Revista IC 651 abril 2023

Cambio tecnológico, electrificación e implicaciones para el sistema eléctrico mexicano

Se presenta una reflexión sobre los procesos de cambio tecnológico en el sector de la energía, donde las tendencias recientes apuntan hacia una mayor electrificación, asociado a la búsqueda de la descarbonización de las economías. En este contexto, la electrificación del transporte, en particular de los automóviles, representa, por sus dimensiones y velocidad, un reto mayor para un sistema eléctrico como el de México, para lo cual se anotan algunos escenarios e implicaciones, además de líneas de acción de política pública.

Son cuatro los principales factores que empujan a una transición energética: el precio de los energéticos, que está directamente relacionado con su abundancia o escasez –con el petróleo como energético dominante–; las políticas públicas, que reflejan las preocupaciones sociales y que son definidas por los actores políticos; el cambio tecnológico, que es cada vez más acelerado; y las preferencias sociales, que a su vez influyen en los otros tres factores y son influidas por ellos. Desde esa perspectiva, la humanidad ha sido protagonista y sujeto de grandes transiciones energéticas desde que, en el siglo XVI, en Inglaterra se presentó una crisis de oferta de leña que llevó a utilizar masivamente el carbón.

Más recientemente, a partir de mediados del decenio de 1970, los sistemas energéticos fueron sujetos de otra gran transformación, primero por el gran aumento en el precio del petróleo, producto de renegociaciones globales forzadas por conflictos entre productores y consumidores, pero también por crecientes preocupaciones sociales debidas a los impactos ambientales de la producción y uso de combustibles fósiles. La necesidad de disminuir la dependencia del petróleo, pero también la mayor rentabilidad de una gran variedad de alternativas, aceleró el cambio tecnológico en la producción de energía, su transporte y distribución y, muy particularmente, su uso final, es decir, los dispositivos que nos permiten tener calor, frío, luz y fuerza motriz para una gran variedad de propósitos.

Como parte de estas grandes transformaciones, llegamos al final del primer cuarto de siglo XXI, con cuatro grandes corrientes que siguen transformando los sistemas energéticos en sus fuentes, su arquitectura y sus formas de funcionamiento. Estas corrientes, que se relacionan unas con otras, son: la continua y creciente electrificación, la descentralización de la oferta, la descarbonización y la digitalización.

La creciente electrificación, precisamente, está fuertemente asociada a la descarbonización, ya que se busca utilizar electricidad para servicios energéticos generada con fuentes de energía renovable o de bajas emisiones de gases de efecto invernadero, que permitan detener o desacelerar el cambio climático. Existe también un vínculo fuerte con la descentralización, que implica un sistema eléctrico que funciona con plantas de generación mucho más pequeñas que las tradicionales grandes instalaciones centralizadas de generación eléctrica, cuya expresión más evidente son los sistemas fotovoltaicos instalados en hogares.

A su vez, los sistemas eléctricos y los dispositivos que se alimentan de electricidad integran cada vez más elementos de la tecnología de las comunicaciones y la información.

Transporte eléctrico

En este contexto, en la última década ha venido creciendo la importancia de los vehículos eléctricos, que han pasado de existir como prototipos a ser parte importante de la producción global de vehículos de los grandes fabricantes, de manera que su precio podría igualar al de los de gasolina este año, con escenarios que estiman

ventas globales de autos eléctricos iguales a las de los de combustión interna en tres años (NYT, 2023).

Igualmente, si se considera que los ciclos de vida de la mayoría de los autos rondan los 20 años, no es arriesgado pensar que la natural renovación del parque vehicular, el costo competitivo de compra y operación de los vehículos eléctricos y una enérgica estrategia de los fabricantes lleven a considerar la posibilidad de que, en esos 20 años, en México tengamos una presencia mayoritaria de estos vehículos, con todo lo que eso implica.

Posibles implicaciones

para la red eléctrica de México

De esta manera, buscando prevenir lo que este gran proceso de cambio tecnológico puede implicar para México, se anotan algunas estimaciones simples.

La primera tiene que ver con el consumo de energía de un vehículo eléctrico y su contraste con uno de combustión interna. El rendimiento estimado es 3.5 veces mayor para el vehículo eléctrico, en términos de distancia recorrida por una misma cantidad de energía alimentada al vehículo en equivalencias energéticas de litros de gasolina y kilowatt-hora (el rendimiento estimado de un auto eléctrico es de 5 km por cada kilowatt-hora consumido, que equivale a cerca de 1.4 km por kilojoule, mien-

tras que el de un vehículo a gasolina es de cerca de 15 km por cada litro, que es igual a 0.4 km/kJ). Sin embargo, si lo analizamos en términos de energía primaria (la que alimenta a las grandes plantas de generación eléctrica o a las refinerías), el rendimiento puede llegar a ser igual cuando la electricidad que alimenta al auto eléctrico procede de una planta termoeléctrica de ciclo abierto (con eficiencias máximas de 33%), lo que implica que el vehículo eléctrico no ahorra energía al país ni resulta en reducción de emisiones. Por supuesto, si la electricidad proviene de celdas solares o aerogeneradores, la diferencia es abismal a favor del vehículo eléctrico.

La segunda estimación tiene que ver con el efecto en el consumo individual de una familia o de una vivienda. Suponiendo un recorrido de 20,000 km al año, el consumo eléctrico sería de 4,000 kWh, lo cual equivale a cuatro veces el consumo promedio de una vivienda en clima templado en México, que es un dato importante. Extrapolado a los 36 millones de vehículos ligeros que operan en México, este consumo sería equivalente al 68% de lo que se consume actualmente para todo el sistema eléctrico. Visto de esta manera, y suponiendo una renovación completa del parque vehicular en México en 20 años, se tendría una tasa adicional de 2% en el crecimiento requerido de la generación eléctrica en México, con sus consecuentes efectos en necesidades de nuevas plantas, redes de transmisión, subestaciones y redes de distribución.

Por supuesto, las implicaciones para el sistema eléctrico no solo tienen que ver con el aumento de la generación, sino con otro aspecto fundamental de los sistemas eléctricos, que es la demanda coincidente, la cual es resultado de la suma de las potencias de los equipos y sistemas que, al mismo tiempo, demandan electricidad para funcionar. Esta demanda varía a lo largo del día, pero tiene su mayor valor, según la temporada del año y la región, por la tarde o por la noche. Es precisamente esta demanda la que determina –más allá del volumen de energía entregada– el tamaño de las plantas de generación, de las redes de transmisión, de las subestaciones y de las redes de distribución hasta los usuarios finales. Por lo tanto, cuando crece la demanda máxima, crecen las necesidades de inversión en todo el sistema para que no se tengan apagones o alteraciones en el servicio.

En este sentido, si suponemos que el patrón dominante sea la recarga de baterías de los autos eléctricos por las tardes al regreso del trabajo, y que en 20 años todos los vehículos serán eléctricos, nos encontramos con tasas anuales de crecimiento de la demanda máxima de 5% o más, lo cual es un reto mayor y puede ocurrir de manera desigual en la red eléctrica, con riesgos de apagones en zonas con mayor densidad poblacional.

Las posibles líneas de acción para mitigar el impacto

Afortunadamente, la recarga en instalaciones domésticas no es el patrón dominante que se vislumbra hacia el futuro cercano. En Estados Unidos, donde existe una acelerada adopción de vehículos eléctricos, se perfilan varios caminos de solución, que van desde un reforzamiento de las redes de distribución, aprovechamiento de la generación eléctrica con energía solar en las viviendas y, muy particularmente, infraestructura de carga en centros de trabajo y comerciales.

Igualmente, y asociado a las capacidades existentes de las tecnologías de la información y comunicaciones, pueden establecerse tarifas de uso particular que premien o castiguen, según el caso, la carga de electricidad en vehículos según la hora y el lugar donde ocurra, lo que debe permitir un uso óptimo de la red eléctrica.

Desde esa perspectiva, en México debemos prepararnos para atender esta creciente demanda en varias líneas desde la política pública:

• Hacer un seguimiento muy cercano del crecimiento del mercado para poder predecir las necesidades de infraestructura en el tiempo (en términos de la velocidad del crecimiento y de los horarios de recarga) y el espacio (en términos de la localización geográfica de la demanda y su relación con la infraestructura existente).

• Definir las formas de recarga que sean más favorables para el sistema eléctrico y gestionar, invertir en o incentivar la instalación de puntos de carga en centros de trabajo y comerciales.

• Integrar al universo de tarifas eléctricas las señales que incentiven la recarga en los momentos del día con menor demanda y menores costos operativos al sistema.

• Establecer y vigilar regulaciones técnicas aplicables a equipos y sistemas de recarga en todo tipo de instalaciones.

• Establecer las regulaciones y los mecanismos de vigilancia correspondientes que atenúen los riesgos asociados a las baterías eléctricas en cuanto a sus riesgos de incendio y a su reciclado (todo o en partes) y su disposición final.

Otras perspectivas sobre la movilidad de personas Existen, por supuesto, otras soluciones, no tanto para atender la demanda de los vehículos eléctricos sino las necesidades de movilidad de la población. En este sentido, es necesario ampliar y mejorar las capacidades del transporte público (que, por supuesto, puede operar con vehículos eléctricos) y otras alternativas de movilidad que atiendan los requerimientos con menores impactos ambientales, como la bicicleta o el desplazamiento a pie, lo que entraña necesidades de otro tipo de infraestructura.

Asimismo, una perspectiva de largo plazo vislumbra ordenamientos urbanos más densos, con arreglos que disminuyan las distancias a la escuela, el trabajo, las compras o el entretenimiento, que sirva para reducir la congestión urbana, un problema que no se atiende si solo se busca volver eléctricos a los vehículos que actualmente y de forma creciente circulan en las ya muy congestionadas urbes del mundo.

Conclusiones

El cambio constante y acelerado de la tecnología, las nuevas preferencias sociales en cuanto a formas de movilidad y uso de la tecnología (cada vez más dependiente de la electricidad e interconectada por medios digitales), las preocupaciones sobre los efectos de los cambios climáticos resultado de crecientes concentraciones de gases de efecto invernadero en la atmósfera, además de lo asociado a los impactos, también crecientes, de la disposición de tecnología en desuso, implican retos mayores para la sociedad y quienes operan su gobierno. Por lo mismo, es necesaria una mayor atención y activismo de ambos sectores (sociedad y gobierno) para establecer las reglas básicas orientadas a aprovechar los muchos beneficios de este cambio tecnológico y atenuar sus inevitables impactos negativos

Referencias

New York Times, NYT (2023). Electric vehicles could match gasoline cars on price this year. Disponible en: www.nytimes.com/2023/02/10/ business/electric-vehicles-price-cost.html

ODÓN DE BUEN RODRÍGUEZ

Ingeniero mecánico electricista con maestría en Energía y Recursos. De 2013 a abril de 2023 fue director general de la Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía de México.