Cómo alcanzar la Sustentabilidad Energética

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1 Cómo alcanzar la Sustentabilidad Energética Dr. Gaudencio Ramos Niembro GARANI Asesores en Sustentabilidad, S.C. Resumen A veces repetimos tanto una palabra sin entenderla, que se queda ahí en nuestra imaginación, y termina teniendo poco que ver con lo que intenta describir. Con frecuencia, se utilizan como sinónimos: Desarrollo Sustentable, Cambio Climático y Calentamiento Global. Asimismo, cuando hablamos de acciones de debemos llevar a cabo para alcanzar la sustentabilidad energética, utilizamos ahorro de energía y uso eficiente de la energía, también como sinónimos. Por otro lado, valdría preguntarnos qué, cómo, cuándo, dónde, por qué, etc. tenemos que hacer para alcanzar la Sustentabilidad Energética. En el presente trabajo presentamos, en primer lugar, definiciones que nos permitan hablar en los mismos términos. Posteriormente se expone dónde nos encontramos y cómo podemos alcanzar la Sustentabilidad Energética. Finalmente, proponemos a discusión un nuevo paradigma de la energía. Introducción Se entiende por Desarrollo Sustentable el uso de los recursos naturales, de manera tal que, se satisfagan las necesidades de la presente generación, pero sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones ; Informe Bruntland, elaborado por la Comisión Mundial sobre Medio Ambiente y Desarrollo, ONU, en el año de Aún y cuando el concepto de desarrollo sustentable es muy amplio, cuando se hace referencia a los recursos naturales, en primer lugar se considera a los combustibles fósiles. Esto implica a su vez, ahorrar y hacer un uso eficiente de la energía. Ahorrar energía se define como: hacer uso de la tecnología que consume menos energía. Por ejemplo, cuando hablamos de iluminación, si utilizamos la luz natural, el consumo de energía es cero; si para iluminarnos utilizamos focos ahorradores, el consumo es menor que un foco incandescente. En el caso de un motor, si se selecciona el tipo y el tamaño requerido, el consumo es el necesario. Dicho en otras palabras, el ahorro está ligado a la tecnología. Uso eficiente de la energía se define como: utilizar la energía de manera eficaz (óptima), al realizar una actividad específica. Por ejemplo, cuando hablamos de iluminación, el prender la luz cuando se requiere y apagarla cuando no se usa, es utilizar la iluminación de forma eficiente; usarla un poco más eficiente sería, por ejemplo, colocar sensores de presencia, etc. En el caso del motor, un ejemplo de uso eficiente sería utilizar un variador de velocidad. Dicho en otras palabras, el uso eficiente de la energía es utilizarla cuando se requiere y, no utilizarla cuando no se requiere. La eficiencia energética se define como la capacidad para usar menos energía produciendo el mismo servicio o producto. Así, la eficiencia energética engloba tanto al ahorro como al uso eficiente. 1

2 Dónde estamos en ambos casos? En relación con el ahorro de energía oh sorpresa!, falta poco por hacer (bajo el paradigma actual). Por ejemplo, en iluminación artificial, existen tecnologías que sólo consumen el 10 % de las llamadas tradicionales (16% del consumo nacional). En el caso de los motores eléctricos, las eficiencias son mayores al 85% (45 % del consumo nacional). En los vehículos, hablando exclusivamente de los motores de combustión interna, se han alcanzado eficiencias de 17 km/litro, mientras que hace 30 años era normal hablar de 5 km/litro (25% del consumo nacional). En este escenario, cuando se habla de llevar a cabo un cambio tecnológico, una pequeña reducción del consumo implica un costo económico considerable. Cuando se hace referencia a al uso eficiente de la energía, se puede asegurar que falta mucho por hacer y, peor aún, no se tiene claro a dónde y cómo se puede llegar. El problema es, salvo contadas excepciones, que las personas: no saben, no entienden, no importa o no importa mucho, etc. En realidad no se tiene la cultura, no se cuenta con los recursos económicos, no...no.., etc. En este caso, si hay mucho camino por andar. En el presente trabajo, primeramente se presenta cuáles son las expectativas en el mundo en lo que respecta al ahorro, el uso eficiente de la energía y el impacto de las energías alternas. Más adelante se presentan, para el caso de México, cuáles son los principales usos finales y los potenciales de ahorro que existen. Finalmente, se bosqueja el llamado concepto de uso inteligente de la energía, el cual requiere de tres elementos: ahorro de la energía, uso eficiente de la energía y uso de fuentes alternas de energía. Demanda de energía La figura 1 muestra la evolución de la demanda de energía de las diversas economías del mundo durante el periodo y el pronóstico para los siguientes 25 años ( ). La figura 2 muestra, para los mismos períodos, la evolución de la demanda de combustibles (fuente: AIE). Figura 1. Demanda de energía por tipo de mercado. Figura 2. Demanda de energía por tipo de energético. Como se puede observar, al día de hoy no existe información que nos indique algún cambio en la tendencia de la demanda de energía o, al menos, indicios de que ésta habrá de reducirse. La causa, se dice, obedece a la elevada tasa de crecimiento económico, como resultado del progreso sostenido de las economías emergentes, particularmente de los países asiáticos. Es de resaltar que las previsiones de las energías renovables siguen la tendencia que la historia les marca, en lugar de ocupar el papel relevante que, según se afirma, deben tener. Ante este escenario, las principales agencias de energía pronostican que la situación es insostenible, pues continuar en la misma dirección tiene implicaciones profundas en las llamadas tres E s: seguridad energética (energy 2

3 ecurity), protección ambiental (environmental security) y desarrollo económico (economic development). En efecto, si se continúa con la misma tendencia en el uso de combustibles fósiles, las emisiones de CO2 que fueron de 29 Gt en 2007, para el 2020 alcanzarán las 40 Gt, es decir un incremento de 40%. En este escenario, se prevé un incremento en la temperatura de 6 C (AIE, World Energy Outlook, 2009). El llamado Escenario 450, consiste en estabilizar la concentración en la atmósfera en 450 ppm de CO2, lo que equivaldría a incrementar solamente la temperatura del planeta en solo 2 C; esta propuesta fue la que se comentó en la Reunión de las Partes en Copenhague, en el año Esta propuesta, vista como acciones a implementar, se muestra en la figura 3, donde se puede observar que la eficiencia energética representa del orden del 40% de las reducciones programadas. Figura 3.Medidas para reducción de emisiones. Figura 4. Escenario de reducción de emisiones. Figura 5. Consumo de energía por sectores. Visto como emisiones, la figura 4 muestra el escenario de los gases de efecto invernadero. La figura 5 muestra el consumo de energía por sectores, a partir de su balance de energía de la AIE, donde el sector de mayor consumo de energía es el de edificaciones, sumando comercial 27.1% y residencial 8.8%, los cuales requieren equipamiento similar (usos finales). La figura 6, muestra la propuesta de ahorro por sectores, donde el mayor impacto se espera en edificaciones (IEA Information paper; 2008). Figura 6. Impacto en el consumo de energía: recomendaciones de la IEA. Usos finales de la energía Un elemento clave en el diseño de programas de sustentabilidad, es el conocimiento del impacto de los usos finales en el consumo de energía. La tabla 1 muestra el consumo de energía eléctrica por sectores y por usos finales en México, mientras que la tabla 2 muestra lo relativo a los combustibles (Conae, 2008). 3

4 Tabla 1. Principales usos finales de energía eléctrica. Principales Usos finales Sector Industrial Residencial Comercial y Servicios Agrícola Municipal Subtotal Motores 36% 3% - 5% 1% 45% Iluminación 4% 6% 3% - 3% 16% Refrigeración 7% 6% 2% % Aire acondicionado - 6% 2% - - 8% Aire comprimido 10% % Subtotal 57% 21% 7% 5% 4% 94% Otros 2% 4% % Total 59% 25% 7% 5% 4% 100% Tabla 2. Principales usos finales de combustibles. Usos finales Sectores Residencial Comercial Industrial Transporte Agropecuario Total % Cocción alimentos 60% % Calentamiento de agua (uso sanitario) 40% % Calderas 40% 47% % Hornos 40% 6% % Calentadores a fuego directo 29% % Turbinas de gas 10% % Motores de combustión interna 10% 3% 100% 100% 2, % Otros 10% 5% % Total 100% 100% 100% 100% 100% 3, % Potenciales de Ahorro El impacto de las medidas deben considerar tres aspectos: el ahorro que tiene la medida (tecnología); su incorporación por parte del usuario (uso eficiente); y el universo que lo utiliza (sectores). A continuación se presentan potenciales de ahorro, en los siguientes usuarios: vivienda, oficinas, industria y transporte. Vivienda. El consumo de energía es función, tanto del nivel y tipo de equipamiento, como del clima de la región. Estudios indican que, los usuarios que viven en climas templados consumen, en promedio, del 35 al 40% en iluminación, del 30 al 35% en la conservación de alimentos, del 15 al 20 % en entretenimiento y de un 10 al 15 % en otros equipos. Por el contrario, los usuarios que viven en climas cálidos consumen, en promedio, del 35 al 60% climatización, del 26 al 16% en iluminación; del 18 al 11% refrigerador, del 13 al 8% entretenimiento y del 8 al 5% otros equipos (G. Ramos, 2000). En lo que respecta al uso de combustibles en las viviendas, los más utilizados para cocción de alimentos y calentamiento de agua son: la leña, el gas LP y el gas natural. Diversos estudios indican que, el 60 % del gas se utiliza 4

5 para calentamiento de agua y el restante 40 % en la cocción de alimentos. En relación con el uso del agua caliente, una familia de 4.5 personas requiere calentar 398 litros de agua por día, donde los usos finales son: 53% para el aseo personal, 34% en el lavado de trastos, 7% en el lavado de manos y el 6% en lavado de ropa. A continuación se presentan las principales medidas de eficiencia energética y sus potenciales de ahorro. fabricantes, se venden al año del orden de 245 millones, de los cuales, 200 millones se utilizan en el sector doméstico. El tiempo de vida de un foco incandescente es de mil horas. Si el tiempo promedio de uso de un foco es de 3.5 horas al día, el período de reposición es de 1 año. Gráfica 1. Consumo de energía (kwh/año) vs temperatura del termostato ( C). a) Aire acondicionado. Existen al menos cuatro formas de ahorrar energía cuando se utilizan equipos de aire acondicionado. La primera es a través de mejores prácticas, la cual consiste en mantener encendido el equipo sólo cuando se está utilizando. La segunda, también a través de mejores prácticas, es operarlo a la temperatura llamada de confort, la cual es de 25 C; esta temperatura puede ser mayor cuando se utiliza ropa ligera (28 C); un grado de temperatura puede corresponder al 10% de consumo de la energía. La tercera consiste en reemplazar los equipos de baja eficiencia por los de alta eficiencia, lo cual puede representar del orden del 6 % en ahorro. Y la cuarta alternativa es sustituir un equipo ineficiente (diez o más años de uso) por uno eficiente, lo cual representa ahorros entre 30 y 40% del consumo. La gráfica 1 muestra el consumo de energía en una vivienda en función de la temperatura del termostato (casa aislada, 100m2 y dos pisos). b) Iluminación. Los focos utilizados en las viviendas son los llamados incandescentes. Según los A partir del año 2012, por norma, se prohíbe el uso de focos incandescentes y en su lugar se venderán foco de halógeno, cuyo consumo es 30% menor, tienen el doble de vida y cuestan poco más de 4 veces. Las Lámparas Fluorescentes Compactas, LFC, consumen sólo el 25 % de un foco incandescente, su tiempo de vida es de 3 a 4 años y su costo es de diez a quince veces. Una tecnología que ya en un buen número de casos se aplica de manera exitosa, aunque está en proceso de desarrollo, es la conocida como LED s (Diodo Emisor de Luz o Light Emitting Diode, por sus siglas en inglés). Sus ahorros permiten alcanzar el 90% de la energía, conservando los mismos niveles de iluminación. Su costo puede ser hasta de 100 veces lo de un incandescente ($ y $4.50, respectivamente). 5

6 c) Refrigerador. El INEGI reporta que el 77 % de las familias cuentan con refrigerador, lo cual equivale a que poco más de 21 millones de hogares cuenten con este equipamiento. La comercialización en el mercado nacional de equipos nuevos es de poco más de dos millones de equipos al año (INEGI, 2003). El tiempo de vida de un refrigerador se estima en 15 años, pero es conocido que las familias lo utilizan un tiempo mayor. No se cuenta con un dato de reposición de equipos viejos a nivel nacional. Sin embargo, es sabido que el número de viviendas nuevas cada año es del orden de las novecientas mil, entre la autoconstrucción y las construidas por desarrolladores, por lo que es posible estimar que la reposición de equipos viejos por nuevos es mayor al millón de equipos. En el caso de los refrigeradores existen dos formas de ahorrar energía. La primera es hábitos de uso: poner el termostato en el punto de operación adecuado y evitar fugas de frío, entre otros. La segunda consiste en sustituir el refrigerador que tenga más de 15 años de uso por uno nuevo, el cual puede proporcionar hasta 60% de ahorro en el consumo. el llamado encendido electrónico. Esta alternativa permite ahorrar, por piloto, 2.58 kg de gas al mes. e) Calentamiento de agua de uso sanitario. A partir de información del INEGI, el 47 % de los hogares en México cuentan con un calentador de agua a base de gas, lo cual equivale a que cerca de 13 millones de hogares cuenten con este equipo. La comercialización en México de equipos nuevos es de 1.5 millones al año. El tiempo estimado de vida para estos equipos es de 10 años. Una alternativa para reducir el consumo de energía en el calentamiento de agua es el uso de calentadores solares. Estudios muestran que es posible reducir el consumo de gas para calentamiento con esta tecnología casi en un 100%. Es de mencionarse que el calentamiento de agua con calentador de gas utiliza del 40 al 60% del consumo. Oficinas. La tabla 3 muestra potenciales de ahorro promedio que se pueden alcanzar al aplicar medidas de carácter operativo o tecnológico en edificios de oficina (Conae, 2008). d) Cocción de alimentos. A partir de información del INEGI, en México, el 91 % de las familias cuentan con estufa para la cocción de alimentos, lo cual equivale a que 25 millones de hogares cuenten con este equipamiento. Se comercializan anualmente más de 2 millones de estufas. La alternativa para ahorrar gas es el sustituir los pilotos por Tabla 3. Potenciales de ahorro en oficinas Medida Potencial de ahorro (%) Operativa (mejores prácticas) 20 Iluminación Tecnológica a) Iluminación. Aire acondicionado Ambas En lo referente a las medidas operativas, su impacto se reflejará dependiendo de si la 6

7 iluminación se utiliza exclusivamente cuando se requiere o permanece encendida aunque nadie la esté utilizando; en efecto, muchos edificios permanecen encendidos durante toda la noche. En lo que respecta a tecnologías, existen actualmente tres, T12, T8 y T5, donde la primera de éstas clasificada como ineficiente. Un análisis entre T12 y T8 indica que esta última consume 60% menos energía y tiene el doble de vida. Un impacto adicional es que la energía en edificios se paga, por consumo y por demanda. Un análisis entre las tecnologías T12 y T5 indica que esta última presenta ahorros de energía promedio del 75%. b) Aire acondicionado. Para el caso de sistemas de acondicionamiento de aire, es necesario llevar a cabo un análisis detallado de cada inmueble, debido a la variedad de aparatos con que cuentan los edificios: tipo ventana, central, splits, chillers, aire lavado, etc. En números promedio, los ahorros por mejores prácticas pueden alcanzar un 10% por grado de temperatura. En relación con los ahorros por tecnología, éstos pueden alcanzar un 40% del consumo total. Industria a) Electricidad. Los principales equipos consumidores son: motores eléctricos, transformadores, iluminación y aires acondicionados. En relación con los motores, las eficiencias de estos equipos están entre el 90 y 95%, por lo que los cambios tecnológicos no parecerían proporcionar mayores ahorros y muy posiblemente el costo de los equipos podría incrementarse de forma importante. Sin embargo, las experiencias indican que el diseño del motor para un uso específico puede representar ahorros hasta de un 30% en el consumo de energía, por lo que la capacitación en esta área juega un papel importante. b) Combustibles. En términos amplios, el consumo de combustibles en particular y de los energéticos en general, presenta problemas importantes debido a la falta de instrumentación para monitoreo de consumos, lo que impide realizar evaluaciones energéticas de manera rutinaria. En efecto, durante la operación diaria, se desconocen los valores de las principales variables que impactan en el consumo. En el caso de los generadores de vapor, la principal área de oportunidad consiste en el cambio de quemadores, lo cual permitiría reducir el consumo de energía entre un 10 y un 20 %. Otra alternativa en estos equipos es el adecuado tratamiento del agua que utilizan. En efecto, la incrustación de sales al interior de los tubos tiene un gran impacto en la energía, debido a que se disminuyen las áreas de transferencia de calor, y como consecuencia se demande una cantidad adicional de combustible, que varía del 5 al 10 %. Un tercer impacto en el consumo de energía en estos sistemas está relacionado con las purgas continuas a los generadores, las cuales, normalmente se envían al drenaje, debido a que no existe una política de recuperación de 7

8 calor y agua. En estos casos, se pierde del orden del 10 al 15 % del agua, con la respectiva pérdida de energía eléctrica para su bombeo, además del combustible para el calentamiento del agua desperdiciada, el cual puede alcanzar un 2% de la energía total de calentamiento. En relación con los calentadores a fuego directo, al igual que los generadores de vapor, la principal área de mejora lo representan los quemadores y la falta de instrumentación para lograr un mejor aprovechamiento de la energía liberada por los combustibles. Otra área de oportunidad en estos sistemas está relacionada con los materiales de los refractarios utilizados, para evitar pérdidas de energía por radiación. El valor típico de pérdida de energía, en la gran mayoría de los calentadores a fuego directo, es del 3%, con respecto al consumo global de energía. Actualmente existen materiales que logran reducir a 1.5% las pérdidas. En lo que respecta a las turbinas a gas, la gran mayoría de estos equipos operan a ciclo a abierto, con una eficiencia promedio de 25%, lo cual, impacta en los consumos de gas seco, principalmente. En estos equipos, la principal área de oportunidad es aprovechar la energía residual de los gases de combustión, ya sea para satisfacer la demanda térmica o eléctrica de la industria, es decir la cogeneración o trigeneración. Transporte De forma similar a los otros sectores, las principales medidas de eficiencia energética en el transporte se clasifican en mejores prácticas y cambios tecnológicos. En el caso particular de mejores prácticas, la tabla 4 muestra los potenciales de ahorro medidos a través de la capacitación a los operadores de vehículos automotores, aplicando la conducción técnico - económica en sus unidades (Conae, 2008). Tabla 10. Potenciales de ahorro por mejores prácticas de conducción. Tipo de vehículo Porcentaje de ahorro (%) Tracto camión 11 Autobús foráneo de pasajeros 16 Panel de reparto 16 Microbús 16 Autobús urbano de pasajeros 17 Camioneta pick up (1.5 ton) 22 Automóvil particular 9 25 Durante la capacitación a los operadores de los vehículos se han medido otros beneficios no ligados con el ahorro de energía; tal es el caso en la reducción del uso del embrague (30 45%) y frenos (30-50 %). También, se ha identificado la reducción de las RPM de un 15 a 20 %, lo cual impacta en el consumo de gasolina. Los tiempos de recorrido de las pruebas son similares, antes y después de la capacitación. En el caso de flotas vehiculares, por acciones de carácter operativo administrativas, se han identificado potenciales adicionales, los cuales se muestran en la tabla 11. Tabla 11. Potenciales de ahorro por medidas operativo-administrativas. Actividad Potencial de ahorro (%) Capacitación 9 al 23 Mantenimiento 7 al 15 Gestión de combustible 5 25 Administración de la flota (*) Hasta 35 * Capacitación operadores, control de combustible, logística y mantenimiento 8

9 Un nuevo paradigma Aunque se dice que la energía se analiza por ambos lados, oferta y demanda, si se examinan las figuras 1 y 2, valdría preguntarse por qué no hay un cambio de tendencia en la demanda de la energía? La razón es que las cosas se hacen de la misma forma (as usual), sin plantearse cómo podrían cambiar, es decir un nuevo paradigma. Este nuevo paradigma se plante en dos etapas: el primero consiste en analizar el consumo de la energía desde el lado de la demanda y no de la oferta; y segundo, hacer un uso eficiente de la energía. Cuando se analiza el uso de la energía por el lado de la demanda, equivale a pensar en los usos finales (en que se usa la energía) y no en el suministro (de la energía). El uso inteligente de la energía se refiere al análisis de los usos finales, considerando cuatro aspectos: Cultura (uso eficiente); Tecnología (ahorro de energía); tecnologías alternas (equipos y sistemas alternos); y Fuentes alternas (principalmente energías renovables); como se muestra en la figura 7. Figura 7. Uso inteligente de la energía. Equipos y Cultura Combate al desperdicio (uso eficiente) sistemas alternos Tecnologías alternas Ahorro de energía Tecnología Si buscas resultados distintos, no hagas siempre lo mismo. Fuentes alternas Energías Renovables Albert Einstein Conclusiones Si bien la energía juega un papel preponderante en la Sustentabilidad Energética, no es en sí misma la principal responsable. Otros muchos factores son determinantes y cada uno de los actores está obligado a asumir la parte que le corresponde. Aquí se puede aplicar la paradoja aquella que dice vemos el árbol, pero no el bosque que tenemos enfrente. Filósofos, economistas, ingenieros y especialistas coinciden en que no estamos tomando en cuenta todo el conjunto de factores que deberíamos, como tampoco todo lo que podríamos hacer para enfrentar un problema global y que, por lo mismo, obliga a actuar a todos y cada uno de nosotros. Es necesario que los gobernantes, además de tomar las decisiones de política pública, eviten el efecto dañino de medidas aisladas o esporádicas y den paso a estrategias y acciones consistentes. Por su parte, la labor de los empresarios sería de proveer de lo necesario, con base en programas perfectamente definidos y sin menoscabo de su creatividad para lograrlo. Los seres humanos deberían tener acceso a todo aquello que les dé calidad de vida, pero supeditado, siempre, al bienestar de todos. El concepto de Desarrollo Sustentable es relativamente sencillo de expresar; sin embargo, su implementación se enfrenta a importantes desafíos, debido a que es preciso conciliar intereses entre todos los actores, tomando en cuenta la diversidad de culturas y clases sociales. No es la más fuerte de las especies la que sobrevive, ni tampoco la más inteligente, sólo la que se adapta al cambio. Charles Darwin 9