Por esa razón, este trabajo se enfoca en la integración del espacio multidimensional de sistemas humanos y naturales acoplados, ya que este enfoque se está volviendo más útil para llegar a un entendimiento fundamental y en la toma de decisiones sobre las agendas energéticas.
Dado que, en el pasado, la densidad de potencia de los combustibles fósiles proporcionó una emancipación temporal de la dependencia de la tierra, pero, al reemplazar los combustibles fósiles con energías renovables, la tierra bien puede volver a ser una limitación para la producción de energía en México, dada su tenencia de la tierra basada en los bienes comunes y las propiedades compartidas (ejidos). En consecuencia, tal vez se vea que el sector de la energía entra en competencia con otras funciones sociales y económicas que pueden manifestarse a menudo como conflictos sociales.
Además de esos puntos, los planes de la Secretaría de Energía de México eran reducir el nivel de CO2 emitido en 2010 (7.48E + 08 tCO2eq) en 30% para 2020 y en 50% para 2050. Actualmente, en 2022, estos objetivos parecen incumplidos, quizás porque los actores relevantes y la participación pertinente de los recursos renovables son en realidad parte de un sistema complejo no lineal. Esta dinámica se evidencia a continuación, en el desarrollo de este artículo.
Factibilidad, Viabilidad y Deseabilidad.
En este artículo, se enumeran tres tipos de restricciones: (i) más allá del control humano (factibilidad), (ii) bajo control humano (viabilidad), y (iii) determinadas por instituciones existentes y valores normativos (deseabilidad). Estas tres restricciones están entrelazadas, lo que quizás dificulta aislarlas.
La factibilidad se emplea en este trabajo como los límites más allá del control humano, como la disponibilidad de recursos energéticos y el nexo entre diferentes recursos.
La viabilidad se refiere a aquellas limitaciones bajo el control humano, que pueden depender de la tecnología actualmente disponible o anticipada. En este trabajo se cuestionan tanto las capacidades de generación como de transmisión sobre planes viables para el futuro del sector de las energías renovables y la red.
La deseabilidad implica esas preocupaciones sobre los cambios en el comportamiento de consumo / producción. Específicamente, aquí se refiere a si los cambios necesarios en el uso de la tierra tienen en cuenta adecuadamente el sistema de tenencia de la tierra de México, con base en sus bienes comunes), junto con el hecho de que este país depende del gas natural de los EE. UU., para generar electricidad para la industria (esto relacionado con el TLCAN).
Patrón metabólico de México
La mayor parte de la electricidad de México fue consumida por el sector industrial (47%), seguido por el sector doméstico (18%) y finalmente el sector de servicios (19%). Las pérdidas durante la transmisión y distribución de electricidad representaron una porción significativa (15%) en comparación con las de su importación (1%) y exportación (2%). Las principales fuentes de generación de electricidad en México son los combustibles fósiles, principalmente combustóleo, gas natural y carbón, seguidos de la hidroelectricidad. En otras palabras, casi todas las fuentes primarias son del tipo de carga base, con algunas opciones de carga máxima y fuentes de carga base con baja flexibilidad. Las fuentes renovables intermitentes no juegan un papel vital en la matriz de producción actual. La mayor parte de la electricidad es generada por plantas de ciclo combinado y consumida por el sector industrial.
Constricciones por Intermitencia
Las propiedades intermitentes de las fuentes solares y eólicas constituyen una limitación porque sus flujos de generación no siempre están disponibles y pueden variar mucho a lo largo de las estaciones e incluso días; por tanto, su utilidad depende del almacenamiento. Además, su generación de electricidad no coincide con la demanda en tiempo real y carece de flexibilidad.
Faltan documentos que informen sobre el almacenamiento en México, y quizás el almacenamiento podría ofrecer una solución parcial para la intermitencia de las fuentes de electricidad renovables, pero el problema de la densidad de potencia no se resuelve con baterías. Además, en la literatura, varios estudios advierten sobre el ciclo de vida y los impactos ambientales locales de los materiales para la construcción de baterías. A esto podríamos agregar, las múltiples pérdidas que se deben a la congestión en el sistema de transmisión. Quizás una perspectiva descentralizada de gestión común podría producir una solución prometedora y adecuada en lugar de adoptar enfoques estrictamente de arriba hacia abajo gestionados por el estado.
Nexo energía-emisiones-superficie
la principal sustitución es de plantas de combustóleo que utilizan el combustóleo residual del sistema de refinación mexicano. Las plantas de combustóleo pesado, las plantas de carbón y las plantas de combustión interna son plantas de carga base con baja flexibilidad y también los principales emisores intensivos del sistema eléctrico mexicano. Mientras tanto, las plantas eólicas y solares son intermitentes, las más intensivas en tierra, y los emisores menos intensivos. Su papel en la generación de electricidad prospectiva para 2030 muestra que estas fuentes se sumarán significativamente a la matriz de uso de la tierra.
Las plantas de ciclo combinado son menos intensivas en emisiones que las plantas de carbón y combustóleo, pero la cantidad de generación de electricidad prevista para 2030 muestra que las emisiones resultantes de esta fuente se sumarán considerablemente a la matriz de emisiones.
El factor de utilización difiere entre las diferentes fuentes. Las fuentes de carga base con baja flexibilidad tienen mayores factores de utilización de la matriz, a excepción de las plantas de combustóleo, cuyo factor de utilización es menor que los de las plantas eólicas y de ciclo combinado. En el caso de las plantas de ciclo combinado, el factor de utilización es más significativo que los de las plantas de combustión interna y las plantas de carbón, que se emplean en México más como fuentes de carga base para fines industriales. En el caso de las plantas eólicas y solares, sus factores de utilización son menores debido a sus propiedades intermitentes. Las centrales hidroeléctricas tienen un factor de utilización bajo aunque su función es ser una carga con alta flexibilidad que cubra las cargas máximas diarias (picos de demanda). Las centrales hidroeléctricas se ubican mayoritariamente en el sureste y no coinciden con la demanda industrial más extensa e intensiva del noreste. El mismo dilema afecta a las fuentes eólica y solar, que dependen de una distribución espacial que no siempre coincide con la demanda.
La baja densidad de potencia de las fuentes alternativas de producción de electricidad puede incrementar el uso de suelo del sector eléctrico que opera en México. Numéricamente, la competencia con otros usos de la tierra no es significativa, ya que su uso total de la tierra anticipado para 2030 es solo el 0.35% del uso total de la tierra en México. Sin embargo, si comparamos el potencial cambio de uso del suelo con la tenencia social de la tierra, se hace evidente la importancia de tener en cuenta la tierra, ya que muchos conflictos sociales han involucrado este tipo de propiedad. La importancia en este caso no es cuánto sino dónde, ya que aproximadamente el 98% de la tierra se basa en los ejidos y los comunes.
las importaciones de gas natural superan la producción nacional de gas natural. En particular, este patrón aumentará a medida que se utilice gas natural para reemplazar las fuentes de emisión intensiva y como respaldo para las fuentes intermitentes. Si continúan los patrones actuales, las emisiones de gas natural aumentarán considerablemente.
El consumo de electricidad de México difiere del de la mayoría de los demás países desarrollados. La principal fuente de demanda de electricidad en México es el sector industrial, mientras que en la mayoría de los demás países desarrollados son los sectores de hogares y servicios. La demanda asociada al sector industrial es incompatible con el tipo de suministro que brindan las fuentes intermitentes de electricidad, lo que se traduce en una demanda creciente de gas natural necesario para compatibilizar la demanda industrial con la oferta intermitente. Este hecho explica (i) la evolución de la capacidad instalada de las centrales de ciclo combinado y (ii) las importaciones de gas natural, coincidiendo con el aumento de la demanda industrial para electricidad. De hecho, el sector industrial juega un papel crucial en el TLCAN.
Las tendencias actuales en el sector eléctrico mexicano parecen diferir de lo esperado en los planes del gobierno mexicano, situación que implica que o la transición a fuentes alternativas de electricidad es más complicada de lo esperado o el ritmo de implementación es demasiado lento. El aumento de fuentes de carga base con alta flexibilidad, como el gas natural, marca la primera sustitución en el sector eléctrico mexicano. Al reducir la generación de electricidad con carbón y combustóleo, el gas natural seguirá reduciendo las emisiones por unidad de electricidad producida.
El factor de utilización difiere entre las diferentes fuentes. Las fuentes de carga base con baja flexibilidad tienen mayores factores de utilización de la matriz, a excepción de las plantas de combustóleo, cuyo factor de utilización es menor que los de las plantas eólicas y de ciclo combinado. En el caso de las plantas de ciclo combinado, el factor de utilización es más significativo que los de las plantas de combustión interna y las plantas de carbón, que se emplean en México más como fuentes de carga base para fines industriales. En el caso de las plantas eólicas y solares, sus factores de utilización son menores debido a sus propiedades intermitentes. Las centrales hidroeléctricas tienen un factor de utilización bajo aunque su función es ser una carga con alta flexibilidad que cubra las cargas máximas diarias (picos de demanda). Las centrales hidroeléctricas se ubican mayoritariamente en el sureste y no coinciden con la demanda industrial más extensa e intensiva del noreste. El mismo dilema afecta a las fuentes eólica y solar, que dependen de una distribución espacial que no siempre coincide con la demanda.
Constricciones por la superficie
La baja densidad de potencia de las fuentes alternativas de producción de electricidad puede incrementar el uso de suelo del sector eléctrico que opera en México. Numéricamente, la competencia con otros usos de la tierra no es significativa, ya que su uso total de la tierra anticipado para 2030 es solo el 0.35% del uso total de la tierra en México. Sin embargo, si comparamos el potencial cambio de uso del suelo con la tenencia social de la tierra, se hace evidente la importancia de tener en cuenta la tierra, ya que muchos conflictos sociales han involucrado este tipo de propiedad. La importancia en este caso no es cuánto sino dónde, ya que aproximadamente el 98% de la tierra se basa en los ejidos y los comunes.
Dependencia del gas natural
las importaciones de gas natural superan la producción nacional de gas natural. En particular, este patrón aumentará a medida que se utilice gas natural para reemplazar las fuentes de emisión intensiva y como respaldo para las fuentes intermitentes. Si continúan los patrones actuales, las emisiones de gas natural aumentarán considerablemente.
Discusión y perspectivas a futuro
El consumo de electricidad de México difiere del de la mayoría de los demás países desarrollados. La principal fuente de demanda de electricidad en México es el sector industrial, mientras que en la mayoría de los demás países desarrollados son los sectores de hogares y servicios. La demanda asociada al sector industrial es incompatible con el tipo de suministro que brindan las fuentes intermitentes de electricidad, lo que se traduce en una demanda creciente de gas natural necesario para compatibilizar la demanda industrial con la oferta intermitente. Este hecho explica (i) la evolución de la capacidad instalada de las centrales de ciclo combinado y (ii) las importaciones de gas natural, coincidiendo con el aumento de la demanda industrial para electricidad. De hecho, el sector industrial juega un papel crucial en el TLCAN.
Las tendencias actuales en el sector eléctrico mexicano parecen diferir de lo esperado en los planes del gobierno mexicano, situación que implica que o la transición a fuentes alternativas de electricidad es más complicada de lo esperado o el ritmo de implementación es demasiado lento. El aumento de fuentes de carga base con alta flexibilidad, como el gas natural, marca la primera sustitución en el sector eléctrico mexicano. Al reducir la generación de electricidad con carbón y combustóleo, el gas natural seguirá reduciendo las emisiones por unidad de electricidad producida.
La variación en el consumo eléctrico está relacionada con acuerdos externos o crisis, como fue el caso de (i) el aumento del consumo industrial luego del primer TLCAN y (ii) la disminución del consumo industrial que coincidió con las crisis de 2002 y 2008. Otra situación es que luego del primer TLCAN, México incrementó sus importaciones de gas natural de Estados Unidos porque los precios estadounidenses eran más bajos que los de México. Además, la infraestructura de gasoductos transfronterizos se expandió y la producción nacional de gas natural disminuyó. Por lo tanto, debemos considerar la construcción de un sistema robusto dadas las modificaciones actuales al TLCAN y la pandemia COVID-19, que ha ido remodelando el modelo de consumo.
Dados sus requisitos de tierra, las fuentes intermitentes de electricidad tienen densidades de potencia relativamente bajas. Según los planes actuales, habrá un aumento en la demanda de suelo, particularmente de fuentes eólicas, una demanda que conducirá a la competencia con otros usos del suelo necesarios para otras actividades sociales. El surgimiento de conflictos sociales refleja la competencia entre actividades sociales, dado que México cuenta con un complejo sistema de tenencia de la tierra basado en bienes comunes y propiedades privadas con alta diversidad cultural. Quizás democratizando la red eléctrica a través de su generación distribuida, y convirtiéndola en un recurso comunitario como la tierra ya lo es en México, se puedan resolver los problemas de esta red eléctrica centralizada.
La existencia de estas inevitables compensaciones entre los diferentes criterios de sostenibilidad señala la necesidad de un análisis integrado del metabolismo de la electricidad en diferentes dimensiones y escalas. Es hora de cuestionar las funciones de la producción y el consumo de electricidad en términos económicos, sociales y ambientales. En cambio, el análisis debería ser mucho más holístico y abordar la posibilidad de cambiar el patrón económico junto con los patrones de producción de electricidad. Más específicamente, al mirar el futuro de México, se debe considerar lo que sucederá si México utiliza la electricidad para otras actividades, expresando así un patrón de consumo diferente al actual. El patrón actual está determinado principalmente por la demanda del sector industrial, pero ¿y si la creciente economía de servicios y el creciente consumo de los hogares cambian el panorama actual? Las posibles soluciones y la comprensión del sistema energético de México deben incorporar cambios tanto cualitativos (funcionales) como tecnológicos (estructurales). Analizar solo los cambios tecnológicos (estructurales) basados en un patrón fijo no abordará los principales problemas del panorama energético actual.
Finalmente, las agendas energéticas deben abordar la importancia de igualar el patrón de producción de electricidad y el patrón de consumo de electricidad asociado con la satisfacción de diferentes actividades sociales de una manera que debe ser compatible con las limitaciones ambientales. Como se explicó anteriormente, la integración de una gran parte de la electricidad intermitente en la red eléctrica puede enfrentar obstáculos inesperados. El comportamiento de las fuentes eólicas no solo es impredecible y no lineal, sino que también las fuentes intermitentes se ven afectadas por la variabilidad geográfica. Esto complica el análisis de la relación entre la capacidad de energía instalada, el suministro de electricidad, el impacto ambiental y las limitaciones cuando se considera la operación de una gran red eléctrica que opera sin interrupciones durante el año y a grandes distancias. Esta complejidad hace que el objetivo de reducir drásticamente las emisiones a la atmósfera sea aún más difícil de lograr. Por ello, los políticos y los interesados deben tener acceso a información científica útil sobre la naturaleza de los problemas a abordar, y deben evitar peligrosas simplificaciones al analizar esos problemas.
Conclusiones
Este artículo presenta un diagnóstico crítico del desafío de descarbonizar el sector eléctrico de México. Se presenta información útil para la discusión de políticas y que sugiere (i) un análisis multidimensional y multinivel de la relación entre el sistema eléctrico, los recursos naturales y la sociedad; y (ii) un análisis que incorpore los términos de viabilidad, factibilidad y deseabilidad. En términos de factibilidad, la baja densidad de energía y la intermitencia de las fuentes renovables son dos limitaciones clave. En términos de viabilidad, la transmisión de energía es una limitación técnica; Independientemente del aumento o cambio en la generación de electricidad por diferentes tipos de fuentes, persisten enormes pérdidas debido al sistema de transmisión actualmente congestionado. En términos de deseabilidad, se debe considerar (i) si la sociedad mexicana quiere importar más gas natural de los EE. UU. para generar electricidad, (ii) el aumento potencial de los conflictos de uso de la tierra impulsados por la creciente demanda de tierras por parte de fuentes cuya densidad de potencia es baja, y (iii) mantener el uso final actual de la electricidad, que es principalmente para el sector industrial.