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Sistema energético

Componentes físicos de un sistema energético 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, entrega y uso de energía". [3] : 1261 

Las dos primeras definiciones permiten medidas del lado de la demanda, incluida la iluminación natural , la modernización del aislamiento de los edificios y el diseño de edificios solares pasivos , así como factores socioeconómicos, como aspectos de la gestión de la demanda de energía y el trabajo remoto , mientras que la tercera no. El tercero tampoco tiene en cuenta la economía informal de la biomasa tradicional , que es importante en muchos países en desarrollo . [4]

Por tanto, el análisis de los sistemas energéticos abarca las disciplinas de la ingeniería y la economía . [5] : 1  Fusionar ideas de ambas áreas para formar una descripción coherente, particularmente cuando están involucradas 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, ubicados dentro de un entorno. [8] Estos componentes derivan de ideas encontradas en ingeniería y 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 cuestiones bajo investigación. Por tanto, el concepto de sistema energético es una abstracción que suele preceder a alguna forma de investigación basada en ordenador, como la construcción y el uso de un modelo energético adecuado . [9]

Visto en términos de ingeniería, un sistema energético se presta a la representación como una red de flujo : los vértices se asignan a componentes de ingeniería como centrales eléctricas y tuberías y los bordes se asignan a las interfaces entre estos componentes. Este enfoque permite agregar colecciones de componentes similares o adyacentes y tratarlas como una sola para simplificar el modelo. Una vez descritos así, se pueden aplicar algoritmos de red de flujo, como el flujo de costo mínimo . [10] Los componentes mismos pueden ser tratados como sistemas dinámicos simples por derecho propio. [1]

Modelado económico

Por el contrario, la modelización económica relativamente pura puede adoptar un enfoque sectorial con sólo detalles de ingeniería limitados. 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 energético 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 energéticas internacionales suelen desglosarse por operador, sector y subsector y país. [12] Los vectores de energía ( también conocidos como productos energéticos) se clasifican además en energía primaria y energía secundaria (o intermedia) y, a veces, energía final (o de uso final). Los conjuntos de datos energéticos 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 energéticas y balances energéticos con distintos niveles de detalle y coste y también ofrece proyecciones a medio plazo basadas en estos datos. [13] [14] La noción de portador de energía, tal como se usa en economía energética , es distinta y diferente de la definición de energía utilizada en física.

Alcances

Los sistemas energéticos pueden variar en alcance, desde local, municipal, nacional y regional, hasta global, dependiendo de los problemas que se estén investigando. Los investigadores pueden incluir o no medidas del lado de la demanda dentro de su definición de sistema energético. El Panel Intergubernamental sobre 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 en el hogar puede representarse utilizando técnicas de racionalidad limitada y comportamiento basado en agentes . [16] La Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia (AAAS) aboga específicamente por 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 energéticos

El concepto de servicio energético es central, particularmente cuando se define el propósito de un sistema energético:

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

Los servicios energéticos pueden definirse como servicios que se proporcionan mediante el consumo de energía o que podrían haberse proporcionado de esa manera. [18] : 2  Más explícitamente:

Cuando sea posible, la demanda debería definirse en términos de prestación de servicios energéticos, caracterizados por una intensidad apropiada [b] (por ejemplo, la temperatura del aire en el caso de la calefacción de espacios o los niveles de lux para la iluminancia ). Este enfoque facilita un conjunto mucho mayor de respuestas potenciales a la cuestión del suministro, incluido el uso de técnicas energéticamente pasivas (por ejemplo, aislamiento e iluminación natural modernizados ). [19] : 156 

Una consideración de los servicios energéticos per cápita y cómo dichos servicios contribuyen al bienestar humano y la calidad de vida individual es fundamental para el debate sobre la energía sostenible . Las personas que viven en regiones pobres con bajos niveles de consumo de servicios energéticos se beneficiarían claramente de un mayor consumo, pero en general no ocurre lo mismo con aquellas con altos niveles de consumo. [20]

La noción de servicios energéticos ha dado lugar a empresas de servicios energéticos (ESCo) que contratan la prestación de servicios energéticos a un cliente durante un período prolongado. La ESCo es entonces libre de elegir los mejores medios para hacerlo, incluidas las inversiones en el rendimiento térmico y el equipo HVAC de los edificios en cuestión. [21]

Estándares internacionales

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 fueron retirados antes de 2016, estos documentos proporcionan definiciones útiles y un marco para formalizar dichos sistemas. Los estándares describen un sistema energético dividido en sectores de oferta y demanda, vinculados por el flujo de productos energéticos comercializables (o artículos energéticos). Cada sector tiene un conjunto de insumos y productos, algunos intencionales y otros subproductos dañinos. Los sectores pueden dividirse a su vez en subsectores, cada uno de los cuales cumple un propósito específico. En última instancia, el sector de la demanda está presente para suministrar servicios basados ​​en dispositivos energéticos a los consumidores (ver servicios energéticos).

Rediseño y transformación del sistema energético.

El diseño del sistema energético 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 energías renovables 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 intermitencia del sistema , la contaminación del aire , diversos riesgos (como la seguridad humana, los riesgos ambientales, los riesgos de costos y los riesgos 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 (incluida el agua). y minerales raros y reciclabilidad de componentes), requisitos de tecnología/ desarrollo , costos, viabilidad , otros sistemas afectados (como el uso de la tierra que afecta los sistemas alimentarios ), emisiones de carbono, cantidad de energía disponible y factores relacionados con la transición (incluidos costos, mano de obra). cuestiones relacionadas y velocidad de implementación). [26] [27] [28] [29] [30]

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

Ver 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 ajustan al tamaño del componente. Ver propiedades intensivas y extensivas .

Referencias

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enlaces externos

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