Esta tese apresenta a metodologia de cômputo e valoração de potenciais completos de recursos energéticos no âmbito do Planejamento Integrado de Recursos. A metodologia é genérica a diferentes tipos de recursos dos lados de oferta e demanda - e flexível a fim de permitir sua aplicação em diferentes regiões. A etapa de cômputo e valoração de potenciais é de suma importância no processo de planejamento integrado de recursos e sua metodologia consiste na transformação de informações prévias relativas às dimensões de análise em potenciais completos. Para tanto, são confeccionados algoritmos de cômputo e valoração, capazes de converter o conteúdo qualitativo ou relativo de cada atributo em valores absolutos ou diagnósticos quantitativos. Estes potenciais alimentam as etapas subsequentes do PIR tais como o Ranqueamento de Recursos e o Plano Preferencial Integrado de Recursos. O Planejamento Integrado de Recursos Energéticos é, por natureza, uma metodologia de análise de implementação de recursos energéticos com base em seus potenciais holísticos, de acordo com variáveis espaciais e temporais. Para tanto, a metodologia do PIR parte de um conjunto de recursos energéticos disponíveis e aponta dentre estes quais devem ser preferencialmente aproveitados em um dado cenário, de modo a orientar a busca pela satisfação das necessidades energéticas dos diversos atores envolvidos. Esta implantação de recursos pode tanto ser regulamentada ou induzida pela atração de investimentos e políticas públicas. O PIR diferencia-se do planejamento energético tradicional no que se refere à atenção dada a recursos do lado da demanda como alternativas factíveis de atendimento à demanda energética ao lado das opções do lado da oferta -, e à ponderação equilibrada da análise destes recursos sob óticas sociais, ambientais e políticas, ao lado de parâmetros técnicos e econômicos. Esta análise holística insere em cada dimensão os diversos aspectos dos impactos associados a cada recurso energético, ou seja, busca contabilizar tanto os custos internos e tangíveis de empreendimentos energéticos, quanto custos externos marginalizados de análises técnico-econômicas. A metodologia de cômputo e valoração de recursos energéticos é validada em Estudo de Caso com base em informações colhidas na Região Administrativa de Araçatuba. Quatro recursos energéticos foram escolhidos para o estudo de caso: pequenas centrais hidrelétricas e sistemas de cogeração a biomassa do lado da oferta e a implantação de sistemas de aquecimento solar de água e a substituição de lâmpadas incandescentes por iluminação fluorescente do lado da demanda. Toda a informação referente a esses recursos foi processada pelos algoritmos de valoração e resultou em potenciais completos nas quatro dimensões de análise, dispostos em matrizes de valoração. Estas matrizes alimentarão as etapas subsequentes do planejamento integrado de recursos - os processos de ranqueamento de recursos e formulação de plano preferencial integrado de recursos. / This thesis presents a methodology for the accounting and valuation of energy resources full potentials, within the Integrated Resource Planning (IRP). The methodology is generic to different types of resources in both supply and demand sides and flexible as to allow its application in different regions. The calculation and assessment of potentials is of paramount importance in the energy planning process and its methodology consists of converting preliminary information from all areas of analysis into full potentials. For this purpose, algorithms are designed to convert the qualitative content of each attribute in figures or quantifiable diagnostics. These potentials fuel the subsequent steps of the IRP - such as the resource ranking and the Integrated Preferential Plan. The Integrated Resources Planning is by nature a methodology for the assessment of energy resources based on their holistic potential, according to space and time variables. Therefore, the IRP methodology starts from a set of available energy resources and among these indicates the ones which should preferably be utilized in a given scenario in order to guide the demands of different involved stakeholders. The deployment of resources can be either regulated or induced by public policies and investment attraction. The IRP differs from traditional energy planning with regard to attention given to demand-side resources as feasible alternatives energy to meet energy demand - along the options on the supply side - and the balanced consideration of the analysis of these resources through a social, environmental and political lens, alongside technical and economic parameters. This holistic analysis inserts in each dimension the various aspects of the impacts associated with each energy resource, that is, seeks to account both tangible and internal costs of energy enterprises and the external costs marginalized from technical-economic analysis. The method for the calculation and valuation of energy resources is validated by a case study based on information collected in the Administrative Region of Araçatuba in the state of São Paulo. Four energy resources were chosen in the case study: small hydro plants and sugarcane biomass cogeneration on the supply side and installation of solar heating and replacement of incandescent lighting for fluorescent lamps on the demand side. All the data concerning these resources was processed by the valuation algorithms and resulted in full potentials in all four analysis dimensions, displayed in valuation matrixes. These matrixes will be able to feed the subsequent steps of the integrated resources planning - the processes of resource ranking and the formulation of the integrated preferential plan.

Esta tese apresenta a metodologia de cômputo e valoração de potenciais completos de recursos energéticos no âmbito do Planejamento Integrado de Recursos. A metodologia é genérica a diferentes tipos de recursos dos lados de oferta e demanda - e flexível a fim de permitir sua aplicação em diferentes regiões. A etapa de cômputo e valoração de potenciais é de suma importância no processo de planejamento integrado de recursos e sua metodologia consiste na transformação de informações prévias relativas às dimensões de análise em potenciais completos. Para tanto, são confeccionados algoritmos de cômputo e valoração, capazes de converter o conteúdo qualitativo ou relativo de cada atributo em valores absolutos ou diagnósticos quantitativos. Estes potenciais alimentam as etapas subsequentes do PIR tais como o Ranqueamento de Recursos e o Plano Preferencial Integrado de Recursos. O Planejamento Integrado de Recursos Energéticos é, por natureza, uma metodologia de análise de implementação de recursos energéticos com base em seus potenciais holísticos, de acordo com variáveis espaciais e temporais. Para tanto, a metodologia do PIR parte de um conjunto de recursos energéticos disponíveis e aponta dentre estes quais devem ser preferencialmente aproveitados em um dado cenário, de modo a orientar a busca pela satisfação das necessidades energéticas dos diversos atores envolvidos. Esta implantação de recursos pode tanto ser regulamentada ou induzida pela atração de investimentos e políticas públicas. O PIR diferencia-se do planejamento energético tradicional no que se refere à atenção dada a recursos do lado da demanda como alternativas factíveis de atendimento à demanda energética ao lado das opções do lado da oferta -, e à ponderação equilibrada da análise destes recursos sob óticas sociais, ambientais e políticas, ao lado de parâmetros técnicos e econômicos. Esta análise holística insere em cada dimensão os diversos aspectos dos impactos associados a cada recurso energético, ou seja, busca contabilizar tanto os custos internos e tangíveis de empreendimentos energéticos, quanto custos externos marginalizados de análises técnico-econômicas. A metodologia de cômputo e valoração de recursos energéticos é validada em Estudo de Caso com base em informações colhidas na Região Administrativa de Araçatuba. Quatro recursos energéticos foram escolhidos para o estudo de caso: pequenas centrais hidrelétricas e sistemas de cogeração a biomassa do lado da oferta e a implantação de sistemas de aquecimento solar de água e a substituição de lâmpadas incandescentes por iluminação fluorescente do lado da demanda. Toda a informação referente a esses recursos foi processada pelos algoritmos de valoração e resultou em potenciais completos nas quatro dimensões de análise, dispostos em matrizes de valoração. Estas matrizes alimentarão as etapas subsequentes do planejamento integrado de recursos - os processos de ranqueamento de recursos e formulação de plano preferencial integrado de recursos. / This thesis presents a methodology for the accounting and valuation of energy resources full potentials, within the Integrated Resource Planning (IRP). The methodology is generic to different types of resources in both supply and demand sides and flexible as to allow its application in different regions. The calculation and assessment of potentials is of paramount importance in the energy planning process and its methodology consists of converting preliminary information from all areas of analysis into full potentials. For this purpose, algorithms are designed to convert the qualitative content of each attribute in figures or quantifiable diagnostics. These potentials fuel the subsequent steps of the IRP - such as the resource ranking and the Integrated Preferential Plan. The Integrated Resources Planning is by nature a methodology for the assessment of energy resources based on their holistic potential, according to space and time variables. Therefore, the IRP methodology starts from a set of available energy resources and among these indicates the ones which should preferably be utilized in a given scenario in order to guide the demands of different involved stakeholders. The deployment of resources can be either regulated or induced by public policies and investment attraction. The IRP differs from traditional energy planning with regard to attention given to demand-side resources as feasible alternatives energy to meet energy demand - along the options on the supply side - and the balanced consideration of the analysis of these resources through a social, environmental and political lens, alongside technical and economic parameters. This holistic analysis inserts in each dimension the various aspects of the impacts associated with each energy resource, that is, seeks to account both tangible and internal costs of energy enterprises and the external costs marginalized from technical-economic analysis. The method for the calculation and valuation of energy resources is validated by a case study based on information collected in the Administrative Region of Araçatuba in the state of São Paulo. Four energy resources were chosen in the case study: small hydro plants and sugarcane biomass cogeneration on the supply side and installation of solar heating and replacement of incandescent lighting for fluorescent lamps on the demand side. All the data concerning these resources was processed by the valuation algorithms and resulted in full potentials in all four analysis dimensions, displayed in valuation matrixes. These matrixes will be able to feed the subsequent steps of the integrated resources planning - the processes of resource ranking and the formulation of the integrated preferential plan.

The energy-planning involves finding a set of sources and conversion devices so as to meet the energy requirements/demands of all the activities in an optimal manner. This could occur at centralized or decentralized level. The current pattern of commercial energy oriented development, particularly focused on fossil fuels and centralized electricity, has resulted in inequities, external debt and environmental degradation. The current status is largely a result of adoption of centralized energy planning (CEP), which ignores the energy needs of rural areas and the poor and has further contributed to environmental degradation due to fossil fuel consumption and forest degradation. CEP does not pay attention to the variations in socio-economic and ecological factors of a region, which influence success of any intervention. Decentralized energy planning (DEP) provides an opportunity to address the energy needs of poor as well as promote efficient utilization of resources. The DEP mechanism takes into account various available resources and demands in a region. DEP, in the Indian context, could be at several scales namely district, block, panchayats (cluster of villages) and village level. Energy planning at the village level is the lowest level of the application of decentralized planning principle. A village constitutes a cluster of households with distinct geographic boundary consisting of settlement, agricultural land, water bodies and any other land category, in most parts of India. Further, the village level plans must be prepared within the limits set by a panchayat, a block or a district level plans, for the sum total of various village plans must correspond to a panchayat (local council), block (or taluka), or district level plan. A panchayat is the lowest administrative unit consisting of a cluster of villages and an elected body to administer developmental activities. A block (or taluka) consists of a cluster of panchayats and a district consists of a cluster of blocks. The main hypothesis for this study is that centralized energy planning has lead to excessive dependence on fossil fuels and import of petroleum, leading to concerns on environment and energy security and finally neglect of the energy needs of the rural communities and poor in particular. DEP could meet the local energy needs particularly in rural areas, protect environment and promote a self reliant and sustainable energy path. In this study, methodology for adopting energy planning from grassroot or village to district level is explored. The study adopts and compares the DEP approach of moving from village (Ungra), to panchayat (Yedavani), to block (Kunigal) and finally to district (Tumkur) level. Aims and objectives of research . • To review energy planning approaches adopted in India . • To evaluate models and methods for DEP at different scales; Village, Panchayat, District and State levels . • To develop a sustainable and decentralized energy planning approach . • To analyze the sustainable decentralized planning approach using multiple objective goal programming model and develop sustainable energy mix for meeting energy needs at village, panchayat, block and district level . • To assess the implications of sustainable and decentralized energy planning from the context of socio-economic and environmental concerns. The central theme of the research work is to prepare an optimized area-based decentralized energy plan to meet the energy needs, incorporating all potential alternate energy sources and end-use devices at least-cost to the economy and environment. One of the environmental goals addressed is to minimize or avoid CO2 emissions to address climate change. Study area selected for DEP is Tumkur district of Karnataka state, India and the DEP is carried out for the year 2005 and 2020. Advanced operation research technique, goal programming, is used to solve the large and complicated energy system problem having multiple conflicting goals.

Orientador: Paulo Sérgio Franco Barbosa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-26T09:44:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tiezzi_RafaeldeOliveira_D.pdf: 10672810 bytes, checksum: 5a4742f1807a1976eee5fd029668e096 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A variabilidade hidroclimatológica seja na forma de secas ou na forma de anomalias temporais e/ou volumétricas nas precipitações é um problema enfrentado por muitos países e regiões do mundo. Estes fenômenos afetam de forma severa todos os usos da água sejam eles para consumo, geração de energia, abastecimento público, industrial, irrigação, dentre outros. O Brasil em particular possui seu sistema elétrico altamente dependente dos recursos hídricos, ou seja, altamente vulnerável a problemas hidroclimatológicos, como bem evidenciado na crise hídrica do ano de 2014 que impactou o sistema hidroenergético e sistemas de suprimento hídrico de muitos municípios na região Sudeste. O presente trabalho objetivou investigar os impactos desses períodos críticos, por meio de simulações de anomalias futuras nas precipitações e, consequentemente, os impactos nas vazões e nas séries históricas de ENA (Energia Natural Afluente), analisando, assim, os riscos aos quais o SIN (Sistema Interligado Nacional de Energia Elétrica) está exposto. Os resultados mostram que para questão energética estes impactos são importantes e consideráveis, porém para outros usos de água, sejam estes conflitantes com a geração de energia ou não, os efeitos podem ser ainda mais severos, principalmente nas porções Norte e Nordeste do país / Abstract: The hydroclimatological variability in the form of drought or temporal anomalies in volumetric rainfall is a problem faced by many countries and regions in the world. These phenomenon affect all the water's uses, these are: for consumption, power generation, drinking, industry, irrigation, and others. In the Brazil particular case this electrical system is highly dependent on water, and this is highly vulnerable to hydroclimatologicals problems, as well evidenced in the water crisis of 2014 which affected the hydroelectric system and water supply systems in many municipalities in the Southeast. This study aimed to investigate the impact of these critical periods, through simulations of future anomalies in rainfall and hence the impact on flows and the historical series of ENA (Natural Affluente Energy), analyzing the risks with the SIN (National Interconnected Electric Power System) are exposed. The results show that for energy issue these impacts are important and significant, but for other water uses, whether conflicting with the generation of energy or not, the effects can be even more severe, especially in the North and Northeast parts of the country / Doutorado / Recursos Hidricos, Energeticos e Ambientais / Doutor em Engenharia Civil

O objetivo desta tese é construir um modelo de composição de carteiras de recursos energéticos dentro do Planejamento Integrado de Recursos Energéticos (PIR), aplicável em uma determinada região ou país. Este modelo inclui as etapas de definição do espaço geográfico de estudo, o mapeamento de recursos, a caracterização dos recursos energéticos existentes e sua valoração. Após estas etapas, é feita a composição de carteiras energéticas, seguida pela construção de cenários e análise de riscos e incertezas para a definição da carteira preferencial dos recursos energéticos da região. Como ferramentas de apoio, são adaptados modelos matemáticos aplicados em sistemas financeiros para a seleção e análise de carteiras de investimentos, modelos para a avaliação de riscos e incertezas, o software de Planejamento de Alternativas Energéticas de Longo Alcance (LEAP) para a criação de cenários e previsão da demanda energética e o software Decision Lens (DL) para o ranqueamento e a alocação de recursos financeiros dos recursos energéticos dentro da carteira definida, considerando as dimensões técnico-econômico, ambiental, social e política. A caracterização dos recursos energéticos envolve o levantamento das características socioeconômicas, ambientais, o perfil dos envolvidos e interessados do setor energético, a listagem de recursos energéticos locais (hídricos, eólicos, solares, nucleares, biomassa, geotérmicas, células a combustíveis dentre outros). Também são levantadas características construtivas das tecnologias existentes e que podem ser incorporadas na matriz energética da região em estudo. O processo de avaliação dos potenciais energéticos envolve o cálculo dos potenciais energéticos teóricos de cada recurso energético existente na região. Após a avaliação dos potenciais, faz-se a priorização ou ranqueamento destes recursos através de critérios pré-definidos, em duas avaliações diferentes: Avaliação Determinística dos Custos Completos (ADCC) e Avaliação Holística dos Custos Completos (AHCC). Para gerar ambos os rankings utiliza-se o software Decision Lens (DL) baseado no método do Processo de Análise Hierárquico (PAH). O cruzamento das avaliações resulta em ranking geral dos recursos energéticos, utilizado posteriormente para a construção de carteiras dos recursos energéticos. Na valoração dos recursos energéticos, consideram-se atributos ambientais, sociais, técnico-econômicos e políticos, que podem afetar a formação de carteiras eficientes dentro do PIR a longo prazo. O resultado do processo de valoração é o potencial energético realizável da região em estudo. Para este potencial, aplica-se o modelo analítico de formação de carteiras de recursos energéticos. Neste são considerados o ranking, o volume de investimentos, os atributos ambientais (emissões), sociais (IDH, número de empregos, ocupação de solo), políticos (incentivos governamentais, impostos) e todos os parâmetros técnicoeconômicos relacionados às tecnologias selecionadas para o aproveitamento de cada recurso energético. Com a incorporação destas variáveis no modelo, faz-se simulações para a obtenção de carteiras ótimas para a construção do Plano Preferencial dentro do Planejamento Integrado dos Recursos Energéticos. / The main objective of this thesis is to establish a model to guide the composition of energy resources portfolios in the process of the Integrated Resources Planning (IRP) in a region or a country. This includes steps such as the definition of the geographical space of study, mapping of resources, characterization of existing energy resources, and valuation of energy resources. After these steps, the portfolios are formed, followed by the construction of scenarios, and the analysis of risks and uncertainties for the definition of the preferential portfolio of energy resources in the region. Supporting tools based on mathematical models used in financial systems are adapted to the selection and analysis of investment portfolios, models for the evaluation of risks and uncertainties, the Long Range Energy Alternatives Planning Software (LEAP) to create energy demand scenarios and the Decision Lens Software (DL) to rank and allocate financial resources of energy resources within a defined portfolio, considering the technical-economic, environmental, social and political dimensions. The energy resources characterization involves the removal of socioeconomic characteristics, environmental, the profile of those involved and interested in the energy sector, the listing of local energy resources (water, wind, solar, nuclear, geothermal, biomass, fuel cells among other). Constructive features have also been raised of existing technologies and that can be incorporated into the energy matrix of the region under study. The process of energy potential evaluation involves the calculation of theoretical potential energy of each existing energy resource in the region. After the assessment of potential, it was ranking resources through pre-established criteria in two different assessments: Full costs Deterministic Evaluation (ADCC) and Holistic Assessment of Full Costs (AHCC). To generate both rankings, it was used the software Decision Lens (DL) based on the method of Tiered Analysis process (PAH). With both assessment results, it is build the overall ranking of energy resources, used to build an energy resources portfolio. In the valuation of energy resources, environmental, social, technical economic and political attributes are considered to the resources valuation that may affect the portfolio selection within the IRP in the long term. The result of the valuation process is the disposable energy potential of the region in the study. Using the information above, finally, it was applied an analytical portfolio selection model of energy resources. It considered the ranking, the volume of investments, the environmental attributes (emission), social (IDH, number of jobs, occupation of land), political (Government incentives, taxes) and all the parameters related to the technical-economical selected technologies for the enjoyment of each energy resource. With the incorporation of these variables in the model, simulations for obtaining optimal portfolios for the construction of the Preferred Plan within the IERP.

O objetivo desta tese é construir um modelo de composição de carteiras de recursos energéticos dentro do Planejamento Integrado de Recursos Energéticos (PIR), aplicável em uma determinada região ou país. Este modelo inclui as etapas de definição do espaço geográfico de estudo, o mapeamento de recursos, a caracterização dos recursos energéticos existentes e sua valoração. Após estas etapas, é feita a composição de carteiras energéticas, seguida pela construção de cenários e análise de riscos e incertezas para a definição da carteira preferencial dos recursos energéticos da região. Como ferramentas de apoio, são adaptados modelos matemáticos aplicados em sistemas financeiros para a seleção e análise de carteiras de investimentos, modelos para a avaliação de riscos e incertezas, o software de Planejamento de Alternativas Energéticas de Longo Alcance (LEAP) para a criação de cenários e previsão da demanda energética e o software Decision Lens (DL) para o ranqueamento e a alocação de recursos financeiros dos recursos energéticos dentro da carteira definida, considerando as dimensões técnico-econômico, ambiental, social e política. A caracterização dos recursos energéticos envolve o levantamento das características socioeconômicas, ambientais, o perfil dos envolvidos e interessados do setor energético, a listagem de recursos energéticos locais (hídricos, eólicos, solares, nucleares, biomassa, geotérmicas, células a combustíveis dentre outros). Também são levantadas características construtivas das tecnologias existentes e que podem ser incorporadas na matriz energética da região em estudo. O processo de avaliação dos potenciais energéticos envolve o cálculo dos potenciais energéticos teóricos de cada recurso energético existente na região. Após a avaliação dos potenciais, faz-se a priorização ou ranqueamento destes recursos através de critérios pré-definidos, em duas avaliações diferentes: Avaliação Determinística dos Custos Completos (ADCC) e Avaliação Holística dos Custos Completos (AHCC). Para gerar ambos os rankings utiliza-se o software Decision Lens (DL) baseado no método do Processo de Análise Hierárquico (PAH). O cruzamento das avaliações resulta em ranking geral dos recursos energéticos, utilizado posteriormente para a construção de carteiras dos recursos energéticos. Na valoração dos recursos energéticos, consideram-se atributos ambientais, sociais, técnico-econômicos e políticos, que podem afetar a formação de carteiras eficientes dentro do PIR a longo prazo. O resultado do processo de valoração é o potencial energético realizável da região em estudo. Para este potencial, aplica-se o modelo analítico de formação de carteiras de recursos energéticos. Neste são considerados o ranking, o volume de investimentos, os atributos ambientais (emissões), sociais (IDH, número de empregos, ocupação de solo), políticos (incentivos governamentais, impostos) e todos os parâmetros técnicoeconômicos relacionados às tecnologias selecionadas para o aproveitamento de cada recurso energético. Com a incorporação destas variáveis no modelo, faz-se simulações para a obtenção de carteiras ótimas para a construção do Plano Preferencial dentro do Planejamento Integrado dos Recursos Energéticos. / The main objective of this thesis is to establish a model to guide the composition of energy resources portfolios in the process of the Integrated Resources Planning (IRP) in a region or a country. This includes steps such as the definition of the geographical space of study, mapping of resources, characterization of existing energy resources, and valuation of energy resources. After these steps, the portfolios are formed, followed by the construction of scenarios, and the analysis of risks and uncertainties for the definition of the preferential portfolio of energy resources in the region. Supporting tools based on mathematical models used in financial systems are adapted to the selection and analysis of investment portfolios, models for the evaluation of risks and uncertainties, the Long Range Energy Alternatives Planning Software (LEAP) to create energy demand scenarios and the Decision Lens Software (DL) to rank and allocate financial resources of energy resources within a defined portfolio, considering the technical-economic, environmental, social and political dimensions. The energy resources characterization involves the removal of socioeconomic characteristics, environmental, the profile of those involved and interested in the energy sector, the listing of local energy resources (water, wind, solar, nuclear, geothermal, biomass, fuel cells among other). Constructive features have also been raised of existing technologies and that can be incorporated into the energy matrix of the region under study. The process of energy potential evaluation involves the calculation of theoretical potential energy of each existing energy resource in the region. After the assessment of potential, it was ranking resources through pre-established criteria in two different assessments: Full costs Deterministic Evaluation (ADCC) and Holistic Assessment of Full Costs (AHCC). To generate both rankings, it was used the software Decision Lens (DL) based on the method of Tiered Analysis process (PAH). With both assessment results, it is build the overall ranking of energy resources, used to build an energy resources portfolio. In the valuation of energy resources, environmental, social, technical economic and political attributes are considered to the resources valuation that may affect the portfolio selection within the IRP in the long term. The result of the valuation process is the disposable energy potential of the region in the study. Using the information above, finally, it was applied an analytical portfolio selection model of energy resources. It considered the ranking, the volume of investments, the environmental attributes (emission), social (IDH, number of jobs, occupation of land), political (Government incentives, taxes) and all the parameters related to the technical-economical selected technologies for the enjoyment of each energy resource. With the incorporation of these variables in the model, simulations for obtaining optimal portfolios for the construction of the Preferred Plan within the IERP.