Comunicación presentada al VI Congreso Smart Grids
Autora
Ariadne Serrano, Asesor, AVEol
Resumen
En este trabajo se pretender explicar las relaciones entre los elementos urbanos que podrían ser modificados en cada ciudad según sus características diferenciadoras en cuanto a diseño urbano y movilidad y las variables de oferta y demanda del balance energético, con la finalidad de evaluar el impacto en los indicadores que reflejen una planificación energética, enmarcada en los Objetivos de Desarrollo Sostenible. Se desarrolla el modelo en una herramienta que permita evaluar las estrategias en el año horizonte a través de la simulación de escenarios. El modelo pretende servir de apoyo a las autoridades locales en el desarrollo de iniciativas que apunten a la sostenibilidad de la ciudad.
Palabras clave
Desarrollo Sostenible, Ciudades Sostenibles, Energías Renovables, Energía, Planificación Energética
Introducción
De acuerdo al reporte del Banco Interamericano de Desarrollo Sostenibilidad Urbana en América Latina y el Caribe (BID,2011), en Latinoamérica el 80% de la población habitaba en ciudades para el 2010 y se estima llegará al 89% en el 2050, según proyecciones de la Organización de Naciones Unidas (ONU)
El consumo de energía en las ciudades proveniente del uso del transporte y del uso de la electricidad de los diferentes sectores: residencial, comercial e industrial, son los que representan el mayor aporte a la emisión de gases contaminantes a la atmósfera, principalmente el dióxido y monóxido de carbono causantes del efecto invernadero
En este sentido las autoridades locales tienen un papel protagónico-como se señala en el capítulo 28 de la Agenda 21 en cuanto al fortalecimiento de los grupos principales- en la gestión de la energía de las ciudades direccionado por las políticas nacionales y apuntando a los Objetivos del Desarrollo Sostenible ODS, principalmente el OD7, OD11 y OD13 asociados a energía sostenible (figura 1).
Por otra parte, la planificación energética centralizada y basada principalmente en combustible fósiles ha resultado en inequidades, deuda externa y degradación del ambiente, por lo que se propone planificación descentralizada, ya que la autoridad local está más cerca de los ciudadanos y permite impulsar su actuación.
Adicionalmente, cada ciudad tiene sus características diferenciadoras en cuanto al diseño urbano y movilidad que influyen en el consumo final de la energía y por ende en las emisiones de gases de efecto invernadero.
En este trabajo se expondrá la planificación energética a través de un modelo local que pretender explicar las relaciones entre los elementos urbanos que podrían ser modificados en cada ciudad con la finalidad de evaluar el impacto en los indicadores que reflejen una planificación energética sostenible, a través de la simulación de escenarios.
Planificación energética sostenible
La Planificación energética sostenible se puede definir como el proceso en el cual se establecen los posibles escenarios que logren el balance de energía presente y futuro cumpliendo con los objetivos económicos, sociales y ambientales (Farhad ,2010)
Para medir dichos objetivos se han tomado como referencia, los indicadores que han propuesto 4 organismos internacionales más reconocidos en el área de energía sostenible: Agencia Internacional de Energía atómica (AIEA,2005), Consejo Mundial de energía (WEC, 2017), Organización Latinoamericana de Energía (OLADE,2018) y Banco Interamericano de Desarrollo (BID,2011), a través de su programa de Ciudades Emergentes Sostenibles.
Combinando los enfoques de los 4 organismos, se puede concluir que para cumplir con los 3 objetivos principales a saber 1) cobertura del servicio en el ámbito social, 2) uso de los recursos en el ámbito ambiental y 3) uso de la energía en el ámbito económico, se resumen en 6 indicadores básicos: (figura 2).
- Uso de fuente renovables: el potencial de energía renovable varía en función de la localización geográfica y está asociada a la disponibilidad del recurso: eólico medido en velocidad del viento(m/seg), solar medido en irradiación (kWh/m2), hidroenergético determinado por el caudal (m3/s) y la caída del agua (metros).
- Emisión de gases de efecto invernadero: calculado en función de los parámetros del Grupo intergubernamental de expertos (IPCC, 2006) como cantidad de emisiones de gases específicos que contribuyen al calentamiento global, siendo el más representativo el dióxido de carbono CO2, medido en toneladas emitidas a la atmósfera.
- Uso de la energía: representa la cantidad de energía consumida por cada sector: transporte, industria, residencial y comercial. Como suele variar por tipo de combustible, se intenta llevar a una sola unidad calórica (joule o barriles de petróleo equivalente) para realizar el balance energético.
- Eficiencia energética: es la relación entre la energía consumida y la energía producida, es adimensional y puede ser determinada para cada sector de consumo. También se utiliza la Intensidad energética que mide la relación del uso de la energía sobre el producto interno bruto (BEP/PIB).
- Acceso a la energía, se suele simplificar como la cantidad de conexiones a los diferentes servicios de energía, generalmente gas y electricidad que satisfacen las necesidades de cocción, iluminación, climatización en los hogares o de energía mecánica para la industria. Aunque se supone que la energía cumple con los requerimientos de los usuarios, se puede agregar otros indicadores que midan la confiabilidad del servicio (frecuencia y duración de fallas) y calidad del producto (cumplimiento de estándares)
- Energía asequible: está relacionada a poder pagar por el servicio por lo que suele representarse por la tarifa del mismo.
Planificación energética local
De los seis (6) indicadores principales de la planificación energética sostenible descritos, los primeros cuatro (4): uso de fuente renovables, emisión de gases de efecto invernadero, uso de la energía y eficiencia energética, pueden ser gestionados a nivel local ya que están referidos a aspectos tecnológicos, políticos y de sensibilización a la ciudadanía. Sin embargo, en los dos (2) últimos accesibilidad y asequibilidad de la energía, las autoridades locales tienen muy poca injerencia, ya que están asociados a aspectos de la política y economía a nivel nacional, por lo que no serán incluidos en la modelación.
Por otra parte, sí están concebidos dentro de la planificación urbana bajo responsabilidad de la autoridad local, otros dos (2) de los aspectos más relevantes de la ciudad: 1) la densidad de población (Lariviere,1999) y 2) la movilidad (Banister, 1997) que inciden tanto en el consumo de energía en el sector residencial como en el transporte y por ende impactan en la emisión de gases de efecto invernadero (Creutzig, 2015).
La relación entre el diseño de la ciudad y el transporte impactan en el consumo de energía por persona, por lo que se observa en la figura 3 como variables externas al modelo de demanda en el balance energético de la misma manera que la eficiencia energética.
El otro indicador potencial de recursos renovables se muestra como variable externa de entrada al modelo de oferta, el cual a través del proceso de generación de electricidad puede modificar la emisión de gases.
Como se observa en la figura 3, los 6 indicadores están interrelacionados y apuntan todos finalmente a las emisiones de gases de efecto invernadero como variable de salida y que será el indicador principal para evaluar los escenarios.
Diseño del modelo
Características
El modelo cumple con las siguientes características (Van Beck,2003):
- El propósito específico se dirige a la evaluación de los impactos económicos, sociales y ambientales a través de los indicadores de desarrollo sostenible mencionados anteriormente, específicamente uso de la energía, uso de fuente renovables, eficiencia energética y emisión de gases de efecto invernadero. Si bien se realizará un balance energético actual y futuro, el énfasis está en el impacto de los aspectos relevantes de la ciudad en dichos indicadores.
- La estructura del modelo contiene variables endógenas en la oferta y demanda de energía y variables exógenas que corresponden a los aspectos claves de la ciudad: vehículos de combustión y densidad de población.
- La aproximación analítica es de abajo hacia arriba (bottom up) ya que se construye a partir de data desagregada para analizar la situación actual y futura.
- La predicción de la situación futura es de carácter exploratorio, donde a través de la simulación de escenarios se evalúan las diferentes intervenciones en la ciudad, lo que ayudaría a la autoridad local en su proceso de decisiones en las políticas energéticas locales.
- Se realiza una simulación de los posibles escenarios futuros en función de los posibles valores de las variables exógenas, principalmente densidad de población y uso de vehículos motorizados y no motorizados.
- La cobertura geográfica se limita a una ciudad o conjunto de municipios o comunidades locales autónomas.
- El horizonte temporal planteado es largo plazo o año horizonte. Si bien las autoridades locales suelen gobernar por periodos de corto plazo, la planificación energética debe ser prevista como un lineamiento continuo para garantizar eficacia en los resultados.
Simulación
El área de estudio corresponde a una ciudad típica identificada como intermedia-entre 200mil y 2millones de habitantes, en la Tabla I se muestran las variables del modelo con valores de referencia para el año base.
Se toma como potencial de energía renovable solo solar y eólica ya que son recursos que están disponibles en la mayoría de las ciudades del país, no así el potencial hídrico, maremotriz o geotérmico que depende de la localización, ni tampoco de la biomasa o biogás asociados a procesos agrícolas o gestión de residuos sólidos que es un tema de bastante complejidad y debe ser analizado por separado
El ahorro de energía por campañas de concientización se ha estimado entre 3%-4% de disminución de la energía eléctrica de acuerdo al Plan de Desarrollo del Sistema eléctrico Nacional PDSEN 2013-2019 del Ministerio de Energía Eléctrica MPPEE
En cuanto al aumento densidad de la población, se ha evidenciado entre un 5% a un 7%de reducción en el consumo de energía, según resultados de un estudio realizado en varias ciudades de Quebec, Canadá (Lariviere,1999).
Análisis de escenarios
Los escenarios futuros están en función de las acciones que puedan ser ejecutadas por la autoridad local. En este sentido se plantean los siguientes escenarios:
Escenario 1. Replanteamiento urbano, modificando los usos de la tierra y densidad urbana en las Ordenanzas de Zonificación con la finalidad de disminuir la cantidad de viajes dentro del área e impulsar ordenanza sobre calidad térmica de las edificaciones tomando la envolvente de la edificación en base a la zonificación bioclimática y la integración de elementos arquitectónicos y materiales de construcción (Salazar, 2015)
Escenario 2: Mejora de la eficiencia energética. Promover el ahorro de energía de la población a través de campaña de concientización para modificar los hábitos de consumo. También incluir planes sustitución del alumbrado público por nuevas tecnologías.
Escenario 3: Redefinición de la movilidad, impulsando el uso de medios no motorizados (bicicletas), desarrollando alianzas con el sector privado para el aumento de flota de transporte público y generando políticas e incentivos a promotores de vehículos eléctricos, así como implementar la modalidad de auto compartido como complemento de taxis.
Escenario 4: Aprovechar potencial de fuentes renovables, apoyando a inversionistas interesados en autogeneración o generación distribuida con energías renovables basado en la nueva propuesta de Ley eléctrica, que permitirá la participación privada en el servicio eléctrico
Las variables se modifican en función de las expectativas de acuerdo a experiencias obtenidas en otras ciudades. A partir de los resultados de cada Escenario se compara la emisión de dióxido de carbono CO2, observando cuál presenta la mayor contribución de manera de proceder posteriormente a los análisis de factibilidad detallados en función de los costos e implementación de los mismos.
Conclusiones
Las autoridades locales tienen mayor oportunidad de contribuir con la sostenibilidad energética en su área de responsabilidad si cuentan con una planificación energética que le permita dirigir los pocos recursos que estén a su alcance, así como también contar con un respaldo técnico que facilite el otorgamiento de financiamientos de entes multilaterales.
Las variables que se toman para la simulación son datos que existen en la mayoría de las ciudades y están a la disposición de las autoridades locales
Si bien la política energética está definida a nivel de país, las autoridades locales pueden motorizar acciones a través de:
- Actualización del Plan de ordenamiento Urbano local PDUL y Ordenanzas de Zonificación, así como desarrollar nuevas ordenanzas, como por ejemplo la “Ordenanza sobre Calidad Térmica en Edificaciones en el Municipio Maracaibo”
- Desarrollo de Alianzas Púbico-Privadas APP, para ello BID LAB apoya con un portafolio flexible de instrumentos de financiamiento, alta tolerancia al riesgo y gran capacidad de movilizar recursos de terceros a las ciudades de América Latina y El Caribe.
- Incentivar empresas privadas a invertir en tecnologías para el uso de carros eléctricos, como por ejemplo las estaciones de la empresa Volta Charging (USA) donde los conductores no pagan por el uso de la estación ni por la energía eléctrica ya que el punto de recarga se financia con publicidad.
- Permitir los negocios de “car sharing”, como es el caso de Hertz ha lanzado su club de car sharing Hertz on Demand en Sydney, Australia. Los miembros tendrán acceso las 24 horas del día los 7 días de la semana a toda una flota de vehículos repartidos alrededor de la ciudad, donde estarán disponibles a través de la web.
- Coordinar con la compañía de servicio eléctrico local la implementación de paneles fotovoltaicos en edificaciones que puedan ser conectadas a la red, así como los convenios con productores independen dientes de energía IPP que desarrollen pequeñas plantas eólicas para grandes centros comerciales, hoteles o edificios de oficinas.
Referencias
[1] Banister, D. (1997) Sustainable cities: transport, energy, and urban form Environment and planning, 24, pp 125-143
[2] BID (2011) Sostenibilidad Urbana en América Latina y el Caribe. Oficina de relaciones externas del BID
[3] Creutzig, F. (2015) Global typology of urban energy use and potentials for an urbanization mitigation wedge. Proceedings of the National Academy of Sciences, vol 112, pp 6283-6288.
[4] Farhad, D. (2010) Applications of local energy indicator in municipal energy planning: a new approach towards sustainability, ACEEE Summer Study on Efficiency in Buildings pp 1148-1159
[5] IAEA (2005) Energy Indicators for sustainable development. Agencia Internacional de Energía Atómica, abril 2005.
[6] Lariviere, I. (1999) Modelling the electricity consumption of cities: effect of urban density. Energy Economics,21, pp 53-66
[7] OLADE (2018) Panorama energético de América Latina y el Caribe. OLADE, Diciembre 2018
[8] Van Beck (2003) A New Decision support method for local energy planning in developing countries. Tilburg Center, Center for Economic Research
[9] WEC (2017) Energy Trilemma Index 2017. World Energy Council
[10] Salazar, J. Indicadores energéticos en Porlamar en base al comportamiento térmico del material de construcción en zona bioclimática, Tesis Doctoral Universidad Simón Bolívar, Enero 2015