APLICAÇÃO DO PROMETHEE-ROC NA PRIORIZAÇÃO DE TECNOLOGIAS CRÍTICAS PARA A GERAÇÃO DE ENERGIA

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1 APLICAÇÃO DO PROMETHEE-ROC NA PRIORIZAÇÃO DE TECNOLOGIAS CRÍTICAS PARA A GERAÇÃO DE ENERGIA Tharcylla Rebecca Negreiros Clemente (UFPE) thnegreiros@ymail.com Adiel Teixeira de Almeida (UFPE) adielta@gmail.com Danielle Costa Morais (UFPE) daniellemorais@yahoo.com.br Luciana Hazin Alencar (UFPE) lhazin@ufpe.br Os problemas de decisão envolvidos no setor elétrico são caracterizados por níveis de complexidade assumidos pelo envolvimento de diversos fatores sociais, políticos, ambientais e governamentais. Dentre os problemas deste setor, destaca-se a priorização de tecnologias críticas para a geração de energia elétrica limpa, com impactos negativos reduzidos, em especial para o meio ambiente. Para a solução deste problema é proposta a aplicação do método PROMETHEE-ROC, baseado no enfoque multicritério de apoio à decisão, útil em situações em que há informações imprecisas relacionadas à importância dos critérios no contexto de decisão. A aplicação do método oferece resultados satisfatórios e argumentos que contribuem para sua indicação como ferramenta de suporte estratégico para o processo gerencial das organizações. Palavras-chave: Decisão multicritério, Tecnologias críticas, PROMETHEE-ROC

2 1. Introdução O processo de desenvolvimento do setor elétrico no Brasil recebeu suporte do avanço da tecnologia para construir metodologias e utilizar equipamentos favoráveis ao desenvolvimento de diversos setores organizacionais. A partir desta perspectiva, é notória a associação entre o desenvolvimento do setor elétrico produtivo e, as características e transformações do contexto socioeconômico (ABRADEE, 2015). Esta associação contribui para a formulação de aspectos relevantes para o investimento no fornecimento de energia, considerando os recursos utilizados no processo e as preocupações relacionadas ao desenvolvimento sustentável. Por esta perspectiva, o fornecimento de energia elétrica é um processo de alta relevância, pois este processo influencia diretamente o desenvolvimento social e econômico de uma organização (ANEEL, 2015). Por outro lado, este processo apresenta características que o indicam como um dos principais problemas para a manutenção da produção nacional e mundial (SCHWARZ et al., 2012). Este fato é caracterizado pelas evidências de impactos negativos causados pela geração de energia, em especial, sobre o meio ambiente (CHU; MAJUMDAR, 2012). Os impactos negativos sobre o meio ambiente são exemplificados pela produção de poluição e desgastes naturais, sobretudo, com a utilização de produtos derivados do petróleo como fonte de geração de energia para as indústrias. Em paralelo, a preocupação com as mudanças climáticas e os esforços para a redução das emissões de gases de efeito estufa proporcionam oportunidades para a busca de tecnologias alternativas e limpas, sobretudo as tecnologias críticas (MELO et al., 2003), para a produção de energia de forma contínua e com impactos negativos reduzidos, considerando o desenvolvimento sustentável das organizações (CORMIO et al., 2003). A oferta de alternativas para a geração de energia, em especial na indústria brasileira, acompanha a demanda por esses recursos e faz com que a matriz energética do país receba opções favoráveis para o desenvolvimento das organizações. No entanto, a oferta de tecnologias críticas evidencia problemas relacionados ao investimento no setor. Muitos fatores sociais, políticos, ambientais e governamentais exercem influência nos problemas envolvidos no contexto da indústria energética brasileira, e fazem com que os problemas apresentados sejam caracterizados pelo alto nível de complexidade, dificultando a estruturação dos problemas relacionados ao setor. Por esta perspectiva, surge a oportunidade de utilizar suporte analítico para apoiar o processo de tomadas de decisão, em especial, sobre a priorização de tecnologias críticas para a geração de energia elétrica. Devido à influência de diversos fatores, que contribuem para a análise de um amplo conjunto de alternativas, o enfoque multicritério de apoio à decisão se adéqua ao problema sobre a priorização de tecnologias críticas. O enfoque multicritério em problemas de decisão permite que as preferências do(s) decisor(es) sejam estruturadas e inseridas em um modelo analítico capaz de produzir interações para a aquisição de valores representativos, que possuem fundamentos para o processo de análise das alternativas disponíveis (ALMEIDA, 2013; ALMEIDA et al., 2015), neste caso, o conjunto de tecnologias críticas. A contribuição deste trabalho é propor uma solução para a priorização de tecnologias críticas, com suporte computacional e aplicação do método PROMETHEE-ROC (ALMEIDA et al., 2014; MORAIS et al., 2015; CLEMENTE, 2015), um método útil em situações de decisão com múltiplos critérios, racionalidade não compensatória na avaliação das alternativas e imprecisão sobre as preferências do decisor. 2

3 2. O Problema de priorização de tecnologias críticas Os estudos sobre a busca de tecnologias e metodologias alternativas para a geração e otimização do uso da energia elétrica apresentam cada vez mais relevância para as organizações produtoras, sobretudo pela demanda e requisitos exigidos para o desenvolvimento social (GUERRA et al., 2014). Veraszto et al. (2008) explicam que as tecnologias podem ser definidas pelo estudo de técnicas para o desenvolvimento de ferramentas e procedimentos úteis para o processo produtivo, com agregação de valor para uma organização. Quando as tecnologias assumem o carácter de influência estratégica, estas assumem características que, além de serem direcionadas para a geração de energia, são capazes de influenciar o crescimento produtivo e econômico em áreas específicas da produção. Sendo assim, são definidas como tecnologias críticas (MELO et al., 2003). Bimber e Popper (1994) apresentam três principais critérios para definir uma tecnologia como crítica : A tecnologia deve apresentar intervenções políticas relevantes no setor de atuação; A tecnologia deve distinguir-se das demais com características relacionadas à sua influência socioeconômica; A identificação da tecnologia deve ser permitida por entidades de vários setores. Estes critérios asseguram que as tecnologias críticas contribuem para o desenvolvimento das organizações e agregam valor ao processo produtivo (WAGNER; POPPER, 2003). Por esta perspectiva, o interesse em identificar as tecnologias críticas deve ser um processo prioritário para o planejamento e investimento de uma organização, visando às vantagens estratégicas e econômicas. No Brasil, a matriz energética é bastante diversificada e oferece várias tecnologias para a produção e distribuição de energia por fontes alternativas. Para cada tecnologia, pode ser identificado um nível estratégico de maturidade associado ao grau de influência destas tecnologias no desenvolvimento de outros processos, levando-se em consideração o risco e a manutenção da produção de energia (SCHOT; RIP, 1997). Este processo de identificação do nível de maturidade é especificado de forma sistemática e conhecido como Technology Readiness Assessment (TRA) (Department of Defense - USA, 2009). TRA considera conceitos, requisitos e capacidade tecnológicos para definir a maturidade de uma tecnologia crítica, através de uma escala de indicação de desempenho, que compara os níveis de maturidade conforme as áreas de aplicação (MANKINS, 2009). No Brasil, o aumento da demanda pelo consumo de energia elétrica e a busca por alternativas de geração de energia com impactos ambientas negativos reduzidos incentivam o investimento de tecnologias críticas no setor elétrico. Por tal, a matriz energética do país é composta por diversas fontes, tais como as fontes hidráulicas, gás natural, petróleo, carvão, nuclear, biomassa, eólica, solar, geotérmica, marítima e biogás (Empresa de Pesquisa Energética, 2015). A oferta de um amplo conjunto de alternativas oferece vantagens para diversos setores em termos de investimento, no entanto, as decisões sobre a seleção de qual alternativa investir podem se tornar complexas. Dentre as evidências desta complexidade está a indicação dos requisitos sobre o atendimento à demanda, a oferta do serviço constante e a garantia sobre a produção contínua para milhões de clientes em todo o território nacional, que a tecnologia deve responder. 3

4 Portanto, para a avaliação sobre o investimento em tecnologias críticas é preciso considerar diversos fatores influentes, e estruturar o problema de forma realista, considerando-se as preferências da organização sobre os diferentes aspectos influentes no processo estratégico. Desta forma, o problema de priorização de tecnologias críticas deve ser estruturado com a modelagem de preferências para indicar o grau de influência de cada um dos fatores de avaliação na determinação da tecnologia mais adequada para o contexto. Com isso, a abordagem multicritério apresenta vantagens no tratamento deste problema A análise multicritério sobre a priorização de tecnologias críticas As metodologias e recursos analíticos oferecem suporte satisfatório na modelagem de problemas de decisão, que envolvem múltiplos critérios e diferentes interesses de decisão sobre as alternativas, tais como escolha, ordenação ou classificação. Existem vários métodos disponíveis na literatura, e revisões sobre eles podem ser encontradas em Keeney e Raiffa (1976), Saaty (1980), Roy (1996), Vincke (1992), Roy e Bouyssou (1993), Belton e Stewart (2002), Almeida (2013). No entanto, a modelagem multicritério consiste em representar o conjunto de alternativas de decisão, o conjunto de critérios de avaliação e realizar interações para obter valores representativos sobre o desempenho de cada alternativa em cada critério, considerando as preferências do decisor em relação a essas variáveis, sobretudo na indicação da importância de um critério de avaliação para o contexto. Esta modelagem contribui para problemas do setor elétrico (LOKEN, 2007; KAHRAMAN et al., 2009; KAYA; KAHRAMAN, 2011). Na aplicação de métodos de decisão multicritério, uma das principais etapas é a construção da estrutura de preferências do decisor. Nesta etapa, o decisor deve fornecer informações suficientes para indicar seus interesses de avaliação, considerando a importância de cada critério para o problema de decisão. Em geral, quando o problema apresenta um conjunto relativamente pequeno de critérios, o decisor apresenta segurança em definir os valores diretamente. No entanto, quando o número de critérios aumenta, o decisor pode apresentar razões que dificultem a definição exata dos valores e incentivem-no a procurar metodologias de apoio. Para a aplicação eficiente dos métodos multicritério, os valores que representam a importância dos critérios devem ser exatos e representar o interesse real do decisor. Apesar deste requisito, em situações em que o número de critérios é relativamente grande, o decisor pode apresentar insegurança ou argumentos para não definir esses valores. Para tratar este tipo de situação, pode-se recorrer a metodologias capazes de tratar informações parciais (DIAS; CLIMACO, 2000; AGUAYO et al., 2014), tendo em vista a possibilidade de o decisor fornecer informações aproximadas sobre suas preferências. O contexto de priorização de tecnologias críticas apresenta esta situação: número de critérios grande e insegurança por parte do decisor em informar valores exatos sobre este conjunto de parâmetros. Com o interesse em ordenar as alternativas, assumindo informações parciais relativas às preferências do decisor, recomenda-se a aplicação do método PROMETHEE-ROC (ALMEIDA et al., 2014; MORAIS et al., 2015; CLEMENTE, 2015) para a solução do problema. 3. O método PROMETHEE-ROC 4

5 A estrutura matemática do PROMETHEE-ROC é baseada na interação entre as análises das relações de sobreclassificação aplicadas pelo método PROMETHEE II (BRANS; VINCKE, 1985) e a metodologia de pesos substitutos reconhecida por ROC (BARRON, 1992) para representar as preferências do decisor, considerando as informações parciais sobre a importância dos critérios para o problema de decisão. A adequação dos pesos ROC ao método multicritério foi comprovada por Clemente (2015). A utilização de técnicas que representem o valor dos critérios em problemas de decisão é um recurso que minimiza o esforço do decisor no processo de elicitação e permite que valores precisos sejam definidos para os pesos. A estrutura do PROMETHEE-ROC permite que as informações ordinais sobre o conjunto de critérios seja tratada de forma coerente para a aplicação do método multicritério, capaz utilizar a racionalidade não compensatória e as análises de sobreclassificação para ordenar as alternativas disponíveis. A estrutura lógica do PROMETHEE-ROC é ilustrada pela Figura 1. A estruturação do PROMETHEE-ROC consiste em definir o conjunto de alternativas de decisão e o conjunto de critérios de avaliação. Sobre os critérios, são incluídos seus atributos e a representação dos pesos pela metodologia ROC (BARRON, 1992). Esta é a etapa que destaca a contribuição do PROMETHEE-ROC, pois é solicitada apenas a informação sobre a ordem de prioridade dos critérios. Em seguida, a matriz de consequências é construída para a obtenção dos fluxos Positivo, Negativo e Total (BRANS; VINCKE, 1985). Por fim, é oferecida a ordenação das alternativas. Figura 1 Estrutura lógica do PROMETHEE-ROC A estrutura do PROMETHEE-ROC permite a formulação de especificações para a implementação de um Sistema de Apoio à Decisão (SAD) capaz de apoiar o processo de tomada de decisão. Desta forma, é possível elaborar, além das interações do método, uma análise de sensibilidade baseada em testes de correlação para verificar a robustez dos resultados recomendados. As características do PROMETHEE-ROC são destacadas pelas vantagens de adequação e aplicação em diferentes cenários de decisão, considerando a oportunidade de tratar problemas de ordenação com racionalidade não compensatória e informações parciais sobre os pesos dos critérios envolvidos no problema. Para este trabalho, a aplicação do método PROMETHEE-ROC é executada 5

6 sobre o problema de priorização de tecnologias críticas no contexto de geração e fornecimento de energia elétrica no território brasileiro. 4. Aplicação do PROMETHEE-ROC para priorização de tecnologias críticas Para a aplicação do PROMETHEE-ROC, é oportuna a apresentação da estrutura do problema de decisão que envolve a priorização de tecnologias críticas para a geração de energia elétrica. Na etapa de estruturação do conjunto de critérios de avaliação, foi utilizada a metodologia SODA (ACKERMANN, 2012), que consiste em realizar entrevistas e mapeamento cognitivo para indicar os interesses individuais e o posicionamento do decisor quanto à descrição dos parâmetros de influência na avaliação de tecnologias críticas. Desta forma, foi possível identificar seis objetivos e dezenove critérios influentes no contexto em análise, representados pela Tabela 1. Tabela 1 Objetivos e critérios considerados na análise de tecnologias críticas para geração de energia Os objetivos e critérios envolvidos no problema de priorização de tecnologias críticas exercem influência sobre aspectos ambientais, sociais, intelectuais, econômicos, industriais e estratégicos, e formalizam uma parte dos requisitos necessários para o processamento do problema no SAD. Os critérios apresentados pela Tabela 1 consideram três tipos de escalas: Escala de Impacto (EI): Consiste em avaliar o grau de impacto exercido pela tecnologia crítica, considerando uma escala de valor entre o mais alto e mais baixo nível de impacto, definidos pelas análises do decisor; 6

7 Escala de Tempo (ET): Consiste na verificação do intervalo de tempo em que as tecnologias críticas são produzidas e mantidas no mercado. Sendo assim, a ET pode indicar curto, médio ou longo prazo; Escala de Condição de Limitação de Desenvolvimento Tecnológico (EC): Consiste em indicar se a tecnologia tem influências, ou não, no desenvolvimento de outros processos produtivos. As escalas apresentadas são associadas a cada tipo de critério, que assume diretrizes de maximizar ou minimizar, conforme apresentado da Tabela 1. Para o presente estudo, foi selecionado um conjunto de quatorze tecnologias críticas disponíveis na indústria brasileira. A Tabela 2 apresenta os atributos para cada uma delas. A Tabela 2 foi construída a partir de uma consulta aos documentos públicos que apresentam equipamentos e procedimentos disponíveis para o território brasileiro, em relação à produção e fornecimento de energia elétrica. Tabela 2 Conjunto de tecnologias críticas para geração de energia A principal contribuição do PROMETHEE-ROC é a representação dos pesos dos critérios a partir da informação ordinal estes parâmetros. Desta forma, o método, apoiado pelo SAD, requer que a ordem dos critérios seja inserida a estrutura de avaliação. A Figura 2 representa a interface do SAD com a matriz de avaliação e o vetor de dados sobre os critérios. Figura 2 Apresentação da matriz de consequências e do vetor de pesos 7

8 A definição dos pesos ROC assume a informação ordinal sobre os critérios para definir valores cardinais que representam a importância de cada um desses parâmetros no contexto de decisão. Quanto maior o posicionamento do critério, maior será seu valor de contribuição no problema. A Tabela 3 representa os pesos ROC obtidos para cada um dos critérios. Tabela 3 Pesos ROC para os critérios de avaliação A estrutura matemática do PROMETHEE-ROC oferece a primeira recomendação para o problema em questão com base na teoria das relações de sobreclassificação, em que as alternativas assumem um valor de fluxo que 8

9 indicará a ordem de prioridade sobre elas, considerando-se o valor obtido como a avaliação de desempenho para cada alternativa de decisão. A Figura 3 ilustra a ordenação das tecnologias críticas, obtida em primeira instância. Figura 3 Recomendação do PROMETHEE-ROC sobre as tecnologias críticas para geração de energia De acordo com os resultados obtidos pela aplicação do método, a tecnologia crítica que deve ser priorizada é o Sistema de Automação (Aut), componente da área de Telecomunicação. Em seguida, são sugeridos os Fotossensores (FotS) e a Energia Eólica, componentes das áreas de Ótica e Mecânica, respectivamente. O resultado da aplicação do método é representado pela Tabela 4. Tabela 4 Resultado final sobre a priorização de tecnologias críticas para a geração de energia Alocado em primeira posição, os Sistemas de Automação (Aut) têm a característica de utilizar comandos programados para executar os processos operacionais, utilizando recursos computacionais com inserção mínima 9

10 de erros. As técnicas utilizadas por esses sistemas são eficientes e capazes de serem aplicadas em diferentes sistemas de produção, pois apresentam custos reduzidos, alta velocidade de produção, menor emissão de resíduos, e melhores condições de segurança, avaliando-se o bem-estar humano e o investimento de material. Os resultados obtidos pela aplicação do PROMETHEE-ROC são satisfatórios e permitem a verificação da contribuição do estudo sobre pesos ROC na modelagem multicritério. No entanto, a análise sobre a alocação de cada tecnologia crítica é recomendada para que possíveis análises sejam elaboradas e indicadas para o investimento de uma organização. Esta recomendação é oportuna diante das críticas apresentadas sobre a metodologia de pesos ROC. Uma das principais críticas sobre os pesos ROC é que esta metodologia define um valor muito alto para o critério alocado em primeira posição, e a amplitude da diferença entre os valores dos outros critérios é relativamente pequena. As críticas argumentam que esta consideração pode influenciar na alocação das alternativas, considerando que as alternativas com melhor avaliação nos critérios de maior peso seriam melhores posicionadas na ordenação final. Por esta perspectiva, o SAD implementado apresenta módulos de análises de sensibilidade, capazes de avaliar a robustez dos resultados obtidos em primeira instância. Uma das análises oferecidas pelo SAD corresponde a um módulo interativo em que o decisor pode selecionar os critérios, individualmente, e variar seus valores, em termos percentuais, para verificar a influência desta alteração no resultado final. Neste tipo de análise, podem ser evidenciados os limites dos valores que os critérios podem assumir para manter o resultado da ordenação ou os valores em que a ordenação apresenta maior sensibilidade. Assumindo-se a crítica de que os pesos ROC indicam valores muito altos para o critério alocado em primeira posição, procurou-se analisar a sensibilidade dos resultados quando os pesos dos critérios alocados nas quatro primeiras são semelhantes, assim como as cinco últimas posições do ordenamento. O cenário simulado é apresentado pela Figura 4 e assegura os resultados obtidos para a primeira, segunda e última posição das alternativas ordenadas. Figura 4 Análise de sensibilidade sobre os pesos dos critérios 10

11 A análise de sensibilidade sobre o peso dos critérios fornecida pelo SAD é útil para argumentar que a amplitude de valores definidos pelos pesos ROC não é o principal argumento para a ordenação das alternativas e que o desempenho destas nos diversos critérios influencia sua alocação. A contribuição da análise de sensibilidade é relevante para detalhar e verificar possíveis variações de resultados, o que oferece flexibilidade para o decisor determinar suas diretrizes estratégicas. Para o cenário estudado, o decisor apresentou confiança nos resultados sugeridos para a solução do problema envolvendo a priorização de tecnologias críticas na geração de energia para o território brasileiro, o que favorece a disseminação das contribuições do PROMETHEE-ROC como método de apoio a diversos contextos organizacionais. 5. Considerações Finais Os problemas envolvidos no setor elétrico brasileiro são caraterizados pelo envolvimento de fatores sociais, políticos, ambientais e governamentais, que influenciam nas indicações de níveis de complexidade dos problemas apresentados pelo setor. Por esta perspectiva, a contribuição de métodos de apoio à decisão multicritério oferecem suporte analítico e estratégico para o tratamento desses problemas. Em destaque, é apresentado o problema sobre a priorização de tecnologias críticas para a geração de energia elétrica no Brasil. A eficiência do método PROMETHEE-ROC é evidenciada no suporte ao tratamento de problemas voltados para a ordenação de alternativas assumindo racionalidade não compensatória e informações ordinais sobre os pesos dos critérios envolvidos no problema. Para o presente estudo, o PROMETHEE-ROC foi aplicado ao problema de priorização de tecnologias críticas para a geração de energia elétrica na indústria brasileira. Para apoiar a aplicação do método foi desenvolvido um SAD com interfaces gráficas e instruções facilitadas para a interação do método, além de módulos funcionais de análise de sensibilidade. 11

12 Com os resultados obtidos pela aplicação do PROMETHEE-ROC, é possível considerar a eficiência do método e evidenciar sua contribuição na agregação de valor em processos de decisão em diversos contextos organizacionais. Agradecimentos Os autores agradecem o apoio parcial do CNPq. REFERÊNCIAS ABRADEE Associação Brasileira de Distribuidores de Energia Elétrica. Visão Geral do Setor Elétrico. Disponível em < Acesso: Maio, ACKERMANN, F. Problem structuring methods in the Dock : Arguing the case for Soft OR. European Journal of Operational Research, 219, , AGUAYO, E.A.; MATEOS, A.; JIMENEZ, A. A new dominance intensity methods to deal with ordinal information about a DM s preferences within MAVT. Knowlefdge-based Systems, 69, , ALMEIDA, A.T. Processo de Decisão nas Organizações: Construindo Modelos de Decisão Multicritério. 1. ed. Editora Atlas, São Paulo: ALMEIDA, A.T.; MORAIS, D.C.; ALENCAR, L.H.; CLEMENTE, T.R.N.; KRYM, E.M. e BARBOZA, C.Z. A Multicriteria Decision Model for Technology Readiness Assessment for Energy Based on PROMETHEE method with surrogate weights. In: IEEE International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management, Selangor - Malaysia, 2014, Proceedings of IEEM ALMEIDA, A.T. de; CAVALCANTE, C.A.V.; ALENCAR, M.H.; FERREIRA, R.J.P.; ALMEIDA-FILHO, A.T. e GARCEZ T.V. Multicriteria and Multiobjective Models for Risk, Reliability and Maintenance Decision Analysis. International Series in Operations Research & Management Science, v New York: Springer, ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica. Relatórios Gerenciais. Disponível em < Acesso: Maio, BARRON, F.H. Selecting a best multiattribute alternative with partial information about attribute weights. Acta Psychologica, 80, , BELTON, V.; STEWART T.J. Multiple Criteria Decision Analysis: An Integrated Approach. Dordrecht, The Netherlands: Kluwer, BIMBER, B. e POPPER, S.W. What is a Critical Technology? Santa Monica, CA: RAND Corporation, BRANS, J.P.; VINCKE, P. A preference ranking organization method. Management Science, 31, , CHU, S. e MAJUMDAR, A. Opportunities and challenges for a sustainable energy future. Nature. 488, p , CLEMENTE, T.R.N. Estudo de Pesos Substitutos para o Método PROMETHEE II e Aplicação em Modelo para Avaliação de Tecnologias Críticas. Recife: UFPE, p. Tese (Doutorado) Programa de Pós- Graduação em Engenharia de Produção, Recife, CORMIO, C.; DICORATO, M.; MINOIA, A. e TROVATO, M. A regional energy planning methodology including renewable energy sources and environmental constraints. Renewable and Sustainable Energy, p ,

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