Ecosistema energético

Un sistema de energía es un sistema diseñado principalmente para suministrar servicios de energía a los usuarios finales. Tomando un punto de vista estructural, 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". El campo de la economía energética incluye los mercados energéticos y trata un sistema energético como los sistemas técnicos y económicos que satisfacen la demanda de energía del consumidor en forma de calor, combustibles y electricidad.

Las dos primeras definiciones permiten medidas del lado de la demanda, incluida la iluminación natural, el aislamiento de edificios reacondicionados 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 lo hace. El tercero tampoco da cuenta de la economía informal en biomasa tradicional que es significativa en muchos países en desarrollo.

El análisis de los sistemas energéticos abarca, por tanto, las disciplinas de la ingeniería y la economía. Fusionar ideas de ambas áreas para formar una descripción coherente, particularmente cuando se trata de dinámicas macroeconómicas, es un desafío.

El concepto de un 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 de energía es como cualquier sistema general y se compone de un conjunto de componentes que interactúan, ubicados dentro de un entorno. Estos componentes se 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". La identificación de los componentes y comportamientos de un sistema energético depende de las circunstancias, el propósito del análisis y las preguntas bajo investigación. Por lo tanto, el concepto de un sistema de energía es una abstracción que suele preceder a alguna forma de investigación basada en computadora, como la construcción y el uso de un modelo de energía adecuado.

Visto en términos de ingeniería, un sistema de energía 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 tratarlos como uno solo para simplificar el modelo. Una vez descritos así, se pueden aplicar algoritmos de red de flujo, como el flujo de costo mínimo. Los componentes mismos pueden tratarse como sistemas dinámicos simples por derecho propio.

Modelado económico

Por el contrario, el modelado económico relativamente puro puede adoptar un enfoque sectorial con detalles de ingeniería limitados. Las categorías de sector y subsector publicadas por la Agencia Internacional de Energía se utilizan a menudo como base para este análisis. Un estudio de 2009 del sector energético residencial del Reino Unido contrasta el uso del modelo Markal rico en tecnología con varios modelos de viviendas sectoriales del Reino Unido.

Datos

Las estadísticas internacionales de energía generalmente se desglosan por operador, sector y subsector, y país. 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 consistentes internamente, lo que significa que todas las existencias y flujos de energía deben equilibrarse. La IEA publica regularmente estadísticas y balances energéticos con diferentes niveles de detalle y coste y también ofrece proyecciones a medio plazo basadas en estos datos. 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 la física.

Ámbitos

Los sistemas de energía pueden variar en alcance, desde local, municipal, nacional y regional hasta global, dependiendo de los temas que se estén investigando. Los investigadores pueden o no incluir medidas del lado de la demanda dentro de su definición de un 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.

Las decisiones de consumo e inversión de los hogares también pueden estar incluidas en el ámbito de un sistema energético. Tales 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. La Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia (AAAS, por sus siglas en inglés) 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]".

Servicios energéticos

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

Es importante darse cuenta de 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.

Los servicios energéticos pueden definirse como servicios que se proporcionan a través del consumo de energía o que podrían haber sido así. Más explícitamente:

Siempre que sea posible, la demanda debe definirse en términos de suministro de servicios energéticos, caracterizados por una intensidad adecuada, 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 mayor de respuestas potenciales a la cuestión del suministro, incluido el uso de técnicas energéticamente pasivas, por ejemplo, aislamiento mejorado e iluminación natural.

Una consideración de los servicios de energía 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 por lo general no ocurre lo mismo con aquellos con altos niveles de consumo.

La noción de servicios de energía ha dado lugar a empresas de servicios de energía (ESCo) que contratan para proporcionar servicios de energía a un cliente por 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.

Estándares internacionales

ISO 13600, ISO 13601 e ISO 13602 forman un conjunto de estándares internacionales que cubren los sistemas técnicos de energía (TES). Aunque se retiraron antes de 2016, estos documentos brindan definiciones útiles y un marco para formalizar tales 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 subproductos intencionales y otros nocivos. Los sectores pueden dividirse a su vez en subsectores, cada uno cumpliendo un propósito específico. En última instancia, el sector de la demanda está presente para suministrar servicios basados ​​en energyware a los consumidores (ver servicios energéticos).

Rediseño y transformación del sistema energético

El diseño del sistema de energía incluye el rediseño de los sistemas de energía 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 de energía y vías de transformación para transiciones de energía renovable hacia 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, varios 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 (incluido el agua). y minerales raros y reciclabilidad de los 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). problemas relacionados y la velocidad de implementación).

El diseño del sistema de energía también puede considerar el consumo de energía, por ejemplo, en términos de demanda absoluta de energía, desperdicio y reducción del consumo (por ejemplo, a través del uso reducido de energía, mayor eficiencia y tiempo flexible), mejora de la eficiencia del proceso y recuperación del calor residual. Un estudio señaló un potencial significativo para un tipo de modelado de sistemas de energía para "ir más allá de los enfoques disciplinarios individuales hacia una perspectiva integrada sofisticada".