Sistemas Energéticos: Uma Análise Conceitual

SISTEMAS ENERGÉTICOS: UMA ANÁLISE CONCEITUAL∗ MARCOS VINICIUS MIRANDA DA SILVA DOUTOR EM ENERGIA PELO PIPGE/USP [email protected] RESUMO A análise dos sistemas energéticos é dificultada pelo pouco conhecimento que se tem sobre os mesmos. No caso particular do sistema elétrico, ainda é comum compreendê-lo apenas como um conjunto de plantas de conversão e redes de transmissão e distribuição de energia. A constatação desse problema acabou motivando a elaboração deste artigo, no qual alguns aspectos fundamentais à compreensão desses sistemas são analisados. Acredita-se que o uso inadequado do conceito de energia tem causado um problema de comunicação, que se reflete, por exemplo, na percepção da energia como o catalisador do desenvolvimento socioeconômico. Por essa razão, recomenda-se que tal conceito seja substituído pelo conceito de sistema energético quando a abordagem estiver relacionada a contextos sistêmicos.

ABSTRACT Energy systems analysis has been hindered by a lack of knowledge on these systems. In the particular case of the electric system, it is still common to understand it just as a set of electric power plants and transmission and distribution grids. The verification of this problem provided the motivation for the elaboration of this article in which some aspects considered fundamental to the understanding of the energy systems and their interactions with others systems are analyzed. Believe inadequate use of the concept of energy system has caused a communication problem that it echoes – for example – on the perception of energy as the socioeconomic development catalyst. For this reason, it is recommended that such concept is substituted by the concept of energy system when the approach is related to systemic contexts.

1. A IMPORTÂNCIA DO CONCEITO DE SISTEMA ENERGÉTICO Os seres humanos não sobrevivem por muito tempo sem consumir uma quantidade mínima de energia na forma de alimentos. Essa é a característica que os torna dependentes de energia. Para desenvolver atividades normais, uma pessoa adulta precisa consumir diariamente pelo 1 menos 2.100 kcal . Consumos inferiores a 1.500 kcal por dia levam à degradação do corpo humano (DEBEIR et al., 1993). Nas sociedades mais pobres, a energia desempenha a função primordial de garantir a sobrevivência dos indivíduos. Sua utilização está praticamente restrita ao atendimento das necessidades mais básicas. As fontes energéticas consumidas são essencialmente biológicas. A biomassa, como a lenha e o esterco, é usada para a cocção de alimentos, iluminação e aquecimento das habitações, enquanto a energia fornecida por seres humanos e por animais está presente na agricultura de subsistência e no transporte dos alimentos. Nessas sociedades, tais fontes energéticas são predominantes, devido ao baixo nível de desenvolvimento econômico e tecnológico.

Citar este artigo da seguinte forma: SILVA, Marcos Vinicius Miranda da . Sistemas energéticos: uma análise conceitual. In: 7 Congresso Internacional sobre Geração Distribuída e Energia no Meio Rural - AGRENER GD 2008, 2008, Fortaleza. Semi-Árido, Energia e Desenvolvimento Sustentável, 2008. 1 Essa quantidade de energia na forma de alimentos é utilizada como referência básica pela Organização Mundial de Saúde. ∗

Nas sociedades mais ricas e mais complexas em termos de organização, a função da energia não é mais garantir as condições mínimas de sobrevivência, porque as necessidades energéticas básicas dos indivíduos estão satisfatoriamente atendidas. Nessas sociedades, o papel principal da energia consiste em manter e elevar o nível de prosperidade e bem-estar. Por outro lado, a natureza das fontes energéticas consumidas não é mais biológica, pois o consumo de petróleo, carvão, gás natural, urânio, predomina em suas matrizes energéticas primárias. É fácil perceber que em qualquer sociedade a energia está presente no dia-a-dia de cada indivíduo e que ela é indispensável para o desenvolvimento das diversas atividades econômicas e sociais. Talvez seja por essa razão que FOLEY (1992) considera o conceito de energia um dos mais familiares. Se a energia é vital à espécie humana e contribui para a prosperidade e bem-estar das 2 sociedades, seus atuais padrões de conversão , transporte e consumo representam uma constante ameaça ao meio ambiente e, conseqüentemente, aos próprios seres humanos. Os resíduos das usinas nucleares, a intensificação do aquecimento global, a chuva ácida, os derramamentos de petróleo nos mares e oceanos, a poluição do ar nas grandes cidades, são conseqüências desses padrões. A evolução da Física tem dado importantes contribuições para o entendimento do conceito de energia, mas elas ainda não são definitivas. Na Física Clássica, força e matéria, a primeira tratada como sinônimo de energia, eram os conceitos fundamentais utilizados para a compreensão dos fenômenos da natureza. Havia uma nítida distinção entre matéria e energia, caracterizada tanto pelas peculiaridades físicas, uma vez que energia era destituída de massa, quanto pelas leis que regiam essas duas entidades conceituais. A partir do momento em que novos aspectos da energia começaram a ser percebidos, tais como: o caráter indestrutível, a conservação em sistemas fechados, a existência em diversas formas, a resistência à alteração do movimento e a presença de massa, o conceito de energia tomou um novo rumo. Hoje, devido às contribuições da Física Contemporânea, sabe-se que existe uma equivalência entre 3 energia e matéria. Em decorrência disso, o conceito de campo tornou-se fundamental. Sabemos, com base na teoria da relatividade, que a matéria representa enormes reservatórios de energia e que energia representa matéria (...). Folgadamente, a maior parte da energia está concentrada na matéria; mas o campo que circunda a partícula também representa energia, embora em quantidade incomensuravelmente menor. Poderíamos, portanto, dizer: Matéria é onde a concentração de energia é grande, e campo onde a concentração de energia é pequena. Mas se esse for o caso, então a diferença entre matéria e energia é mais quantitativa do que qualitativa. Não há sentido algum em se considerar matéria e energia como duas qualidades muito diferentes uma da outra. Não podemos imaginar uma superfície definida separando distintamente campo e matéria (EINSTEIN e INFELD, 1966, p. 197-198).

Embora todo esse extraordinário avanço do conhecimento científico tenha possibilitado maior compreensão de algumas peculiaridades da energia, esse conceito possui utilidade restrita no contexto sistêmico. Há várias definições funcionais do conceito de energia que atendem necessidades de cada área do conhecimento. Assim, para a Física, energia é a capacidade de realizar trabalho, sendo este definido matematicamente pelo produto de aplicação de uma força pelo deslocamento do ponto sobre o qual ela foi aplicada. Para a Biologia, energia representa uma condição para o desenvolvimento, para a manutenção e para a perpetuação das espécies. Na Economia, energia é percebida como um fator de produção. 2

O termo conversão de energia é mais apropriado do que os termos produção ou geração de energia não apenas quando se aborda temáticas sobre sistemas energéticos. Contudo, estes últimos predominam na literatura. Essa é uma falha que precisa ser corrigida. 3 Para a Física, “campo significa ‘distribuição contínua de algumas condições predominantes, através de um contínuo’ onde a palavra ‘condição’ indica uma grandeza qualquer, que pode variar segundo o problema de que se trata” (D’ABRO, s.d., s.p. apud ABBAGNANO, 2000, p. 114).

Apesar de ser bastante utilizado na literatura sobre sistemas energéticos, o conceito funcional de energia fornecido pela Física pode conduzir a equívocos. Por exemplo, interpretar “trabalho” como sinônimo de atividade produtiva pode levar alguém menos atento a concluir que a energia por si só é capaz de promover o crescimento econômico, pois a capacidade de produzir trabalho, como estabelece o conceito, é uma função da energia. A percepção de inter-relações pouco consistentes entre energia e desenvolvimento é muito comum. Nelas, a energia é capaz de reduzir a fome, elevar a expectativa de vida, impulsionar o crescimento econômico, garantir educação, saúde e segurança pública; enfim, promover o desenvolvimento das sociedades. Talvez isso esteja relacionado ao uso inadequado do conceito de energia. SUÁREZ (1995), por exemplo, afirma que a energia tem um papel determinante sobre o índice de desenvolvimento humano (IDH), particularmente nos países pobres. FOLEY (1992) diz que a diferença entre sociedades com economias mais desenvolvidas e menos desenvolvidas foi criada quase totalmente pela disponibilidade relativa de energia nessas duas sociedades. GOLDEMBERG (1998), embora reconheça que o baixo consumo energético não é a única causa de pobreza e subdesenvolvimento e que a energia isoladamente tem pouca importância tanto para o desenvolvimento socioeconômico quanto para o crescimento econômico, também foi vítima desse reducionismo, quando supõe que o consumo de energia comercial pode repercutir no analfabetismo, mortalidade infantil, fertilidade total e expectativa de vida. Na maioria dos países em desenvolvimento, onde o consumo de energia comercial per capita é abaixo de uma tonelada equivalente de petróleo (TEP) por ano, as taxas de analfabetismo, mortalidade infantil e fertilidade total são altas, enquanto que a expectativa de vida é baixa. Ultrapassar a barreira de 1 TEP/capita parece, portanto, um instrumento importante para o desenvolvimento e a mudança social (GOLDEMBERG, 1998, p.42).

SILVA & BERMANN (2004) mostram que alguns países com per capita energético mais baixo que o Brasil apresentam melhores indicadores sociais que este país. Isso descarta a tese do desenvolvimento social como causa do maior consumo de energia. 4

VITEZLAV (1979) afirma que o conceito de sistema foi formulado e se desenvolveu a partir do surgimento da concepção interdisciplinar. Dessa forma, entende-se que a utilização do conceito de sistema energético é mais adequada para abordar todos os aspectos relacionados à oferta e ao consumo da energia. De acordo com DEBEIR et al. (1993), a substituição do conceito de energia pelo conceito de sistema energético evitaria interpretações parciais, que não incluem os aspectos ecológicos e tecnológicos das tendências energéticas na sociedade, permitindo identificar mais facilmente as estruturas de apropriação e de gerenciamento tanto das fontes energéticas quanto das tecnologias de produção de energia. Um sistema energético é a combinação original de diversas linhas de conversores, que se caracterizam pela utilização de determinadas fontes de energia e por sua interdependência, pela iniciativa e sob o controle de classes ou grupos sociais, os quais se desenvolvem e se reforçam com base neste controle (DEBEIR et al., 1993, p. 21).

BAJAY (1989, s.p.) define o sistema energético como “um sistema social, com atores individuais e atores institucionais que estão tomando constantemente numerosas decisões”. Todo sistema energético é aberto, porque, através de suas diversas linhas de conversores 5 (subsistemas energéticos) , ele estabelece relações dinâmicas e não-lineares de interdependência com outros sistemas a partir de fluxos contínuos de energia, emissão de poluentes, tecnologia, capital, pessoal. A finalidade desse sistema consiste em fornecer energia 4

Segundo VON BERTALANFFY (1975, p. 84), sistema é “um complexo de elementos em interações”. Os sistemas elétrico e petrolífero são exemplos de subsistemas energéticos que fazem parte da estrutura do sistema energético de uma sociedade. 5

para o atendimento das demandas das sociedades. Entretanto, em uma economia capitalista, essa finalidade está condicionada a obtenção de lucro por parte das classes ou grupos que controlam seus subsistemas. A interação entre os sistemas energético e econômico pode mais claramente percebida quando se observa que a oferta de energia é considerada um serviço e como tal uma função do sistema econômico. Nessa perspectiva, o sistema energético é um subsistema do sistema econômico. Portanto, numa sociedade capitalista, a oferta de energia será realizada mediante a obtenção de lucro por parte dos grupos sociais que controlam os sistemas energéticos. O fortalecimento econômico desses grupos é necessário nessa economia, porque sem ele a expansão do sistema energético ficaria comprometida e a oferta de energia seria degradada por falta de investimentos. Dessa forma, esse sistema deixaria de cumprir satisfatoriamente sua função. Entretanto, torna-se necessário haver um equilíbrio para que ele não seja um pesado ônus para a sociedade. Nesse aspecto, o poder público tem um importante papel a desempenhar. A complexidade do sistema energético é dada pelo número de subsistemas existentes em sua estrutura, bem como pela diversidade de inter-relações que são estabelecidas por eles. É a partir dessas inter-relações que esse sistema se organiza e se expande. Atualmente, percebese que o sistema energético possui um grau mais elevado de organização e complexidade do que nos primórdios da humanidade, onde o alimento era a única fonte energética utilizada. Isso reforça a argumentação de que o sistema energético é aberto. Essa constatação não entra em confronto com a segunda lei da termodinâmica, pois essa lei é valida apenas para sistemas isolados e em equilíbrio termodinâmico. Os subsistemas energéticos possuem características próprias em relação às fontes energéticas aproveitadas e ofertadas à sociedade, à organização social, às tecnologias de produção, transporte e distribuição de energia. Além disso, eles são auto-reguladores. Essa característica proporciona-lhes uma autonomia de funcionamento e permite que eles se auto-organizem em situações de crise. Essa capacidade de auto-organização pode ser percebida, por exemplo, quando ocorre a substituição de uma fonte energética por outra, devido à influência de fatores econômicos, tecnológicos e/ou socioambientais.

2. ALGUMAS OBSERVAÇÕES SOBRE O SISTEMA ELÉTRICO O sistema elétrico é uma organização social, constituída por três segmentos: conversão, transmissão e distribuição de energia, que estão em interação. É um equívoco percebê-lo 6 apenas a partir de seus elementos físicos (plantas de conversão, subestações, redes de transmissão e de distribuição). As concessionárias do serviço público de energia elétrica, os produtores independentes e autoprodutores de eletricidade fazem parte desse sistema, embora eles também sejam elementos do sistema econômico. Não se deve esquecer que o sistema energético é um subsistema do sistema econômico. O sistema elétrico, como qualquer subsistema energético, é aberto, porque ele importa fontes energéticas, tecnologia, mão-de-obra, capital, informação e exporta energia elétrica, informação, poluentes. O estabelecimento dessas interações é fundamental para sua expansão. Entretanto, elas o tornam dependente. Isso significa que as crises deflagradas em outros sistemas podem se propagar e afetá-lo e vice-versa. A crise do sistema petrolífero que ocorreu na década de 70 do século passado é um bom exemplo, pois os aumentos do preço do barril de petróleo afetaram duramente o sistema elétrico mundial, uma vez que cerca de 1/4 do total da energia elétrica fornecida pelo segmento de conversão era obtida na época a partir dos derivados de petróleo.

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Quando se concebe o sistema elétrico somente a partir de seus elementos físicos, a noção de organização social é perdida. Conseqüentemente, todas as interações estabelecidas pelos controladores desse sistema são negligenciadas.

Essa característica também proporciona as condições necessárias para que o sistema elétrico se auto-organize diante de uma crise. Porém, como as interações estabelecidas por ele são dinâmicas e não-lineares, tanto as crises que o afetam quanto o comportamento adotado para superá-las não podem ser previstos. Há três séculos atrás, quem poderia imaginar que o carvão mineral, responsável por conter a devastação das florestas européias, seria uma das fontes fósseis causadoras da crise ambiental planetária que se observa agora? Por outro lado, pode-se perceber que as medidas que serão implementadas para solucionar definitivamente o problema do aquecimento global ainda são desconhecidas. É bastante comum também incorporar a noção de território ao conceito de sistema elétrico. Quando isso acontece, ele passa a ser percebido como um sistema fechado. Nessa equivocada interpretação, a concepção de sistema elétrico só existe quando suas interações ficam restritas ao território. Em outras palavras, essa interpretação nega a existência do sistema elétrico quando ele, por exemplo, estabelece fluxos de energia que extrapolam os limites territoriais. (...) O problema, nesse caso, é que a definição do território, enraizada no princípio de contigüidade, induz, através da representação cartográfica por exemplo, uma percepção do espaço nacional ou regional como “sistema fechado”. Mais próxima (sic) das realidades regionais é a concepção do espaço regional como um “sistema aberto”, ou como um conjunto de “n” (grifo do autor) sistemas abertos, na medida que são sistemas que trocam energia (trabalho), matéria (bens) e informação, com o “ambiente” em que se situam, ao mesmo tempo que o grau de coesão interna depende da intensidade de relações que neles se dão (MACHADO, 1996, p.838).

Como o sistema elétrico é uma organização social aberta, a incorporação do princípio de contigüidade ao conceito de sistema elétrico gera um problema, porque ele fecha esse sistema dentro do território, pois não admite a existência de interações através de fluxos contínuos de energia, tecnologia, capital, que são essenciais para sua existência e expansão. Para evitar que o conceito de sistema elétrico se torne ambíguo, o princípio de contigüidade deve ser apenas um referencial, pois ele não é um elemento integrante desse sistema. Essa postura preserva a ordem hierárquica do sistema elétrico. Assim, ele pode ser denominado de local, municipal, estadual, regional, nacional e mundial, respectivamente, da menor para a maior organização social, ressaltando-se que sua complexidade cresce com o aumento de sua ordem hierárquica.

3. CONCLUSÕES A função primordial de qualquer conceito consiste em comunicar. Portanto, o uso do conceito de energia em matérias sistêmicas gera um problema de comunicação, uma vez que ele foi elaborado para dar significado a um objeto (energia), levando em conta as necessidades específicas de determinadas áreas do conhecimento, como a Física. É bastante provável que a percepção da energia como o catalisador do desenvolvimento socioeconômico, bastante comum na literatura, esteja relacionada a esse problema de comunicação. O sistema energético está diferenciando-se progressivamente ao longo do tempo. Nos primórdios da humanidade, o corpo humano era o único conversor existente. Atualmente, diversas tecnologias são utilizadas para ofertar energia às sociedades. Isso significa que novos elementos têm sido introduzidos, levando ao aumento de sua ordem e complexidade. Portanto, a entropia no interior do sistema energético tem diminuído. Segundo VON BERTALANFFY (1975), termodinamicamente isso só acontece em sistemas abertos, uma vez que esses sistemas apresentam a capacidade de importar matéria, contendo energia livre, como forma de compensar o aumento interno de entropia, que é causado por processos irreversíveis dentro deles. Além disso, os sistemas abertos também exportam matéria. O conceito de sistema energético, que reforça a idéia de um conjunto de elementos em interação, mas não apenas envolvendo seus componentes físicos, amplia a percepção sobre o

processo de oferta e consumo de energia nas sociedades, sem negligenciar suas implicações ambientais e socioeconômicas. Por essa razão, recomenda-se que esse conceito seja mais explorado nos cursos de análise e planejamento dos sistemas energéticos existentes no país.

4. PALAVRAS-CHAVE Sistema energético. Conceito. Sistema elétrico.

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BAJAY, Sergio Valdir. Planejamento energético: necessidade, objetivo e metodologia. Revista Brasileira de Energia, v.1, n.1, 1989. Disponível: . Acesso em: 25 dez. 2004. CAMPO. In: Dicionário de filosofia. São Paulo: Nicola Abbagnano. Tradução: Alfredo Bosi, 1ed., Martins Fontes, 2000. DEBEIR, Jean-Claude, DELÉAGE, Jean-Paul, HÉMERY, Daniel. Uma história da energia. Tradução e Atualização Sérgio de Salvo Brito. Brasília: Edunb, 1993 . EINSTEIN, Albert, INFELD, Leopold. A evolução da física. Tradução Giasone Rebuá. 2ed. Rio de Janeiro: Zahar, 1966. FOLEY, Gerald. The energy question. 4ed. London: Penguin Books, 1992. GOLDEMBERG, José. Energia, Meio Ambiente e desenvolvimento. Tradução André Koch. São Paulo: Edusp, 1998. MACHADO, Lia Osorio. Sistemas “longe do equilíbrio” e reestruturação espacial na Amazônia. In: MAGALHÃES, Sônia Barbosa; BRITTO, Rosyan de Caldas e CASTRO, Edna Ramos de (Org.). Energia na Amazônia. Belém, v.2, Museus Paraense Emílio Goeldi/Universidade Federal do Pará/Associação de Universidades Amazônicas, 1996, 835-859. SILVA, Marcos Vinicius Miranda da; BERMANN, Célio a. O reducionismo como barreira para as análises e compreensão dos sistemas energéticos. [trabalho científico em CD-ROM]. CONGRESSO BRASILEIRO DE ENERGIA, 10, SBPE/COPPE-UFRJ / CLUBE DE ENGENHARIA, Rio de Janeiro, 2004. SUÁREZ, Carlos E. Energy needs for sustainable human development. In: GOLDEMBERG, José e JOHANSSON, Thomas B. (Eds.) Energy as an instrument for socio-economic development. New York: UNDP, 1995. VITEZLAV, Kumpera. Interpretação sistêmica do planejamento: São Paulo, Nobel, 1979. VON BERTALANFFY, Ludwig. Teoria geral dos sistemas. Tradução Francisco M. Guimarães. 2.ed: Petrópolis, Vozes, 1975.