelo relevo da crosta terrestre. Desde tempos
remotos a humanidade utiliza a energia associada ao vento, ou energia de movimento, para diversos propósitos,
como movimentar embarcações (vela), empinar pipas, bombear água, mover moinhos e também para gerar
eletricidade.
 O termo energia eólica descreve o processo pelo qual o vento é usado para gerar energia mecânica ou elétrica.
O vento gira as pás da turbina eólica, que giram um eixo que se liga a um gerador que gera a eletricidade. As
turbinas eólicas são as máquinas mecânicas que convertem a energia cinética do vento em energia mecânica e
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em energia elétrica.
 As turbinas eólicas modernas podem ser classificadas em dois grupos básicos: as de eixo horizontal e as de
eixo vertical. Podem ser construídas na terra ou no mar, com capacidade de geração elétrica de alguns quilowatts
a dezenas de megawatts. A Figura 1.3 mostra exemplos de turbinas eólicas de eixos horizontal e vertical.
 As turbinas eólicas maiores são mais eficientes e são agrupadas em parques eólicos que fornecem grandes
quantidades de energia para o sistema elétrico. Nos últimos anos, houve um aumento significativo em
instalações de energia eólica offshore, em função do grande potencial que essas regiões oferecem. As turbinas de
pequeno porte são usadas para residências, telecomunicações ou bombeamento de água. Podem ser utilizadas
em um sistema híbrido, ou seja, associadas a outras formas de energia renovável, como solar fotovoltaica, e
também com termogeração a diesel ou gás natural em redes elétricas locais de pequeno porte (Burton et al.,
2001). O assunto é tratado no Capítulo 8.
Energia atômica ou nuclear: fundamental para os processos de conversão energética no Universo. No interior do
Sol, por exemplo, a energia nuclear é resultado da fusão de átomos leves, como o hidrogênio, que libera grandes
quantidades de energia. A fusão nuclear é um processo de grandes possibilidades para uso comercial, porém, até
hoje, tem-se mostrado de difícil controle, e seu uso vem se restringindo à construção de bombas de hidrogênio.
A energia atômica também pode resultar da fissão de átomos pesados, como urânio, tório e plutônio, por meio
da liberação de energia derivada da transformação de massa no processo. Apesar de não ser tão intensa quanto
no processo de fusão, a liberação de energia no processo de fissão também é alta, e, por ser mais fácil de ser
controlada, seu uso se difundiu na última metade do século passado, resultando na construção de diversos ciclos
térmicos de potência para a geração de energia elétrica, além de mover ciclos térmicos de acionamento de navios
e submarinos (Bodansky, 2004). A fotografia de uma usina nuclear é mostrada na Figura 1.4.
Energia química: é a energia acumulada nas ligações químicas entre os átomos das moléculas. O aproveitamento
se dá quando as ligações existentes nas moléculas dos reagentes possuem mais energia do que as ligações
existentes nas moléculas dos produtos resultantes de uma dada reação, daí a liberação de energia. As principais
fontes de energia química são os hidrocarbonetos provenientes do refino do petróleo, como os óleos
combustíveis, a gasolina, o gás liquefeito de petróleo, além do gás natural. Além dessas, existem também a
lenha, o etanol, o carvão mineral, o carvão vegetal, a biomassa, o biogás e o hidrogênio, em que se observam
processos que envolvem a transformação da energia química das moléculas em energia elétrica ou outra forma
de energia mecânica útil. Suas maiores aplicações estão ligadas aos processos de combustão em motores de
combustão interna, turbinas a gás, caldeiras e fornos. A análise dos processos de combustão e dos combustíveis
é objeto do Capítulo 4. A energia química presente na biomassa e as técnicas relativas ao seu uso são tratadas no
Capítulo 11. Dada a importância que o hidrogênio vai desempenhar em futuro próximo, um capítulo inteiro é
dedicado à chamada “economia do hidrogênio” (Capítulo 14). A Figura 1.5 mostra a fotografia de chamas
resultantes das reações químicas de combustão com liberação de energia das ligações moleculares na forma de
calor, tal como ocorre em um queimador.
Figura 1.4 Vista de uma usina nuclear.
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Figura 1.5 Chamas resultantes das reações químicas de combustão com liberação de energia das ligações moleculares do
combustível na forma de calor.
 Existem na atualidade perspectivas promissoras quanto à utilização de técnicas de conversão direta, aplicadas
às “células de combustível”, que produzem diretamente energia elétrica a partir da reação de combustíveis, com
alta eficiência, por meio de reações isotérmicas, a temperaturas relativamente baixas.
Energia elétrica: a energia elétrica é normalmente associada à circulação de cargas elétricas através de um
campo de potencial elétrico, apesar de ser igualmente correto considerar sua presença em cargas estacionárias,
como nos capacitores elétricos ou em nuvens eletricamente carregadas. A potência elétrica pode ser medida pelo
produto da tensão pela corrente. A energia elétrica é utilizada para os mais variados fins, e pode-se dizer que,
hoje em dia, ela é um dos pilares mais importantes da sociedade. Iluminação, uso de eletrodomésticos, ar
condicionado, acionamento industrial e muitos outros dependem hoje da energia elétrica. Por isso, a maioria dos
processos de conversão de energia tem como finalidade a sua produção. A energia elétrica é nobre no sentido de
ser transformada em processos a partir de outras formas de energia, podendo ser disponibilizada diretamente ao
consumidor de forma fácil e segura por meio das linhas de distribuição. O Capítulo 5 é dedicado às máquinas
elétricas de transformação de energia. As principais formas de geração de energia elétrica são as usinas
hidrelétricas, termelétricas e nucleares e, mais recentemente, os geradores eólicos, os painéis solares
fotovoltaicos e as células de combustível. Não é possível conceber uma sociedade moderna sem o uso da energia
elétrica. A maior dificuldade de sua produção em forma isolada, ou geração distribuída (Capítulo 7) é seu
armazenamento, conforme discutido no Capítulo 6. Na Figura 1.6 estão indicadas formas de geração de energia
elétrica. A energia eólica é tratada no Capítulo 8.
Energia térmica: pode apresentar-se nas formas de radiação térmica (radiação solar) ou energia interna. Como
mencionado, o calor corresponde a um fenômeno apenas observável na fronteira entre sistemas onde exista uma
diferença de temperaturas. Vale ressaltar que um fluxo de calor pode resultar tanto de uma variação interna de
energia quanto de outra forma energética. A energia interna corresponde à capacidade de promover mudanças,
associada à agitação térmica de um dado material, que pode ser medida por sua temperatura. A transferência
dessa energia interna de um corpo para outro se dá pelos processos de condução, convecção ou radiação térmica.
Ainda, na categoria da energia térmica, pode-se citar a energia geotérmica, que consiste no aproveitamento do
calor do vapor naturalmente existente nos fluxos subsuperficiais que ocorrem em regiões de formações
geológicas vulcânicas. A produção de vapor para geração de energia termelétrica também é uma das formas
mais comuns de produção de energia hoje em dia e, como exemplo, temos as usinas termelétricas nucleares, a
gás, a carvão e a biomassa. A Figura 1.7 mostra uma usina de geração termelétrica.
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Figura 1.6 Exemplos de energia elétrica por meio de geradores eólicos e fotovoltaicos, e de hidrelétricas.
Figura 1.7 Fotografia de uma central termelétrica.
Energia mecânica: a energia mecânica pode ser encontrada nas formas potencial e cinética, além da forma de
eixo girante, como nos eixos de motores. A energia potencial refere-se, basicamente, a forças estáticas e pode
ser potencial elástica, acumulada em molas ou em gases comprimidos, ou gravitacional, o que depende da
posição de uma massa no campo gravitacional.A energia cinética é relacionada com a inércia de corpos em
movimento e depende da massa e da velocidade desses corpos. A energia mecânica, assim como a elétrica,
apresenta diversas aplicações, desde usos antigos, como em moinhos, rodas de água e tração animal, até nos dias
de hoje, nos eixos de motores de combustão interna e geradores eólicos. Na categoria de energia mecânica pode-
se, ainda, incluir a energia das marés, energia das ondas do mar e também a energia hidráulica, transformada em
energia elétrica por intermédio de turbinas hidráulicas acopladas a geradores elétricos. Este assunto é tratado
com mais detalhes no Capítulo 13. Na Figura 1.8 ilustram-se dois equipamentos que produzem energia mecânica
de eixo.
Energia magnética: tipo de energia acumulada na forma de campos magnéticos (Figura 1.9a), que é utilizada de
modo prático no transporte e na transformação de energia elétrica em transformadores. A energia magnética é
comumente associada à energia mecânica de eixo, por exemplo, em motores e geradores elétricos. Uma
importante aplicação da energia magnética é o sistema de levitação e propulsão de trens de alta velocidade
(Figura 1.9b).
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Figura 1.8 Exemplos de aplicações de energia mecânica.
Figura 1.9 Exemplos de aplicações de energia magnética.
Todas essas formas de energia apresentadas não esgotam as possibilidades de se considerar a energia que existe
sempre que houver necessidade de promover uma mudança de estado. Assim, podem ser definidas, ainda, a energia
elástica à tensão superficial de um líquido, que se mostra na formação de bolhas de sabão; a energia difusiva
decorrente da diferença da concentração de gases, líquidos e sólidos solúveis; a energia de mudança de fase das
substâncias (energia latente) e diversas outras formas. É claro que, ao utilizar o recurso energético, devem-se
empregar critérios de eficiência de uso, como discutido nos Capítulos 12 e 15, critérios esses aliados a preocupações
ambientais (Capítulo 17), sob uma ótica de investimento (Capítulo 16) e de regulação (Capítulo 18).
No entanto, a quantidade de energia solar disponível na Terra é significativamente maior do que o total estimado
para os outros recursos energéticos, sejam os renováveis, sejam os de origem fóssil, incluindo-se o urânio físsil
(Muñiz et al., 2010; Bodansky, 2004).
Uma discussão mais ampla dos diversos tipos de energia será abordada nos capítulos subsequentes deste livro.
Na Tabela 1.1 estão apresentados os valores da energia disponível em processos reais, naturais ou tecnológicos,
em associação com o fenômeno físico ou químico considerado.
Tabela 1.1 Unidades de energia, trabalho e potência
Unidade Fator de conversão
1 J (joule) 107 ergs
1 W (watt) 1 J/s
1 HP 746 W
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1.2
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1 cal 4,18 J
1 kWh (quilowatt-hora) 3,6 × 1013 ergs = 3600 kJ
1 tep (tonelada equivalente de petróleo) 10.000 × 103 kcal ou 11.630 kWh
1 BTU (British Thermal Unit) 252 cal
1 kW ano/ano 0,753 tep/ano
Nas próximas seções são apresentados alguns conceitos normalmente usados para a análise do segmento
energético (balanço energético, matriz energética etc.) para poder avaliar a situação em diversos níveis (mundial,
regional e nacional) e seus respectivos futuros para, sobretudo, discutir o papel da energia em um desenvolvimento
sustentável, racional e eficiente.
Cadeias energéticas
Cadeia energética é a sequência do fluxo e das formas de energia desde a fonte ou produção (energia primária),
passando pela transformação (energia derivada), até a utilização final (energia final e energia útil), conforme
indicado pelo diagrama de blocos da Figura 1.10.
Cada etapa definida na estrutura do esquema da Figura 1.10 pode, por sua vez, ser dividida da seguinte forma:
Figura 1.10 Estrutura geral das cadeias energéticas.
Energia primária: corresponde às formas mais primárias de energia disponíveis. Como energia primária,
compreende-se: petróleo, gás natural, carvão mineral, carvão vegetal, urânio (U238), energia hidráulica,
biomassa, fontes geotérmicas, energia solar, eólica e potencial das ondas. A energia primária tem sua maior
parcela consumida ou transformada em refinarias, usinas de gás natural, coqueria, usinas hidrelétricas etc. A
energia secundária, na forma de óleo diesel, gasolina, gás hidrogênio, coque de carvão mineral, eletricidade,
entre outras, é resultado dessa transformação. Há também uma parcela de energia primária consumida
diretamente, como a lenha e o carvão, denominadas de consumo final. Uma parcela da energia secundária
também vai diretamente para o consumo final, e a outra é convertida em óleo combustível, eletricidade, nafta,
gás canalizado, entre outros. O consumo final se desagrega em energético e não energético, o primeiro
abrangendo o próprio setor energético, o residencial, o comercial, o público, o agropecuário, o do transporte
(rodoviário, ferroviário, aéreo e hidroviário) e o industrial (cimento, ferro-gusa e aço, ferroliga,
mineração/pelotização, não ferrosos, química, alimentos e bebidas, têxtil, papel e celulose, cerâmica e outras
indústrias).
Transformação: correspondem aos processos industriais de transformação das fontes primárias de energia, como
plantas de beneficiamento de petróleo, plantas de transformação de carvão mineral (coqueria) e vegetal
(carvoaria), plantas de geração de energia termelétrica (usinas termelétricas a carvão, óleo mineral, gás natural,
•
•
1.3
biomassa, nuclear, solar), plantas de transformação e beneficiamento de combustível nuclear e plantas de
geração de energia hidrelétrica, eólica e maré motriz.
Energia secundária: corresponde às fontes de energias derivadas do processamento das fontes de energia
primária. Como exemplos podem-se citar: óleo diesel, óleo combustível, gasolina, gás hidrogênio, gás liquefeito
de petróleo (GLP), nafta, querosene, gás proveniente de carvão mineral (gás de coqueria), coque de carvão
mineral, urânio enriquecido (pastilhas de combustível de reatores nucleares), eletricidade, carvão vegetal, álcool
etílico (anidro e hidratado) além de outras fontes. Nessa etapa ocorre o consumo final secundário.
Consumo final total: corresponde ao consumo final que, por sua vez, pode ser dividido em consumo final não
energético e consumo final energético.
Figura 1.11 Cadeia energética de diversas fontes de energia dos países não pertencentes à Organização para a Cooperação e o
Desenvolvimento Econômico (OCDE).
Cabe chamar a atenção para o fato de que entre o balanço de transformação e o balanço de consumo existem as
perdas de energia útil na distribuição e armazenagem de energia. Essas perdas aparecem sempre com sinal negativo
e correspondem àquela parcela da energia que fica no meio do caminho e não chega ao consumidor final.
É possível observar que o sentido do fluxo no balanço vai da energia primária para o consumo final total. Dessa
forma, qualquer operação que agregue energia a esse fluxo pela inserção de energia à cadeia energética é positiva, e
qualquer operação que retire energia desse fluxo é negativa. Na análise da cadeia energética, a importação tem sinal
positivo, enquanto a exportação tem sinal negativo; se a energia vai para o estoque, saindo do fluxo, possui sinal
negativo, se ela sai do estoque, indo para o fluxo, possui sinal positivo. A Figura 1.11 mostra uma cadeia energética
contendo a fonte de energia primária, os fluxos e o consumidor final.
Matriz energética mundial e brasileira
A matriz energética é o panorama de distribuição real de aproveitamento dos recursos energéticosdentro de um
país, de uma região ou do mundo. Sua determinação está diretamente vinculada ao balanço energético, e sua
aplicação consiste em estudos setoriais que têm por finalidade apresentar a evolução da demanda e da oferta de
energia de um país, região ou de todo o mundo.
A matriz energética é criada tendo como base o período de um ano e a análise de um cenário específico.
Projetada para determinado período, propõe como deve ser o desenvolvimento energético de uma região nesse
espaço de tempo. A construção da matriz é feita levando-se em consideração os diversos setores de produção,
industrial, residencial, agropecuário e de serviços do lado da demanda e, do lado da oferta, os centros de
transformação das principais fontes de energia.
Aqui será apresentado apenas um breve resumo da matriz energética brasileira. Para se ter uma matriz completa,
seria necessária uma obra inteira dedicada apenas a esse fim. Nas próximas seções são apresentadas, de forma
resumida, uma análise mais atual das matrizes energéticas mundial e brasileira.
1.3.1 Matriz energética mundial
Para compreender melhor os fundamentos da matriz energética, deve-se relacionar a análise com cenários que se
compõem por meio da matriz energética ao longo do tempo. Nesse sentido, podem ser tomados vários cenários para
se chegar a um resultado final (alto crescimento, baixo crescimento etc.), mas, no cenário escolhido, alguns fatores
devem ser considerados como mais importantes para se alcançarem níveis e mecanismos de desenvolvimento limpo
com foco na sustentabilidade.
É bom ressaltar que o traçado da matriz energética é resultado dos trabalhos do balanço energético consolidado,
o qual, nesse sentido, mostra as inter-relações entre a oferta, a transformação e o uso final de energia, cujo foco
principal é o planejamento energético. Assim, a matriz energética é o resultado dos fluxos energéticos das fontes
primárias e secundárias de energia, desde a produção até o consumo final. É importante destacar que a matriz
energética e um balanço energético consolidado são fundamentais na construção de cenários e de estratégias
energéticas como instrumento do desenvolvimento, ou seja, do planejamento energético em um contexto que
engloba aspectos energéticos, socioeconômicos e ambientais. A problemática energética engloba: estrutura da
demanda; conteúdo energético da produção; reservas naturais; recursos naturais energéticos; tecnologias de
exploração; importação e exportação de energéticos; produção de energia primária; produção dos centros de
transformação; consumo de energia pelos setores da sociedade; consumo de energia útil por setor e por fonte;
destino da energia útil por setor e por serviço; preços e tarifas do setor energético, e custos de produção, transporte e
armazenamento.
O gráfico da Figura 1.12 apresenta o consumo energético mundial, com a evolução da oferta e do consumo, de
1990 a 2040. Observando-o, é possível notar um aumento, tanto do consumo energético bastante acentuado dos
países não membros da Organização para a Cooperação e o Desenvolvimento Econômico (OCDE) como um
discreto consumo energético dos países-membros da Organização (IEA, 2013) no período de 1990 a 2010. O mesmo
comportamento foi projetado para o período de 2010 a 2040.
Figura 1.12 Consumo energético mundial de 1990 a 2040 (IEA, 2013).
Analisando-se a Figura 1.13 (IEA, 2013) — caso de referência —, percebe-se que os combustíveis fósseis
continuarão a fornecer a maior parte da energia utilizada no mundo. Embora os combustíveis líquidos —
principalmente os produtos de petróleo — continuem a ser a maior fonte de energia, sua participação no consumo
energético mundial tenderá a cair de 34 % em 2010 para 28 % em 2040, enquanto os preços do petróleo terão alta
mundial projetada, levando muitos usuários de energia a mudar dos combustíveis para as energias renováveis e
energia nuclear. No caso de referência, a parcela de energias renováveis tenderá a aumentar de 11 % em 2010 para
15 % em 2040, e a nuclear tenderá a crescer de 5 % para 7 %.
Figura 1.13 Consumo energético mundial por tipo de combustível de 1990 a 2040 (IEA, 2013).
A Figura 1.14 mostra a geração líquida mundial de eletricidade por tipo de combustível, de 2010 a 2040 (IEA,
2013).
Figura 1.14 Geração mundial de eletricidade por tipo de combustível, de 2010 a 2040 (IEA, 2013).
A geração líquida de eletricidade mundial tenderá a aumentar (IEA, 2013), passando de 20.200.000 milhões de
kWh em 2010 para cerca de 39,0 trilhões de kWh em 2040. Em geral, o crescimento da demanda de energia elétrica
nos países-membros da OCDE, nos quais os mercados de eletricidade estão bem estabelecidos e os padrões de
consumo são maduros, o aumento será mais lento que nos países não membros da OCDE, nos quais atualmente
muitas pessoas não têm acesso à eletricidade. A geração de eletricidade líquida total em países não membros da
OCDE aumenta em uma média de 3,1 % ao ano (no caso de referência), liderada pelos países da Ásia que não fazem
parte da OCDE (inclusive China e Índia), em que os aumentos anuais têm média de 3,6 % entre 2010 e 2040. Em
contraste, a geração líquida total nos países da OCDE crescerá em média 1,1 % ao ano até 2040.
Em muitas partes do mundo, as preocupações com a segurança do abastecimento de energia e as consequências
ambientais das emissões de gases efeito estufa têm estimulado a adoção de políticas governamentais que apoiam um
aumento previsto das fontes de energia renováveis. Como resultado, as fontes de energia renováveis apresentam um
1.3.2
•
•
crescimento mais rápido de geração de energia elétrica, de 2,8 % ao ano entre 2010 e 2040. Depois da geração
renovável, o gás natural e a energia nuclear serão as fontes de crescimento mais rápido. Embora o carvão tenda a
aumentar pouco sua participação na geração de eletricidade, continuará a ser a maior fonte de geração de energia
mundial até 2040. As perspectivas para o carvão, no entanto, podem ser alteradas substancialmente por quaisquer
futuras políticas nacionais ou acordos internacionais que visem a reduzir ou limitar o crescimento das emissões de
gases efeito estufa.
Grande parte do aumento previsto na produção de eletricidade renovável ainda será bastante influenciado pela
energia hidrelétrica, solar e eólica. A contribuição da energia eólica, em particular, tem crescido rapidamente nos
últimos dez anos, começando com 18 GW de capacidade instalada líquida ao final de 2000 para 183 GW ao final de
2010, uma tendência que continua para o futuro. Dos 5,4 trilhões de kWh de geração de energia renovável
adicionados ao longo do período de projeção, 2,8 trilhões de kWh (52 %) são atribuídos à energia hidrelétrica e 1,5
trilhão de kWh (28 %). A maior parte do crescimento da geração hidrelétrica (82 %) ocorre nos países não membros
da OCDE, e mais da metade do crescimento da geração de energia eólica (52 %) ocorre nos países-membros da
OCDE. Os elevados custos de construção podem tornar o custo total de construção e operação de geradores de
energias renováveis mais elevado que o custo das plantas convencionais. A intermitência das energias eólica e solar,
em particular, pode dificultar ainda mais a competitividade econômica desses recursos, pois não estão
necessariamente disponíveis quando seriam de maior valor para o sistema. No entanto, a melhoria da tecnologia de
armazenamento de bateria e dispersão de vento e instalações de geração de energia solar em áreas geográficas
extensas poderia ajudar a mitigar alguns dos problemas associados com a intermitência no período de projeção.
Esses tipos de observações, de caráter global e qualitativo, podem nos fornecer várias informações que, em
geral, vão além do âmbito da energia, pois o setor energético é básico, afetando todos os demais.
Logo, o estudo da Matriz Energética é um instrumento importante no planejamento do desenvolvimento e, por
conseguinte, para as pretensões do desenvolvimento sustentável. No caso da sustentabilidade, é relevante observar,
por exemplo, a participação das fontesrenováveis. Esse planejamento deveria ser mundial.
Matriz energética brasileira
Segundo o relatório final do Balanço Energético Nacional de 2014 (MME/EPE, 2014), o Brasil dispõe de uma
matriz elétrica de origem predominantemente renovável, sendo que 64,9 % da oferta interna correspondem à
geração hidráulica e 79,3 % da oferta interna de eletricidade correspondem às fontes renováveis. Do lado do
consumo, o setor residencial apresentou alta de 6,2 %. O setor industrial registrou uma ligeira alta de 0,2 % no
consumo de eletricidade em relação ao ano de 2012.
Os demais setores (público, agropecuário, comercial e transportes) apresentaram alta de 4,8 % em relação a
2012. O setor energético aumentou 12,6 %.
Em 2013, a capacidade total instalada de geração de energia elétrica do Brasil (centrais de serviço público e
autoprodutoras) somou 126.743 MW, o que representa um acréscimo de aproximadamente 5,8 GW.
Na expansão da capacidade instalada, as centrais hidrelétricas contribuíram com 30 %, enquanto as centrais
térmicas responderam por 65 % da capacidade adicionada. Por fim, as usinas eólicas foram responsáveis pelos 5 %
restantes de aumento do grid nacional.
Petróleo e derivados: a produção nacional de petróleo e óleo de xisto caiu 2,4 % em 2013, atingindo a média de
2,02 milhões de barris diários, dos quais 91,4 % são de origem marítima. A produção de derivados nas refinarias
nacionais atingiu o valor de 107,8 milhões de tep, com crescimento de 6,5 % em relação a 2012. Destaque para
óleo diesel e gasolina que participaram com 39,2 % e 20,5 %, respectivamente, da produção total. O consumo
teve aumento de 6,3 % de óleo diesel e queda de 0,2 % de gasolina automotiva. O setor de transporte respondeu
por 82,9 % do consumo final energético de óleo diesel.
Gás natural: a produção diária média em 2013 foi de 77,2 milhões de m3/dia, e o volume de gás natural
importado foi, em média, de 46,5 milhões de m3/dia. Assim, a participação do gás natural na matriz energética
nacional ficou em 12,8 %. A demanda da indústria teve decréscimo de 1,1 % em relação a 2012. Na geração
térmica (inclusive autoprodutores e usinas de serviço público) houve um aumento de 47,6 % que atingiu 69,0
TWh. Isso representou um aumento de 57,8 % com relação a 2012.
•
1.4
1.4.1
1.4.2
Carvão vapor e carvão metalúrgico: na geração elétrica, o carvão utilizado é o carvão vapor,
predominantemente de origem nacional, cujos estados produtores são Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do
Sul. A demanda de carvão vapor para esse uso final aumentou em 59,1 % em 2013 em relação a 2012. No caso
do carvão metalúrgico, registrou-se uma queda de 3,0 % no consumo do setor siderúrgico em 2013 em
decorrência da redução da produção física de aço bruto no período (cerca de 1,3 %).
Balanço da energia mundial e brasileira
O balanço energético é um conjunto de dados registrados para um dado país ou região, sobre o modo como as
diversas fontes de energia foram utilizadas pelos diversos setores da sociedade, em um dado ano de avaliação, além
de apresentar outros dados sobre o setor energético em questão.
Nesta seção são apresentados os balanços energéticos do Brasil e do mundo, com base em dados
disponibilizados recentemente por diversas fontes oficiais.
Síntese do balanço energético mundial
O balanço energético mundial nos dá uma noção da ordem de grandeza e da distribuição da oferta e dos usos de
energia. Contextualiza também o balanço brasileiro, localizando-o e mostrando a sua relevância.
A busca de um desenvolvimento limpo exige essa visão sistêmica do setor energético. Assim, por exemplo, na
Tabela 1.2 pode ser visto o balanço energético mundial simplificado de 2015 (IEA, 2016).
Tabela 1.2 Balanço energético mundial simplificado em 2012 [×106 tep] (OCDE/IEA)
Milhões de TEP
Fluxo
Petróleo
cru
Óleo e
produtos
Gás
natural Carvão Nuclear Hidráulica
Biocombustíveis
e lixo Outros Total
Produção 4308,45   2928,32 3976,14 661,35 334,94 1413,06 183,17 13.805,43
Importação 2213,37 1193,32 844,32 842,15     20,22 61,73 5175,11
Exportação –2159,50 –1242,64 –863,25 –863,14     –18,97 –59,35 –5206,85
Transportes
(total)
  2426,33 97,90 2,86     73,89 26,04 2627,02
Industrial
(total)
6,80 294,67 548,54 858,49     193,52 849,15 2751,17
Outros 0,18 424,53 613,41 155,39     848,45 1141,03 3182,99
Consumo
não
identi�cado
10,60 598,11 160,13 58,68         827,52
Fonte: IEA, 2016.
Síntese do balanço energético brasileiro
Um resumo do balanço energético nacional é apresentado na Tabela 1.3. É importante notar a representatividade de
cada setor, suas magnitudes, a participação de fontes renováveis e não renováveis, as tendências etc., para poder
entender melhor a dinâmica do setor e, por consequência, o próprio desenvolvimento do país. Os números serão
analisados de forma breve.
1.5
Uma análise sucinta dos destaques de energia em 2015 e de comparações com o ano anterior para as principais
fontes energéticas será apresentada adiante, segundo o Balanço Energético Nacional 2016 (MME, 2016).
A produção de eletricidade a partir de fonte eólica alcançou 21.626 GWh em 2015, o que equivale a um
aumento de 77,1 % em relação ao ano anterior, quando se atingiu 12.210 GWh.
O montante de biodiesel (B100) produzido no país atingiu 3.937.269 m3, um aumento de 15,1 % no biodiesel
disponibilizado no mercado interno em relação a 2014. Já o percentual de B100 adicionado compulsoriamente ao
diesel mineral ficou constante em 7 %. A principal matéria-prima foi o óleo de soja (70,0 %), seguido do sebo
bovino (16,0 %).
A produção de cana-de-açúcar no ano civil 2015 alcançou 660,5 milhões de toneladas. Esse montante foi 4,5 %
superior ao registrado no ano anterior, quando a moagem foi de 631,8 milhões de toneladas. A produção nacional de
açúcar foi de 34,2 milhões de toneladas, com queda de 3,5 % em relação ao ano anterior, enquanto a fabricação de
etanol cresceu 6,0 %, atingindo um montante de 30.249 mil m3. Desse total, 61,8 % referem-se ao etanol hidratado:
18.684,6 mil m3. A produção de etanol anidro, que é misturado à gasolina A para formar a gasolina C, diminuiu em
5,4 %, totalizando 11.564,6 mil m3.
A geração de energia elétrica no Brasil em centrais de serviço público e autoprodutores atingiu 581,5 TWh em
2015, resultado 1,5 % inferior ao de 2014.
As centrais elétricas de serviço público, com 83,4 % da geração total, permanecem como principais
contribuintes. A principal fonte de geração de energia elétrica é a hidráulica, embora tal fonte tenha apresentado
uma redução de 3,7 % na comparação com o ano anterior.
A geração elétrica a partir de não renováveis representou 26,0 % do total nacional, contra 26,8 % em 2014. A
geração de autoprodutores em 2015 participou com 16,6 % do total produzido, considerando o agregado de todas as
fontes utilizadas.
Importações líquidas de 34,4 TWh, somadas à geração nacional, asseguraram uma oferta interna de energia
elétrica de 615,9 TWh, montante 1,3 % inferior a 2014. O consumo final foi de 522,8 TWh, com um recuo de 1,8 %
em comparação com 2014.
A Figura 1.15 mostra de forma sucinta a produção primária de energia no Brasil de acordo com o Balanço
Energético Nacional (MME, 2016).
Figura 1.15 Produção primária de energia no Brasil (MME, 2016).
O que o futuro nos reserva?
Fazendo uma análise da história da utilização da energia, é difícil acreditar que há apenas 200 anos as principais
fontes de energia eram a mecânica (tração animal), hidráulica (rodas de água), eólica (moinhos de vento e
caravelas), lenha e carvão. Hoje, existe vasta disponibilidade de fontes de energia, incluindo-se diversas tecnologias
de energia renovável. Mas a pergunta que devemos fazer para tentar compreender o processo de desenvolvimento
do aproveitamento da energia (ou setor energético) no mundo é: o que o futuro mantém encoberto?
Tabela 1.3 Balanço Energético Brasileiro em 2015 [×103 tep] (MME, 2016)
Fluxo energético Petróleo
Gás
natural
Carvão
mineral1
Produtos
da cana2
Derivados
petróleo
Hidráulica e
eletricidadeOutros Total
Produção 126.127 34.871 3066 50.424 0 30.938 41.044 286.471
Importação +
exportação
–22.764 16.198 14.846 –676 8954 2959 4888 24.497
Perdas, reinjeção e
variação de estoques
–1165 –10.099 –237 –899 383 0 –1537 –11.756
Oferta interna bruta 102.288 40.971 17.675 50.648 9337 33.897 44.395 299.211
Re�narias –99.972 0 0 0 103.346 0 –3783 –409
Plantas de gás natural 0 –3727 0 0 3273 0 245 –208
Centrais elétricas 0 –16.411 –4511 –5959 –6441 19.050 –10.440 –24.711
Destilarias 0 0 0 –93 0 0 0 –93
Outras transformações –1869 –1600 –1174 0 2064 0 –1438 –4017
Consumo �nal 0 18.765 11.970 44.594 111.488 44.946 28.921 260.684
Setor energético 0 6112 0 13.155 5567 2742 188 27.763
Residencial 0 312 0 0 6544 11.289 6807 24.951
Comercial + público 0 158 0 0 696 11.527 182 12.562
Agropecuário 0 0 0 13 6342 2310 2822 11.487
Transportes 0 1553 0 15.424 66.883 177 0 84.037
Industrial 0 9947 11.836 15.512 11.527 16.902 18.921 84.645
Não energético 0 685 134 490 13.929 0 0 15.237
Perdas na
distribuição
0 –464 –18 –54 –96 –8001 –59 –8692
Notas: 1inclui coque; 2inclui etanol.
Outros questionamentos que surgem imediatamente desse primeiro são: Como poderemos assegurar o
fornecimento de energia para uma população cada vez maior e mais dependente desse insumo? Quanto isso
1.5.1
custará? Que impacto terão as opções energéticas que fazemos atualmente sobre nossas condições de vida e do
nosso planeta no futuro?
Para que possamos responder (ou ao menos tentar) tais questionamentos, algumas análises precisam ser feitas.
Por se tratar do interesse de todos os povos, um grande esforço tem sido realizado no sentido de prever e solucionar
os problemas associados à energia em todo o mundo. Para tanto, diversos órgãos governamentais e não
governamentais trabalham em conjunto com universidades, instituições de pesquisa e desenvolvimento, empresas
do setor energético e setores associados para propor as soluções mais viáveis para o problema energético mundial.
Esses órgãos promovem estudos e os divulgam na forma de relatórios periódicos que trazem questionamentos e
soluções sobre os setores energéticos regionais (países) e globais (continentes). É com base nesses relatórios que é
abordado o panorama energético futuro e seu impacto na sociedade e no meio ambiente (Hammond et al., 1973;
Fanchi, 2004).
Possibilidades futuras de energia
De acordo com o estudo desenvolvido pelo Ministério de Minas e Energia/EPE (MME, 2016), nas últimas décadas
observam-se alterações no perfil demográfico brasileiro no que se refere ao padrão de crescimento populacional.
Entre outros aspectos, nota-se uma menor taxa de fecundidade e uma maior expectativa de vida ao nascer. Em
síntese, pode-se afirmar que a população brasileira continua crescendo, porém a um ritmo menor, e que está
envelhecendo.
Estima-se, para o ano 2025, uma população de 218,3 milhões de habitantes. Com relação ao perfil regional da
população brasileira, observa-se que o maior crescimento ocorrerá nas regiões Norte (0,9 %) e Centro-Oeste (0,9
%), com variações acima da média nacional (0,6 %). Esse crescimento, contudo, não será capaz de induzir uma
mudança significativa na estrutura da população, que continuará concentrada nas regiões Sudeste (41,9 %) e
Nordeste (27,7 %) (IBGE, 2016).
A tecnologia é um dos principais motores do desenvolvimento econômico e social. O rápido avanço da
Tecnologia da Informação (TI) em todo o mundo transformou não só a nossa maneira de pensar, mas também a
forma como agimos.
Todos os aspectos da vida humana foram afetados pela tecnologia e a Internet, em particular. Não é preciso dizer
que praticamente todas as tecnologias funcionam com eletricidade e, portanto, a demanda de eletricidade aumentará
rapidamente (IEA, 2016).
Associado ao avanço tecnológico, o crescimento da população sempre foi e continuará sendo um dos principais
motores da demanda de energia, juntamente com o desenvolvimento econômico e social. Enquanto a população
mundial aumentou mais 1,5 bilhão ao longo das últimas duas décadas, a taxa global de crescimento da população
tem diminuído nos últimos anos. O número de pessoas sem acesso à energia comercial foi ligeiramente reduzido, e a
última estimativa do Banco Mundial indica que esse número seja, atualmente, de 1,2 bilhão de pessoas.
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