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Sistema energético

Componentes físicos de un sistema de energía genérico que suministra combustibles y electricidad (pero no calefacción urbana ) a los usuarios finales

Un sistema energético es un sistema diseñado principalmente para suministrar servicios energéticos a los usuarios finales . [1] : 941  La intención detrás de los sistemas energéticos es minimizar las pérdidas de energía a un nivel insignificante, así como garantizar el uso eficiente de la energía. [2] El Quinto Informe de Evaluación del IPCC define un sistema energético como "todos los componentes relacionados con la producción, conversión, distribución y uso de energía". [3] : 1261 

Las dos primeras definiciones permiten medidas orientadas a la demanda, como la iluminación natural , el aislamiento de edificios modernizado y el diseño de edificios con energía solar pasiva , así como factores socioeconómicos, como aspectos de la gestión de la demanda energética y el trabajo a distancia , mientras que la tercera no lo hace. La tercera tampoco tiene en cuenta la economía informal en la biomasa tradicional , que es significativa en muchos países en desarrollo . [4]

El análisis de los sistemas energéticos abarca, por tanto, las disciplinas de la ingeniería y la economía . [5] : 1  Fusionar ideas de ambas áreas para formar una descripción coherente, en particular cuando intervienen dinámicas macroeconómicas , es un desafío. [6] [7]

El concepto de sistema energético está evolucionando a medida que entran en servicio nuevas regulaciones, tecnologías y prácticas, por ejemplo, el comercio de emisiones , el desarrollo de redes inteligentes y el mayor uso de la gestión de la demanda de energía , respectivamente.

Tratamiento

Desde una perspectiva estructural, un sistema energético es como cualquier sistema y está formado por un conjunto de componentes que interactúan entre sí y se encuentran dentro de un entorno. [8] Estos componentes derivan de ideas que se encuentran en la ingeniería y la economía . Desde una perspectiva de proceso, un sistema energético "consiste en un conjunto integrado de actividades técnicas y económicas que operan dentro de un marco social complejo". [5] : 423  La identificación de los componentes y comportamientos de un sistema energético depende de las circunstancias, el propósito del análisis y las preguntas que se investigan. Por lo tanto, el concepto de un sistema energético es una abstracción que generalmente precede a alguna forma de investigación basada en computadora, como la construcción y el uso de un modelo energético adecuado . [9]

En términos de ingeniería, un sistema energético se presta a ser representado como una red de flujo : los vértices corresponden a componentes de ingeniería como centrales eléctricas y tuberías , y los bordes corresponden a las interfaces entre estos componentes. Este enfoque permite que conjuntos de componentes similares o adyacentes se agreguen y se traten como uno solo para simplificar el modelo. Una vez descritos de esta manera, se pueden aplicar algoritmos de red de flujo, como el flujo de costo mínimo . [10] Los componentes en sí mismos pueden tratarse como sistemas dinámicos simples por derecho propio. [1]

Modelado económico

Por el contrario, un modelo económico relativamente puro puede adoptar un enfoque sectorial con solo un limitado nivel de detalle técnico. Las categorías de sectores y subsectores publicadas por la Agencia Internacional de Energía se utilizan a menudo como base para este análisis. Un estudio de 2009 sobre el sector de la energía residencial del Reino Unido contrasta el uso del modelo Markal , rico en tecnología, con varios modelos sectoriales de viviendas del Reino Unido. [11]

Datos

Las estadísticas internacionales de energía suelen desglosarse por portador, sector y subsector, y país. [12] Los portadores de energía ( también conocidos como productos energéticos) se clasifican además como energía primaria y energía secundaria (o intermedia) y, a veces, energía final (o de uso final). Los conjuntos de datos de energía publicados normalmente se ajustan para que sean internamente consistentes, lo que significa que todas las existencias y flujos de energía deben equilibrarse . La AIE publica periódicamente estadísticas y balances energéticos con distintos niveles de detalle y costo y también ofrece proyecciones a medio plazo basadas en estos datos. [13] [14] La noción de portador de energía, tal como se utiliza en la economía energética , es distinta y diferente de la definición de energía utilizada en física.

Ámbitos

Los sistemas energéticos pueden tener un alcance que va desde lo local, lo municipal, lo nacional, lo regional y lo global, según las cuestiones que se investiguen. Los investigadores pueden incluir o no medidas del lado de la demanda dentro de su definición de sistema energético. El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) lo hace, por ejemplo, pero cubre estas medidas en capítulos separados sobre transporte, edificios, industria y agricultura. [a] [3] : 1261  [15] : 516 

Las decisiones de consumo e inversión de los hogares también pueden incluirse en el ámbito de un sistema energético. Estas consideraciones no son comunes porque el comportamiento del consumidor es difícil de caracterizar, pero la tendencia es incluir factores humanos en los modelos. La toma de decisiones de los hogares puede representarse utilizando técnicas de racionalidad limitada y comportamiento basado en agentes . [16] La Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia (AAAS) defiende específicamente que "se debe prestar más atención a la incorporación de consideraciones de comportamiento distintas del comportamiento impulsado por los precios y los ingresos en los modelos económicos [del sistema energético]". [17] : 6 

Servicios de energía

El concepto de servicio energético es central, sobre todo a la hora de definir el propósito de un sistema energético:

Es importante tener en cuenta que el uso de la energía no es un fin en sí mismo, sino que siempre está dirigido a satisfacer las necesidades y los deseos humanos. Los servicios energéticos son los fines para los cuales el sistema energético proporciona los medios. [1] : 941 

Los servicios energéticos pueden definirse como servicios que se proporcionan a través del consumo de energía o que podrían haberse suministrado de esa manera. [18] : 2  Más explícitamente:

La demanda debería definirse, siempre que sea posible, en términos de prestación de servicios energéticos, caracterizados por una intensidad adecuada [b] –por ejemplo, la temperatura del aire en el caso de la calefacción de espacios o los niveles de lux para la iluminación– . Este enfoque facilita un conjunto mucho más amplio de posibles respuestas a la cuestión de la oferta, incluido el uso de técnicas energéticamente pasivas –por ejemplo, aislamiento modernizado e iluminación natural– . [19] : 156 

En el debate sobre la energía sostenible es fundamental tener en cuenta los servicios energéticos per cápita y la contribución de estos servicios al bienestar humano y a la calidad de vida individual . Las personas que viven en regiones pobres con bajos niveles de consumo de servicios energéticos se beneficiarían claramente de un mayor consumo, pero no ocurre lo mismo en general con quienes tienen niveles elevados de consumo. [20]

El concepto de servicios energéticos ha dado lugar a la creación de empresas de servicios energéticos (ESCo, por sus siglas en inglés) que contratan servicios energéticos a un cliente durante un período prolongado. La ESCo tiene entonces libertad para elegir los mejores medios para hacerlo, incluidas las inversiones en el rendimiento térmico y el equipo de calefacción, ventilación y aire acondicionado de los edificios en cuestión. [21]

Normas internacionales

Las normas ISO  13600 , ISO 13601 e ISO 13602 forman un conjunto de normas internacionales que cubren los sistemas técnicos de energía (TES). [22] [23] [24] [25] Aunque se retiraron antes de 2016, estos documentos proporcionan definiciones útiles y un marco para formalizar dichos sistemas. Las normas describen un sistema energético dividido en sectores de oferta y demanda, vinculados por el flujo de productos energéticos comercializables (o energywares). Cada sector tiene un conjunto de entradas y salidas, algunos subproductos intencionales y otros nocivos. Los sectores pueden dividirse a su vez en subsectores, cada uno de los cuales cumple un propósito específico. El sector de la demanda está presente en última instancia para suministrar servicios basados ​​en energyware a los consumidores (véase servicios energéticos).

Rediseño y transformación del sistema energético

El diseño de sistemas energéticos incluye el rediseño de los sistemas energéticos para garantizar la sostenibilidad del sistema y sus dependientes y para cumplir con los requisitos del Acuerdo de París para la mitigación del cambio climático . Los investigadores están diseñando modelos de sistemas energéticos y vías de transformación para las transiciones de energía renovable hacia una energía 100% renovable , a menudo en forma de documentos de texto revisados ​​por pares creados una vez por pequeños equipos de científicos y publicados en una revista .

Las consideraciones incluyen la gestión de la intermitencia del sistema , la contaminación del aire , diversos riesgos (como los de seguridad humana, ambiental, de costos y de viabilidad), la estabilidad para la prevención de cortes de energía (incluida la dependencia de la red o el diseño de la red), los requisitos de recursos (incluido el agua y los minerales raros y la reciclabilidad de los componentes), los requisitos de tecnología/ desarrollo , los costos, la viabilidad , otros sistemas afectados (como el uso de la tierra que afecta a los sistemas alimentarios ), las emisiones de carbono, la cantidad de energía disponible y los factores relacionados con la transición (incluidos los costos, los problemas relacionados con la mano de obra y la velocidad de implementación). [26] [27] [28] [29] [30]

El diseño de sistemas energéticos también puede considerar el consumo de energía , por ejemplo en términos de demanda energética absoluta, [31] reducción de desperdicios y consumo (por ejemplo, mediante un menor uso de energía, mayor eficiencia y tiempos flexibles), mejora de la eficiencia de procesos y recuperación de calor residual . [32] Un estudio señaló un potencial significativo para un tipo de modelado de sistemas energéticos para "ir más allá de los enfoques disciplinarios únicos hacia una perspectiva integrada sofisticada". [33]

Véase también

Notas

  1. ^ El capítulo del IPCC sobre agricultura se titula: Agricultura, silvicultura y otros usos de la tierra (AFOLU).
  2. ^ El término intensidad se refiere a cantidades que no se escalan con el tamaño del componente. Véase propiedades intensivas y extensivas .

Referencias

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