jueves, 4 de mayo de 2017

Tasa de Retorno Energético y Eficiencia: qué nos dicen y qué no

Queridos lectores,


JotaEle nos ha querido ofrecer otro lúcido ensayo sobre la relación entre la Tasa de Retorno Energético y la eficiencia, en esta ocasión con una visión no muy estándar entre los picoleros y con ciertas dosis de polémica, pero con la calidad acostumbrada. Les dejo con el trabajo de JotaEle, el cual sin duda les interesará.

Salu2,

AMT




Tasa de Retorno Energético y Eficiencia, qué nos dicen y qué no
En términos generales eficiencia o rendimiento es la cantidad de energía que aprovecha el sistema en relación a la energía que utiliza. Es el cociente entre la energía final y la energía primaria suministrada al sistema. Las estadísticas nos proporcionan estos datos directamente así que sin problemas.
Según la Wikipedia se conoce como tasa de retorno energético (TRE) al cociente de la cantidad de energía total que es capaz de producir una fuente de energía y la cantidad de energía que es necesario emplear o aportar para explotar ese recurso energético. La fórmula es TRE=Energía total de la fuente/Energía invertida.
Un cociente menor o igual que 1 indica que la energía de la fuente es menor o igual a la energía consumida, por lo tanto una fuente de energía será tanto mejor cuanto mayor sea su TRE, puesto que eso implica que se obtiene una mayor cantidad de energía neta utilizable por cada unidad de energía invertida en ella.
El cálculo de la TRE se hace todavía más complicado si queremos incluir además costes energéticos asociados como la energía que se necesita para construir una presa, un parque eólico o una plataforma petrolífera.
En este trabajo nos limitaremos a sacar la TRE de los datos estadísticos que proporciona al Agencia Internacional de la Energía (AIE), así que prescindimos de los costes energéticos asociados.
Si hacemos el cálculo de la TRE con datos estadísticos nos sale lo mismo que la eficiencia ya que ambas se calculan con los mismos datos, la diferencia está en que en la eficiencia se relacionan la energía primaria y la final y en la TRE se relacionan la energía primaria y las pérdidas (energía primaria – energía final). Viendo la gráfica lo podemos comprobar.

Gráfica 1                                              
Eficiencia y TRE mundial 
Datos de AIE

Ya que con datos estadísticos TRE y eficiencia es lo mismo, yo prefiero utilizar el cálculo de la eficiencia dentro de las gráficas, ya que el concepto de la eficiencia no lleva los costes asociados que si puede llevar la TRE, además la estadística incluye ya los datos directamente. Por lo tanto en el resto del trabajo usaré el cálculo de la eficiencia en las gráficas que lo necesiten.
Vemos que tanto la TRE como la eficiencia disminuyen con el tiempo. La disminución de la eficiencia  y la TRE influye en el aumento de las pérdidas en el sistema energético mundial. El post  Pérdidas crecientes en el sistema de abastecimiento energético mundial muestra desde una perspectiva global de todas las energías como aumentan las diferentes pérdidas.

Eficiencia total y eficiencia total de generación eléctrica
En las dos gráficas que vienen a continuación vamos a comparar la energía primaria, final y la eficiencia tanto de la energía mundial como de la generación eléctrica mundial y vamos a comentar sus diferencias.
Gráfica 2                           
Eficiencia del total de la energía mundial 
Datos AIE
Gráfica 3                           
Eficiencia del total de generación eléctrica mundial 
Datos AIE

En las dos gráficas vemos que mientras la eficiencia de la energía total mundial baja, en el caso de la generación eléctrica sube, aunque la distancia entre las líneas de la energía primaria y final aumente con el tiempo en ambas gráficas. Esto es debido a que en la energía total mundial en proporción crece más la energía primaria que la energía final; en cambio, en la energía eléctrica crece más la energía final que la energía primaria, o sea, las pérdidas decrecen.
En la gráfica 2 vemos que al final de la gráfica la eficiencia parece que detiene un poco su progresión de bajada, esto es debido principalmente a tres factores:
  • Al menor uso del carbón en la energía primaria, tanto en uso final como en generación eléctrica.
  • Al parón nuclear de Fukushima.
  • El auge de las renovables de área eléctrica.
¿A que es debido el crecimiento de la eficiencia en la generación eléctrica? (grafica 3). Si quitamos de la generación eléctrica las tecnologías que no tienen pérdidas como la hidroeléctrica, la solar y la eólica, la eficiencia baja mucho; sin embargo, la gráfica todavía mantiene una tendencia creciente en la línea de la eficiencia. Si quitamos además el gas entonces la línea de la eficiencia pasa ya a ser decreciente. Por lo tanto, la eficiencia sube por el aumento en generación de las renovables y de los ciclos combinados de gas natural.
Sin duda las renovables deberían ser el camino a seguir en generación eléctrica debido al incremento de la eficiencia que inducen en el sistema. Sin embargo, las renovables tienen un problema muy grande, que es el bajo factor de carga que tienen. Esto hace que haya que montar mucha infraestructura renovable para que luego devuelvan muy poca energía al sistema. Esto a su vez hace que el crecimiento renovable sea muy pequeño y por lo tanto quede anulado solo con el crecimiento de la demanda del consumo eléctrico mundial. En la siguiente gráfica lo podemos ver.
Grafica 4                    
Proporción de energía primaria utilizada en generación eléctrica

Vemos en la gráfica que actualmente solo las nuevas tecnologías renovables eólica y solar pueden aguantar el tirón del crecimiento en el consumo mundial de energía eléctrica. La todavía creciente hidroeléctrica ya no puede; por lo tanto, la proporción actual comparada con 1990 es un poco más pequeña. La hidroeléctrica de grandes pantanos hace tiempo que llego a su cenit en los países OCDE; cuando llegue al cenit en los países no-OCDE, si continúa el crecimiento mundial de consumo eléctrico, la hidroeléctrica irá a menos como le está ocurriendo a la nuclear. Habrá que ver si las nuevas tecnologías renovables eólica, solar y quizás geotérmica pueden sostener ellas solas el crecimiento de la generación eléctrica renovable.

En el sistema energético mundial no tiene sentido hablar de TRE del petróleo.
Esta idea ya la dejé caer en el post anteriormente relacionado. (ver gráfica 2 del post Pérdidas crecientes en el sistema de abastecimiento energético mundial). Visto lo poco que caló la idea en medios picoileros insisto ahora con algunos argumentos más.
La AIE facilita en su balance energético los datos de gasto energético en uso propio cuya definición le da como la energía primaria y final consumida por las industrias de transformación para su calefacción, bombeo, tracción, y alumbrado. Aquí se incluyen, por ejemplo, el uso propio de la energía en las minas de carbón, el consumo propio en las centrales eléctricas (que incluye electricidad neta consumida por acumulación por bombeo) y la energía utilizada para la extracción de petróleo y gas natural. Con el gasto energético en uso propio están formadas las siguientes dos gráficas.
Grafica 5             
Gasto energético en uso propio   
Datos de AIE
Gráfica 6                    
Gasto energético en uso propio 
Datos de AIE

Las dos gráficas están formadas con los mismos datos, la gráfica 5 representa las diferentes energías en forma independiente y lineal y en la gráfica 6 se representa la proporción de cada energía a lo largo del tiempo. Se ve perfectamente como cada vez se utiliza menos el petróleo para la extracción de los diferentes combustibles y cada vez se usa más la electricidad y sobre todo el gas natural. Esto y las menores pérdidas en transformación hacen que inevitablemente la energía neta del petróleo sea cada vez más alta, todo lo contrario de lo que se supone. Esto son datos cuantificables que los podemos sacar de las estadísticas; a continuación las gráficas de la energía primaria, final y eficiencia correspondientes al petróleo, al gas natural y al carbón.
Grafica 7                                               
Eficiencia creciente en el petróleo.                                 
Datos AIE
Gráfica 8                                   
Eficiencia decreciente en el gas natural.
Datos AIE
Gráfica 9                                 
Eficiencia decreciente en el carbón.                                                                          
Datos AIE

Los periodos de meseta e incremento que tiene la eficiencia tanto en el gas como en el carbón son debidos a la distorsión que produce la energía destinada a la generación eléctrica con gas y carbón. Quitando esta energía la eficiencia es descendiente en ambos combustibles.
Vemos en las tres gráficas anteriores que la eficiencia del petróleo es la más alta y que además es la única que está en crecimiento; esto es debido a que el petróleo y sus derivados apenas son gastados en transformación y usos propios. Por poner un ejemplo, en la generación eléctrica, que es la transformación que más pérdidas tiene con diferencia, el petróleo y los productos petrolíferos solo son usados un 6%, mientras que el carbón es usado un 50% y el gas natural un 18%. Y además las pequeñas transformaciones restantes son en su mayoría para formar petróleos sintéticos. Todo esto hace que en el petróleo y sus derivados, la gran mayoría de la energía consumida sea usada en destino final, el transporte en gran medida, de ahí su alta energía neta.
Esta alta eficiencia y energía neta en el petróleo convierte en especulativo cualquier cálculo en el que se pretenda tener en cuenta su TRE, y por supuesto no reflejará la realidad. Esto conviene tenerlo en cuenta porque quizás esta sea una de las causas que inducen a la multitud de predicciones fallidas que acaban desacreditando y haciendo perder la confianza en el mensaje picoilero.

Ignorando la TRE
Acabamos de ver como se está potenciando el gasto del petróleo y sus derivados en energía final, limitándoles cada vez más en usos propios y transformaciones, usándose para estos últimos usos el gas, el carbón y la electricidad. Esto hace que no tenga sentido calcular la TRE de los combustibles fósiles de forma individual.
El sistema tiende a globalizar todas las fuentes de energía y en especial de las que más dispone como son el gas y el carbón. El gas está resultando una energía casi tan eficaz como el petróleo, está sustituyendo a éste en prácticamente todos los sectores de consumo (se puede ver en Consecuencias del cenit del petróleo). En el transporte todavía no está sustituyendo al petróleo, pero sólo porque no lo necesita; por ahora se limita solo a facilitar la fabricación y extracción de petróleos no convencionales y en declive, pero en un futuro podría incluso empezar a sustituir a éste en automoción, ya que un motor de gasolina normal con pocos cambios puede admitir el gas.
El carbón ya no es tan eficaz como el gas; sin embargo, si lo convertimos a electricidad sí. Actualmente el 58% del carbón es usado para generación eléctrica y solo el 28% es usado en consumo final.  
Todo esto lo podemos ver en el siguiente gráfico de la energía del mundo por combustibles y sectores.
Gráfica 10               
Energía primaria y final del mundo por combustibles y sectores, año 2014
Datos de AIE

Los sectores representados en la gráfica que pertenecen a la energía final son la industria, el transporte, residencial, comercial  y servicios públicos, y finalmente otros usos en el cual hemos englobado la agricultura, la pesca, gasto no especificado y gasto en uso no energético.
Se puede ver en la gráfica que el gas natural y la electricidad son las energías más adaptadas a todos los sectores de la energía final exceptuando el transporte, que está altamente especializado en los derivados del petróleo. Vemos también que el carbón está prácticamente especializado en generación eléctrica. Puede parecer que también está especializado en industria, pero solo en el caso de China que consume el 66% del carbón del sector de la industria. La OCDE solo consume un 11%, dependiendo totalmente en este sector del gas natural y de la electricidad con un 33% cada uno
Todo esto hace que mientras el carbón y sobre todo el gas natural se comporten como fuentes de energía ilimitadas el sistema tratará de adaptarse a ello sin tener en cuenta conceptos como TRE, eficiencia, pérdidas o contaminación.
Con la energía renovable pasa parecido, da igual que algunas tecnologías como la solar tengan una TRE baja; con el excedente energético que nos proporciona el gas y el carbón todo es viable. Una vez pasado el cenit del gas el mundo tendrá que enfrentarse cada vez más a un escenario progresivo de menos energía y por lo tanto de los nuevos proyectos energéticos se desecharán las energías menos rentables, posiblemente las que tengan menos TRE como la fotovoltaica.
El caso de la energía nuclear es aún peor; hoy el mundo almacena multitud de residuos nucleares de miles de años de duración a costa del grandísimo excedente de energía que todavía se dispone gracias a los combustibles fósiles. En el futuro y con la energía total en declive se tendrá que seguir desviando energía para seguir custodiando estos desechos. Y con el agravante de que probablemente sin el aporte de la energía nuclear, ya que se habrá llegado al cenit del uranio, y además se procurará no generar más residuos. Esto significa que nuestros descendientes cargarán con un problema que nosotros hemos ignorado por no querer tener en cuenta conceptos como el de la TRE.
Como ya se ha visto, no tiene mucho sentido calcular la TRE de fuentes aisladas en un escenario global de energía. También vemos que una cifra aislada de la TRE no nos dice gran cosa. Sin embargo si tomamos toda la progresión y vemos la gráfica de todas las fuentes de energía en su conjunto (gráficas 1 y 2), hay algo que sí nos dice claramente y no se quiere tener en cuenta. La TRE baja progresivamente y se va acercando al uno, y por lo que vemos, de forma imparable. Que no se diga luego que no nos está avisando.

¿Y cómo se puede reflejar esto en la economía?
Aunque puede parecer que no tenga que ver con el tema, dado el creciente interés economicista de buena parte de la peña picoilera, intentaré reflejar un hipotético escenario de cómo puede afectar la escasez de energía a la economía mundial.
Para empezar hay que tener en cuenta algunos conceptos sobre economía:
  • La economía no es una ciencia. Es una serie de reglas cambiantes que nosotros mismos nos vamos marcando. Los que tenemos ya algunos años hemos podido constatar lo que ha cambiado la economía hacia formas más insostenibles: intereses por los suelos, bancos descapitalizados y acceso a créditos sin ninguna garantía. Se prima el derroche y no el ahorro. Endeudarse hoy es moda cuando antes era casi un pecado.

  • La economía actual ya es insostenible per se. Es un sistema basado en la producción de grandes cantidades de productos baratos para potenciar el consumo. Y que a su vez para ser más competitivo y tener los productos más baratos promueve la mecanización, la inmigración  y la deslocalización de empresas buscando una menor y más barata mano de obra. Esto hace que la masa laboral pierda cada vez más poder adquisitivo lo que tarde o temprano repercutirá en el consumo.

Como vemos la economía no necesita de escasez de recursos ni escasez de energía para irse al traste, ya lo está haciendo por sí misma. Sin duda si añadimos a la ecuación la escasez de recursos y de energía, ayudarán y acelerarán el proceso.
En caso de que antes no se vaya al traste la economía yo contemplo tres etapas donde la economía tendrá que actuar o cambiar:
  1. Auge de petróleos no convencionales: En esta etapa es en la que estamos metidos actualmente. Se caracteriza porque los petróleos no-OPEP han llegado al límite y se empieza a compensar con petróleos no convencionales. La producción OPEP todavía resiste, aunque controlada la producción según los intereses de la organización. Estos petróleos no convencionales son más caros y necesitan de precios más altos. Debido a dinámicas del mercado los pecios pueden bajar como ha pasado recientemente, y esto hace que las empresas se resientan. El sistema compensa la situación de forma satisfactoria haciendo trampas, permitiendo endeudarse a los países productores y a las empresas energéticas afectadas.
  2. Cenit del petróleo: La OPEP llega al cenit lo cual significa que su producción va a disminuir poco a poco y año tras año. Los petróleos no convencionales apenas pueden mantener la demanda. En pocos años el precio sube mucho.
En este caso ya no sirven de nada las compensaciones económicas, se ha llegado a un límite físico y por lo tanto de nada sirve hacer trampas con la economía. El sistema económico no tiene más remedio que cambiar para adaptarse a la nueva situación.
Al sistema todavía le queda un balón de oxígeno, que es prescindir de la automoción ya que el vehículo privado es el sector de mayor consumo de productos petrolíferos del mundo y a su vez el más prescindible. Es la mejor opción, ya que tanto en el coche eléctrico como en el de gas sus previsiones de crecimiento son bajas a corto y medio plazo,
Aparecerán campañas de difamación del automóvil apuntando a su contaminación, peligrosidad, congestión del tráfico, etc. Se restringirá su uso en núcleos urbano. Se subirán los impuestos al automóvil para penalizar el uso y la compra. Y a todo esto añadiendo el alto precio del combustible.
  1. Cenit del gas: El mundo llega al cenit del gas lo que significa que el gas detiene su crecimiento pasando a disminuir poco a poco. Junto al gas también se ve afectado el petróleo ya que el gas era el que hacía viable la decreciente pero todavía grande producción de petróleo.
Probablemente con el cenit del gas también se llegue al cenit de la energía mundial, ya que aunque queda el carbón, éste es mucho menos eficaz en su producción en su transporte y en destino final; resulta más útil cuando es usado masivamente en generación eléctrica más que en destino final, aunque a costa de una contaminación y unas pérdidas brutales.
Debido a esta menor eficacia del carbón, muy probablemente no va a poder sustituir al gas; por lo tanto, todos los sectores de la energía final quedarán afectados, y más especialmente en los países desarrollados que dependen fuertemente del gas. Con el cenit de la energía, el consumo mundial de energía no puede subir más y empieza a bajar, y con él también el PIB. El sistema económico mundial basado en el hiperconsumo de productos baratos ya no puede sostenerse ya que cualquier cosa que hace el sistema le cuesta energía que está empezando a escasear; por lo tanto el cambio de la economía es obligado y tiene que producirse hacia economías más tranquilas que gasten mucha menos energía. Es el fin de la sociedad de consumo.

Las variantes de este escenario pueden ser diversas; y debido a la falta de fiabilidad de las reservas las fechas de cambio son imposibles de estimar, a la etapa dos se podría pasar el próximo año o dentro de diez. Si se alarga la etapa uno, se podrían dar casi al mismo tiempo la etapa dos y la tres. La OPEP podría forzar un cenit artificial, ya lo intentó en el 2004. Podrían ocurrir crisis parciales como la del 2008,  etc.
Queda la duda de cómo se producirá el cambio final a la etapa tres, si más o menos traumático. Supongo que esto dependerá de la capacidad que tenga el ser humano de reconocer el problema. Conceptos como la TRE y la eficiencia nos ayudan a entender y a asumir la situación, pero lo que es por ahora, poco caso que les estamos haciendo.

Saludos

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