Acceso Energía Especial 06

Acceso Especial No. 6

EnergĂ­a

ABRIL 2018

Nota por Ricardo Granados

Semblanza

Ricardo Granados Ingeniero Industrial y de Sistemas y Maestro en Administración de las Tecnologías de la Información por el Tecnológico de Monterrey.

Anteriormente se desempeñó como asesor del Consejo de Administración de PEMEX para el Comité de Auditoria y el Comité de Medio Ambiente y Desarrollo Sustentable Experto en modelación dinámica y monitoreo de mercados del sector energético.

Ha colaborado activamente en proyectos de modelación prospectiva con el Tec de Monterrey y la Arizona State University.

Actualmente se desempeña realizando monitoreo de mercados energéticos y en especial dándole seguimiento al mercado eléctrico nacional utilizando una visión enfocada en los cambios tecnológicos y las tendencias de los mercados internacionales.

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INTRODUCCIÓN

Nueva York 1881

La manera en la que utilizamos la energía ha moldeado el mundo, por ejemplo en el siglo XVIII la transportación personal, el transporte masivo, la agricultura, los procesos industriales, y casi todas las actividades humanas utilizaban el músculo de animales o de los seres humanos como principal fuente de energía, las fuentes naturales y renovables de energía se utilizaban en menor medida para los molinos de agua o viento, las velas para la navegación, madera para calentar los hogares con fuego, etc.

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Una breve historia de la energía De acuerdo con Eric Morris (2007), en 1880, Nueva York y Brooklyn tenían una población combinada de entre 150,000 y 175,000 caballos.

La introducción de la máquina de vapor aumentó la utilización del carbón, Wiser, Wendell H. (2000) dice que, durante la revolución industrial, las máquinas de vapor empezaron a remplazar el agua y viento para las actividades que necesitan fuentes de energía constantes, eventualmente convirtió el carbón en la principal fuente de energía para finales del siglo XIX y permaneció con esa importancia hasta las primeras décadas del siglo XX, aún así el músculo no pudo ser reemplazado en todas las actividades, el transporte personal y para cortas distancias seguía siendo principalmente a caballo.

Revolución industrial, aumento de fábricas 1870

Thomas Alva Edison En 1884, el ingeniero británico Edward Butler construyó la primera máquina de combustión interna; Basado en esta máquina, Henry Ford introdujo al mundo el modelo T en 1908, solo 6 años después se habían vendido más de 250,000 unidades. Esto tuvo un gran impacto en el sector energético que fue cambiando las máquinas de vapor (carbón) por motores de gasolina (petróleo).

Planta de ensamble del modelo Ford T

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Una breve historia de la energía Desde entonces el uso de destilados de petróleo aumentó la utilización de esta fuente de energía hasta convertir al carbón en una fuente secundaria, el nuevo combustible más utilizado es el petróleo y se ha mantenido así hasta ahora, estos cambios también modificaron la manera en la que las ciudades se construyen, las actividades económicas, la agricultura, etc. En la década de 1950, los electrodomésticos ayudaron a hacer más fácil las labores domésticas y se empezó a utilizar más energía eléctrica.

Después de la introducción de la World Wide Web en 1991, el mercado de electrónicos de consumo han ido incrementando; La energía eléctrica se ha convertido en el medio más utilizado para consumir la energía, el automóvil a gasolina (petróleo) continúa siendo el medio de transporte para las distancias cortas, para las distancias largas el avión que utiliza turbosina (petróleo), el consumo energético ha ido cambiando, se sigue utilizando el músculo, el carbón, y la energía que proviene directamente de las fuentes naturales y renovables como el viento, el agua y el sol.

De acuerdo con el Instituto de Energía y Economía de Japón (IEEJ), la demanda del transporte de pasajeros y para el 2050 incrementará 3 veces la existente en 2005, lo que significa que el parque vehicular pasará de 900 millones a 2,400 millones de unidades.

Refrigerador General Electric 1950

En 1898, delegados de todo el mundo se reunieron en la ciudad de Nueva York para la primera conferencia de planeación urbana; El tema con mayor relevancia en las discusiones, a diferencia de lo que se podría pensar, no fue la construcción de hogares, el uso de tierra o la infraestructura; Los delegados estaban desesperados por resolver un tema, los desechos que los caballos dejaban sobre las calles de las ciudades.

La situación parecía muy grave; en 1894, el Times de Londres estimaba que para 1950 todas las calles de esa ciudad estarían bajo 3 metros de estiércol.

Los impactos ecológicos del sector transporte han ido incrementando con el tiempo, el calentamiento global se ha convertido en un tema fundamental para discutir entre las naciones, las emisiones del sector transporte es uno de los retos que las naciones tienen que solucionar para mantener las emisiones de gases efecto invernadero bajo control; De acuerdo con la IEEJ, para 1950 la demanda de energía y las emisiones de CO2 del sector transporte se van a duplicar comparado con los datos de 2005, solamente en el sector de transporte automotor las emisiones se incrementará 1.5 veces.

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Una breve historia de la energía

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n la actualidad, como los delegados en 1898, necesitamos encontrar una solución a esta situación tan grave, nuevos descubrimientos tecnológicos pueden ofrecer soluciones al problema de las emisiones del transporte, transfiriendo la fuente de energía para el transporte de gasolina a electricidad.

La opinión popular ha impulsado el uso de autos eléctricos, aparentemente ofrece una opción de transporte que no emite CO2 directamente a la atmósfera, además ofrece beneficios similares a sus contrapartes que usan gasolina, la tecnología se está volviendo cada vez más asequible y eficiente con el tiempo, pero que impacto tiene este cambio viendo el panorama completo.

¿Qué sucedería si cambiamos todos los vehículos de gasolina a electricidad?

Empecemos por describir un escenario en donde todos los vehículos que actualmente utilizan gasolina o diesel son reemplazados por vehículos que utilizan energía eléctrica y trataremos de exponer de manera global qué implica para el mundo y la manera en la que utilizamos la energía.

En la actualidad, de acuerdo con el Instituto de Energía y Economía de Japón, en 2015 había mil millones de vehículos en el mundo, únicamente 1.3 millones eran eléctricos, la economía mundial está haciendo posible que más personas tengan acceso a obtener un vehículo, es por este motivo que el IEEJ estima que para 2035 el mundo tendrá 2 mil millones de vehículos con el mayor crecimiento en Asia.

De acuerdo con los datos del Banco Mundial, el consumo de electricidad en 2014 fue de 3,125 kWh per capita por año en el mundo, ha crecido 2.6 veces desde 1971, en el mismo periodo de tiempo el consumo de gasolina se ha duplicado, pasando de 10,500 a 22,000 miles de barriles por día.

Las empresas automotrices están empezando a prepararse para este futuro, no está tan lejos como imaginamos, Volvo (2017) ha declarado que a partir de 2019 todos sus modelos serán eléctricos o híbridos, Volkswagen (2017), espera tener una opción eléctrica para todos sus modelos para 2030, GM (2017) espera tener en el mercado al menos 20 modelos totalmente eléctricos para 2023, las empresas japonesas empezaron desde hace tiempo con modelos totalmente eléctricos y están trabajando en avances tecnológicos para acelerar el tiempo de carga de los vehículos a 15 minutos, Tesla está popularizando la idea de que el auto eléctrico es el futuro y creando el auto de lujo eléctrico y está intentando en el futuro lograr lo que hizo Henry Ford con el modelo T, creando un modelo que pueda ser accesible por la mayoría de la gente.

La vida promedio de uso de un vehículo con motor a gasolina en los países desarrollados es de 10 años aproximadamente, en los países en desarrollo como México, la vida promedio se extiende a 20 años, esto quiere decir que para el 2050 la mayoría de los vehículos del mundo podrían ser eléctricos, por ahora la mayor parte del costo de un vehículo eléctrico son las baterías, la vida promedio de estas baterías es de 10 años antes de que los ciclos de carga y la retención hagan que el vehículo necesite cambiarlas, el costo hará que sea más sencillo obtener un vehículo nuevo que darle vida nueva a un vehículo con 10 años de uso, esto hará que la rotación se acelere incrementando la cantidad de materiales y desechos que se generan por el proceso de reciclaje y fabricación de vehículos y baterías.

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Una breve historia de la energía Hasta ahora las baterías se fabrican con materiales que son difíciles de obtener, en lugares distantes a los lugares donde se han fabricado los vehículos tradicionalmente, esto incrementa los costos de transporte de los componentes; En los últimos años, China, Estados Unidos, Alemania, entre otros están incrementando el número de patentes sobre baterías, lo que nos da un indicador que se está aumentando la investigación en este rubro y los avances están disminuyendo los costos y aumentando la vida útil y la velocidad de carga.

De acuerdo con datos de la Agencia Internacional de Energía (IEA), en su perspectiva 2017 para vehículos eléctricos, se alcanzó la meta de ventas acumuladas de vehículos eléctricos en 2016 por 2 millones de unidades, aún sigue siendo un porcentaje muy pequeño del total, pero es importante notar que la tendencia es exponencial y de crecimiento acelerado impulsado por las políticas contra el cambio climático adoptadas por la mayoría de los países, por otro lado China ha incrementado su porcentaje de manera importante, por otro lado India está alcanzando una estabilidad económica que en los próximos años puede favorecer que más personas tengan acceso a un vehículo por lo que se puede convertir en el siguiente jugador clave en el mercado de autos eléctricos.

Realizando una revisión de los modelos eléctricos disponibles en el mercado mexicano, podemos notar que el rango de la capacidad de las baterías va de los 22 a los 85 kWh por lo que en promedio la capacidad es de 50 kWh, de acuerdo con INEGI (2016), en México había cerca de 43 millones de vehículos y de acuerdo con CENACE la capacidad instalada en las principales plantas del sistema eléctrico es de 54,780 MW.

Fuente: Global EV Outlook 2017 IEA

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Una breve historia de la energía Por lo tanto, si todas las plantas mencionadas estuvieran generando electricidad al tope de su capacidad podríamos generar 54,780 MWh, en la hora pico de más consumo se consumen cerca de 40,000 MWh. Si transformamos todos los 43 millones de vehículos a consumir electricidad con baterías de 50 kWh se requieren 2,150,000 MWh para poder cargar esas baterías en una hora, es decir la capacidad de generación en México tendría que crecer 40 veces.

En la práctica no estarían conectados todos los vehículos al mismo tiempo, el tiempo de carga podría ser diferido en varias horas, actualmente toma entre 8 y 12 horas en una toma de voltaje normal, pero hay que tener en mente que se están investigando formas de carga rápida para disminuir este tiempo, aún suponiendo que se requiera solo la mita, incrementar 20 veces la capacidad instalada requiere una inversión muy importante, las redes de distribución tienen que mejorarse para aumentar la estabilidad, al mismo tiempo se tienen que expandir ya que las nuevas fuentes de generación eléctrica van a necesitar nuevas líneas de Transmisión.

En conclusión, si pronosticamos que para 2050 la gran mayoría de esos 43 millones de vehículos serán eléctricos, las preguntas más importantes que debemos formular son ¿Qué estamos haciendo para preparar la infraestructura eléctrica del País? Y tal vez más importante ¿Es la velocidad correcta?

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