miércoles, 15 de enero de 2020

Los costos del almacenamiento de energía van a la baja

En el ámbito internacional, las expectativas en el contexto energético son que las fuentes renovables sobrepasarán a las fósiles en los próximos años.
Como ejemplos de la afirmación anterior, podemos mencionar el caso de EEUU donde las energías solar y eólica están creciendo tan rápidamente que por primera vez en su historia, este país, obtendrá más energía renovable que del carbón para el año 2021, estos datos en concordancia con las proyecciones del Instituto de Análisis Económico y Financiero de la Energía. Esta situación se observa a pesar de la promesa del presidente Trump de salvar a la industria del carbón, que francamente va en declive. Para documentar este hecho podemos citar la quiebra de la compañía minera privada más grande del EEUU, Murray Energy, hace tres meses. Quiero enfatizar esta situación, e invitar a la reflexión sobre el hecho de que existe en México una presión para que instalemos más plantas generadoras de electricidad que usen gas natural o carbón, cuando los grandes inversionistas ya no las ven como una opción para el futuro. Así, hoy en día las compañías eléctricas estadounidenses están retirando rápidamente las viejas plantas de carbón y reemplazándolas con parques eólicos y solares. Notemos que no las están reemplazando por plantas de ciclo combinado, sino por fuentes renovables de energía. Otro ejemplo es el de Alemania que se ha comprometido en obtener un nivel de penetración de energía renovable del 80% para el año 2050. Observemos que su meta es con energías renovables que descartan la inversión en energía nuclear.
Estos ambiciosos objetivos energéticos para cambiar las acciones que nos han conducido al deterioro ambiental y a una tremenda desigualdad social requieren de una gran flexibilidad del sistema energético, en particular para la electrificación de la demanda de energía. Esta flexibilización en la demanda, como ya hemos mencionado, no es gratuita y requiere de inversión y soluciones innovadoras.
Una de las acciones que posibilitan flexibilizar la demanda es precisamente la instalación y conceptualización de sistemas de almacenamiento y así lograr una alta penetración de energía renovable.
Uno de los principales inconvenientes que hay en el sector energético es el costo “adicional” de estos sistemas de almacenamiento; sin embargo se requiere de un estudio más profundo de los costos reales de operación, la capacidad de almacenamiento y el nivel de penetración renovable en conjunto con la valoración de los costos ambientales y sociales de la implementación de estos sistemas.
Para motivar la necesidad de estos análisis de los costos de los sistemas de almacenamiento, déjenme mencionar que los precios de las baterías han pasado de los $1,100 USD por kWh en 2010 a $156 USD/kWh (en 2019) es decir han caído del orden del 87%. Con esta tendencia, la estimación de Bloomberg para el precio del almacenamiento para dentro de cuatro años (2023) es en promedio de $100 USD/kWh. Es más, este estudio prevé que para 2030 el costo de almacenamiento en baterías caerá hasta los $61 USD/kWh. Para tener una idea concreta de esa cantidad de energía, consideremos que una casa de consumo medio en nuestro país usa aproximadamente 2.5 kWh al día, así que con aproximadamente 400 USD se podría tener un sistema para almacenar la energía diaria. Estas reducciones en los precios se han podido lograr dado que las investigaciones en nuevos materiales para los cátodos, ánodos y empaquetamiento de las baterías tienden a mejorar el desempeño, la durabilidad y la sustentabilidad en general. Sí, efectivamente, hoy en día los científicos no solamente se preocupan por desarrollar materiales más eficientes o con mejores propiedades para obtener las máximas ganancias; sino que también enfocan sus estudios hacia la fabricación amigable con el ambiente y, en su caso del reciclaje de ellos en la concepción de los dispositivos finales, como las baterías.
Todos estos cambios en las formas con las que podemos suministrar la energía, y más precisamente, en la forma en la que los usuarios podemos satisfacer nuestras necesidades energéticas implica una mayor independencia y poder de decisión en las personas. Esta nueva forma de generación distribuida de energía está empezando a ser vislumbrada por las empresas o los gobiernos y las sociedades en los entornos acostumbrados a invertir con miras a producir productos con alto valor de intercambio. Nuestro sector empresarial requiere poner atención en estos tópicos para no perder competitividad en un entorno donde la forma de obtener energía está cambiando a pasos acelerados y, cada vez, es más barata obtenerla sin producir gases de efecto invernadero. Es más, nuestro sector social también tiene la oportunidad de adoptar a las fuentes de energía renovables para obtener independencia y ofrecer productos o servicios con alto valor de intercambio en lugares y situaciones donde el suministro de energía era complicado; pero ahora con cócteles de energías renovables y la creciente capacidad de almacenamiento es factible proveer de la energía necesaria para que las comunidades decidan su futuro.
En mi opinión, estamos en las vísperas de un cambio de paradigma en que la energía puede ser generada, almacenada y, por lo tanto, utilizada en sectores de la población donde no la había con calidad; pero debemos construir conocimiento para ello y no dejar que otros nos lo vendan. Deseo que en nuestro país, tomemos las medidas necesarias para, con ayuda de la selección de las energías renovables, mitiguemos el cambio climático y democraticemos el acceso a la energía limpia para construir bienestar social.


Una versión previa de este artículo fue publicada el día 15 de Enero en el periódico La Unión de Morelos.

miércoles, 8 de enero de 2020

Flexibilización de la demanda de energía: una acción que podemos implementar


En estos momentos en que la juventud está reclamando, entre otras cosas, que tomemos acciones concretas para contender con el uso de combustibles fósiles y modifiquemos la tendencia hacia un cambio climático que pudiera ser catastrófico. Es importante enfatizar las acciones que podemos implementar en nuestros entornos. La Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) ha emitido algunas recomendaciones para actuar en los entornos industrial, comercial y residencial y atender estos reclamos. Es decir, en todos los entornos en los que nos desenvolvemos (el gubernamental y de servicios tienen características similares al comercial) podemos atender estas recomendaciones y unirnos a las acciones.
Como ya mencioné anteriormente, la adecuación de nuestro sistema energético al uso masivo de las fuentes de energías renovables requiere de flexibilidad, tanto en la generación como en el uso (demanda) de la energía; y es, precisamente, en la adecuación flexible de la demanda donde los usuarios podemos incidir en forma directa y contribuir de manera firme a la transición energética. Estas acciones son independientes de las políticas gubernamentales a favor o no de las energías renovables variables (VRE); pero que los empresarios o la población en general puede implementar.
Lo primero que debemos reconocer es que la única forma de flexibilizar nuestra demanda es por medio de tecnología controlable y de innovaciones en las formas de uso de la energía.
En el sector industrial, hoy se usa parte de la demanda de combustibles fósiles para calentamiento de fluidos en diversos procesos. Para flexibilizar esta demanda de energía térmica pueden considerarse dispositivos como bombas de calor o calderas eléctricas que también podrían combinarse con almacenamiento solar-térmico para proporcionar flexibilidad adicional (por ejemplo, un sistema compuesto por una bomba de calor y calentamiento solar con almacenamiento térmico usa el posible exceso de VRE durante un período específico de tiempo o almacenar energía térmica y usarla en una etapa posterior para cubrir la demanda de calor cuando la generación de VRE sea baja o los precios de la electricidad sean altos).
En el sector comercial o de oficinas, debido a que los actuales edificios requieren sistemas de calefacción o refrigeración para mantener una temperatura ambiente confortable es necesario implementar estrategias bioclimáticas apoyadas por bombas de calor, posiblemente junto con el almacenamiento térmico y así proporcionar flexibilidad del lado de la demanda al sistema al evitar el uso de energía y en caso necesario almacenarla cuando los precios de la electricidad son bajos, para usarla en una etapa posterior. Es muy importante mencionar que en las regiones tropicales de nuestro país el desarrollo de estrategias bioclimáticas es una de las tareas más relevantes que redundarán en beneficios económicos, ambientales y sociales de mayor alcance y que no han sido consideradas en los países desarrollados, dejando la tareas innovativas para nosotros.
Otro de los aspectos que en estos momentos empiezan a ser redituables es la conversión de potencia en gas combustible. En particular, la conversión de energía solar o eólica en hidrógeno o metano para combustión es una de las estrategias para facilitar la transición energética y aumentar la flexibilidad. IRENA ha identificado al hidrógeno, producido con energía renovable, como el posible eslabón perdido de la transición energética que podría ayudar a descarbonizar profundamente los sectores industrial, comercial y residencial. Hoy en día en el mundo, la cantidad de hidrógeno producido con energía renovable es muy baja (solo el 4% de la producción de hidrógeno, principalmente como subproducto), pero se espera que aumente a 3 EJ para 2030 y a 19 EJ para 2050, lo que representa más de la mitad de la demanda de hidrógeno (29 EJ). Esta producción de hidrógeno a partir de energía renovable se logra mediante electrolizadores que son dispositivos que usan electricidad para separar los elementos que componen el agua y obtener gases de hidrógeno y oxígeno. Los electrolizadores pueden proporcionar flexibilidad a la demanda al ajustar la producción de hidrógeno para seguir los perfiles de generación de energía eólica y solar en períodos de alta disponibilidad de recursos y también pueden proporcionar servicios para equilibrar la carga en la red eléctrica.
Aunque no parezca los vehículos eléctricos (EV) pueden ayudar en la flexibilización de la demanda. En el caso de cargar con sistemas fotovoltaicos estos EV en edificios comerciales y lugares públicos, debido a que esta carga ocurriría cuando hay energía disponible, podrían ayudar a integrar una mayor cantidad de generación de energía solar fotovoltaica en el sistema, reduciendo las emisiones de dióxido de carbono y el costo total de generación de energía proporcionando flexibilidad del lado de la demanda.
Otro ejemplo ha sido el de Francia donde en las residencias se usaban calentadores de agua eléctricos y ahora se usa bombas de calor que hacen que la demanda de energía sea a horas donde el precio es menor. Una situación parecida podría darse en el sector industrial en nuestro país, donde el uso de bombas de calor acopladas a sistemas solares o eléctricos de calentamiento pudieran flexibilizar la demanda de energía y trasladarla a horas de menores costos. Las industrias que podrían verse beneficiadas por estas estrategias son la de alimentos, la turística, la papelera entre otras que requieran calentamiento de fluidos en sus procesos. Estas estrategias además de usar fuentes renovables uniformizan la demanda de energía de la red eléctrica.
Para enfatizar la necesidad de modificar nuestra demanda de energía para adecuarla a la oferta en fuentes renovables, quiero comentar que el organismo de control de electricidad en Texas (Electricity Reliability Council of Texas) tiene cerca de 20 años fomentando la flexibilización de la demanda de energía en el sector industrial. Notemos que Texas es uno de los principales proveedor de gas natural para nuestro país y en este contexto la apuesta es por la flexibilización para adoptar las VRE. Si este estado productor de combustibles fósiles está fomentando el uso de VRE es porque el futuro está en ellas y no en el uso del gas natural, por ejemplo.
De esta manera, invito al sector empresarial mexicano a visualizar la flexibilización de su demanda energética como una medida para actuar contra el cambio climático, que redundará en beneficios sociales y ambientales; pero sobre todo en beneficios económicos para ellos. Por supuesto, el sector académico esta listo para colaborar y construir las opciones innovadoras necesarias para conseguir la flexibilización de la demanda energética de los diferentes sectores empresariales en las diferentes regiones climáticas del país y en correspondencia con los aspectos culturales de las poblaciones.Todos los sectores de la población debemos solicitar se cambien las políticas energéticas con miras en el largo plazo, en lugar de mostrar la miopía y no visualizar el futuro de las generaciones por nacer con bienestar social.
Desde mi punto de vista, estas acciones de flexibilización energética contribuyen a la democratización en la generación de energía y, por lo tanto, contribuyen directamente hacia los objetivos del desarrollo sustentable, en particular al objetivo siete: energía accesible y limpia para la población, que son parte de los reclamos por la juventud.


Una versión previa de este artículo fue publicada el día 8 de Enero en el periódico la Unión de Morelos.

jueves, 26 de diciembre de 2019

Nuestro papel en la transición energéticas

En estos momentos en que el actual gobierno pretende hacer cambios de fondo en todas las estructuras y funciones de nuestra sociedad, donde se pretende hacer un cambio moral en la economía, parece que los desafíos que presenta la descarbonización del sector energético aterran a las dos empresas del estado en el sector. La transición energética que estamos viviendo radica de dos vertientes fundamentales: 1) el aumento del uso de fuentes renovables de energía, que son intrínsecamente variables, y 2) junto con el aumento de la electrificación en el uso final de la energía; vertientes que conjuntamente son la clave para la descarbonización de la economía en el largo plazo y con ello cumplir los compromisos para combatir el cambio climático.
Cuando digo aterran a PEMEX y a CFE me refiero a que, desde la perspectiva del actual gobierno, ellas son las responsables de proveer la energía a todo el país y de no estar bien planificada esta transición las grandes proporciones de energías renovables variables (VRE) junto la expansión de la electrificación podrían afectar la confiabilidad del actual sistema de energía.
Ante este escenario, quiero llamar la atención sobre la estrategia de flexibilización, no solo, de la oferta de energía sino también de la demanda que plantea la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA). El objetivo de la nueva estrategia es mitigar los posibles ajustes entre la oferta y la demanda inducida por la transición hacia las renovables.
Nosotros, como usuarios utilizando la ventaja que ofrecen las renovables, debemos estar conscientes que no solamente exijamos la flexibilidad en el lado de la oferta, sino que también debemos modificar nuestra demanda de energía, esto se conoce como un enfoque de flexibilidad del lado de la demanda energética. Es decir, los usuarios de la energía ahora tenemos la posibilidad de generar energía con fuentes renovables en el lugar donde se requiere, minimizando los costos y pérdidas energéticas por la transmisión del fluido eléctrico o transporte de los combustibles fósiles, y con ello contribuir a la descarbonización de la economía.
De acuerdo con IRENA, la flexibilidad del lado de la demanda se puede definir como la posibilidad de que la demanda energética pueda reducirse, aumentarse o desplazarse a un período de tiempo específico y diferente del actual para:
1) facilitar la integración de las VRE mediante la modificación de los perfiles de carga para que coincida con la generación de VRE,
2) reducir la carga máxima y la estacionalidad y
3) reducir los costos de generación de electricidad al cambiar la carga de períodos con alto precio de suministro a períodos con precios más bajos.
Para ver un ejemplo de la primera posibilidad, consideremos una lavadora programable que pueda ser ajustada para que inicie el ciclo de lavado a las 11:00 hrs y cuando la radiación solar esté disponible y pueda proveer de la energía suficiente para su funcionamiento mediante un sistema fotovoltaico. Así la demanda de energía puede coincidir con la oferta de energía en el sitio. La segunda posibilidad puede ser ilustrada, al construir edificaciones que contemplen las condiciones climáticas del entorno y disminuya en uso de los equipos de aire acondicionado. Con esta estrategia estaríamos disminuyendo la carga y la estacionalidad de nuestra demanda energética. En nuestro país el costo de la electricidad varía para algunos sectores de acuerdo con la hora del día. Por esta razón, las industrias podría modificar sus horarios y modificar sus patrones de carga, por ejemplo dar mantenimiento o descanso a algunas líneas de producción o simplemente contar con generadores eléctricos con biocombustibles que modifiquen la carga a la hora de mayor precio.
Por supuesto, coincido con los lectores que ya están comenzando a pensar que para esta flexibilización se requiere de mayor tecnología de la que ahora utilizamos y que ello implica costos adicionales de inversión. Efectivamente, así es, pero la combinación de diferentes estrategias de flexibilidad del lado de la demanda requiere de soluciones innovadoras y para ellos la demanda de ingenieros o de conocimiento especializado en el largo plazo significarán eficiencias y disminución de costo en el largo plazo. Estas soluciones incluyen el acoplamiento del sector (potencia a calor, potencia a gas y carga inteligente de vehículos eléctricos) junto con electrodomésticos inteligentes en edificios residenciales y comerciales y una respuesta activa desde la demanda energética industrial. Por supuesto que estas soluciones serán diferentes según el sector de uso final (industrial, comercial o residencial) y dependientes del lugar. De esta manera, no podemos dar soluciones universales para todas las regiones del país, pero las alternativas existen.
Quiero finalizar comentando que, el sector privado ya ha visto las bondades económicas y de independencia que brindan las fuentes renovables de energía y empiezan a vislumbrar las posibilidades de la flexibilización de su demanda energética y están caminando en esta dirección. En el sector residencial, la flexibilización parece ir de la mano con la utilización de electrodomésticos inteligentes que, para su implementación en grandes sectores, todavía se requiere de fomentar primeramente el bienestar social para que la mayoría de la población pueda contar con ellos. En el sector comercial la innovación en modelos de comercialización está abierta y con innumerables retos para todos los actores. En el sector social y gubernamental las posibilidades de innovación para la flexibilización de esta demanda puede ser muy creativa y resolver problemas añejos “pensando fuera de la caja”.
Las dos grandes empresas mexicanas en energía no deben ver la transición a las VRE como una amenaza, sino como el objetivo para verdaderamente construir el bienestar social que se les ha solicitado, mediante la democratización de la energía con la adopción e interconección de la generación distribuida a un sistema de transmisión y distribución adecuado.
Así, estas ideas ilustran que la transición energética hacia las VRE nos da la posibilidad colectiva e individual de contribuir, desde nuestras posibilidades, para contender con el cambio climático que estamos sufriendo.


Una versión previa de este artículo fue publicada el día 26 de Noviembre en el periódico la Unión de Morelos.

miércoles, 27 de noviembre de 2019

Incerteza en el conocimiento científico y la toma de decisiones

En estos textos he comentado en varias ocasiones que la toma de decisiones debe basarse en el conocimiento científico y que las acciones derivadas de estas decisiones seguramente ayudarán a resolver la problemática que enfrentamos. Sin embargo, es importante mencionar que el conocimiento científico tiene asociada incertidumbre en las afirmaciones y, aunque los científicos las reconocemos, muchas veces hablamos como si no existieran o, por otro lado, las enfatizamos y pareciera que todo fuera totalmente inexacto. Este último comportamiento, el de hablar cotidianamente con aseveraciones totalitarias puede conducir a malinterpretaciones por parte de la población en general al referirse al conocimiento generado. Esta situación es más sensible en temas donde puede haber debate mientras se construye el conocimiento, como por ejemplo el Cambio Climático Antropogénico.
Recientemente, aparecieron dos artículos abordando la problemática de la confianza en los datos científicos sobre el cambio climático en la revista Nature Climate Change y su influencia en la aceptación sobre el tema en la población de los hallazgos científicos. Aunque estos estudios fueron realizados en forma independiente y en dos poblaciones diferentes (Alemania y Estados Unidos) sus conclusiones son de llamar la atención para la población mundial y para los científicos en general.
Uno de ellos el publicado en el pasado mes de Octubre comenta que la confianza en el conocimiento que tiene la población puede ser muy relevante para la toma de decisiones en áreas de alta incertidumbre. En particular, para el área del cambio climático, donde existe información científicamente correcta junto con la información errónea en el discurso público y de algunos medios de comunicación o redes sociales. En ese trabajo se encontró que la confianza de los ciudadanos en sus conocimientos sobre el cambio climático fue solo alrededor de la mitad de lo que podría basarse en la precisión de sus conocimientos. Además, su confianza sobre la precisión del conocimiento que manifestaron fue menor para el área de cambio climático en comparación con la confianza que tienen en el conocimiento de ciencias en general. Los resultados de este trabajo sugieren que la confianza de los ciudadanos en su conocimiento sobre el cambio climático es innecesariamente confusa dado su conocimiento real sobre ellos. En mi opinión, esto puede deberse a la cantidad de malinformación que está siendo difundida con lenguaje pseudo científico en los medios masivos de comunicación o en las redes sociales.
En el otro estudio publicado en este mes se manifiesta la necesidad de presentar los resultados científicos asociados a la certeza con que son generados. Es decir, que es importante hacer conocer al público en general que los resultados tienen incertidumbre y que, la población debe aprender a manejar estas incertezas del conocimiento científico para tomar decisiones. Así en el tema del cambio climático, donde las predicciones no pueden hacerse con total certeza, reconocer la incertidumbre puede aumentar la confianza en los científicos y la aceptación pública de sus mensajes. Este estudio rechaza la afirmación de que expresar incertidumbre disminuye la persuasión. El público lego a menudo opera bajo el supuesto de que reconocer la incertidumbre reconoce la debilidad. Sin embargo, las personas en general parecen reconocer que la certeza completa en las predicciones futuras no es posible, especialmente en el contexto del calentamiento global. Así, si los científicos que admiten abiertamente las limitaciones inherentes a sus predicciones pueden reforzar su credibilidad y, como resultado, pueden aumentar el uso apropiado de los hallazgos científicos por parte de no expertos. Por esta razón, la comunicación óptima sobre el cambio climático puede implicar presentar incertidumbre que tiene límites predecibles sin abrumar al público con la discusión de factores que involucran incertidumbre irreducible.
Con este texto, quiero enfatizar dos puntos: 1) Para los científicos que tenemos que hablar al público en general manifestando la certeza que tenemos en nuestros hallazgos sin enfatizar en la imposibilidad del conocimiento total. 2) A las personas no especialistas (científicos en otras áreas o personas en general), recordarles que los conocimientos científicos tienen incertidumbres y que debemos aprender a manejar esos diferentes grados de certeza en el conocimiento científico para tener confianza en lo que conocemos y tomar decisiones más apegadas a estos conocimientos.
La ciencia construye constantemente conocimiento que puede hacer que cambiemos las decisiones que tomamos con anterioridad basadas en conocimientos previos.


Una versión previa de este artículo fue publicada el día 29 de Noviembre en el periódico La Unión de Morelos.