Modelos de planeación energética

México ha acumulado experiencia y conocimiento en estas tareas

Gerardo BazÁn Navarrete* y Gilberto Ortiz MuÑiz**

En México, existe una gran tradición en la elaboración y adaptación de modelos energéticos para la planeación por parte del sector oficial y del académico. Yendo varias décadas atrás, los hitos relevantes incluyen:

• Proyecto conjunto de planeación Pemex-CFE que derivó en la decisión de instalar una planta nuclear en México y que dio origen a la publicación de varios libros y documentos sobre planeación, siendo uno de ellos el libro sobre el Proyecto México, elaborado por personal de CFE.
• Elaboración del curso sobre planificación energética, coordinado por la UNAM y la Universidad Complutense de Madrid, España.
• Los trabajos que se desarrollaron en el Instituto de Aplicación de Sistemas de Laxenburg, Austria, por parte de la Comisión de Energía encabezada por el Ing. Juan Eibenschutz.
• Trabajos de capacitación en el marco de “Modelo Bariloche” (modelo LEAP).

Posteriormente y hasta en nuestra era, pueden mencionarse:

• Trabajos con la Unión Europea y con el Departamento de Energía de los Estados Unidos de Norteamérica en materia de modelación energética.
• Los trabajos de capacitación y adaptación de modelos con la Agencia Internacional de Energía Atómica (AIEA).
• Modelos energía-ambiente con la Environmental Protection Agency (EPA) de Estados Unidos, en un esfuerzo encabezado por el Premio Nobel de Química, Mario Molina.
• Coordinación con Estados Unidos y Canadá en el Grupo de Trabajo de Energía de América del Norte (NAEWG, por sus siglas en inglés).

Existe la necesidad de desarrollar una política energética adecuada en cada país por lo que el proceso de planeación juega un papel relevante para realizar dicha política. La desregulación, la oferta económica de servicios energéticos, la seguridad energética, el cambio climático y otros desafíos se traducen en iniciativas de política energética.

Hasta hace muy pocos años, el proceso de planeación admitía con mucha frecuencia una única forma de previsión del futuro: la extrapolación de las tendencias del pasado. Basada en esas previsiones se señalaban los objetivos y se establecía los planes y estrategias adecuadas para alcanzarlos. Existen, sin embargo, dos errores básicos en el proceso que acabamos de describir:

1) La época actual, en particular los últimos diez años, se ha caracterizado por la existencia de cambios muy profundos que ocurren uno tras otro a una velocidad que supera con mucho la habilidad de adaptación de nuestras instituciones.

Evidentemente, no se debe pretender que las variables correlacionadas con cualquier proceso que estemos estudiando continuaran su pauta de crecimiento histórico, sin reflejar cambios significativos y constantes. La coyuntura presente hace el comportamiento histórico obsoleto e inoperante.

2) Desde un punto de vista estrictamente filosófico, aceptar establecer nuestros objetivos sobre la base de una extrapolación histórica nos coloca sin duda en una posición conservadora. Para alcanzar los objetivos establecidos en esta forma, bastará con mantenernos haciendo aquello que históricamente se ha venido realizando.

Bajo estas consideraciones la utilización de modelos es esencial.

Clasificación y categorías de modelos energéticos

El uso de modelos se explica por el deseo de lograr reflejar sistemas complejos de manera simple y comprensible. Por otra parte, los modelos contribuyen en la organización de mucha información y brindan un marco consistente para poner a prueba distintas hipótesis. Un gran número de modelos se han desarrollado para llevar a cabo análisis de sistemas energéticos. Estos modelos se basan en enfoques distintos y utilizan una amplia gama de he-rramientas matemáticas.

Existen diversas formas de clasificar modelos energéticos. Entre las clasificaciones principales se encuentran las siguientes:

1. Clasificación según propósito/objetivo del modelo.
2. Clasificación según cobertura espacial.

III. Clasificación “bottom up” versus “top down”.

I.- Clasificación según propósito/objetivo del modelo.

Usando el criterio de propósito/objetivo, los modelos energéticos pueden clasificarse en las siguientes categorías generales: (1) modelos de demanda, (2) modelos de oferta, y (3) modelos de sistemas.

Los modelos de demanda son aquellos modelos cuya función principal es el pronóstico de la demanda (Por ejemplo, MEDEE-S, MAED). Por otra parte, los modelos de oferta son aquellos cuyo objetivo principal consiste en la predicción, o bien, planificación de oferta (Por ejemplo, MARKAL, EFOM-ENV, WASP, DECPAC). Finalmente, los modelos de sistemas se utilizan para analizar el sistema energético en su totalidad incluyendo tanto oferta como demanda (Por ejemplo, LEAP, ENPEP, NEMS).

II.- Clasificación según cobertura espacial.

En general, los modelos energéticos son desarrollados para propósitos de planificación nacional o bien de análisis de política global. Luego, una primera clasificación considera modelos nacionales (como MARKAL, LEAP, MEDEE) y globales (como POLES). En este contexto, además de los modelos globales y nacionales existen los modelos regionales (como PRIMES modelo desarrollado para la Unión Europea). Para estimaciones de demanda eléctrica existen resoluciones espaciales mucho más finas que pueden definirse a nivel de nodo o a través de enrejado que suelen ser hexagonales (Infante, 2006).

Los modelos de cobertura espacial más usados en el mundo son: (1) optimización, (2) modelos de simulación y equilibrio parcial, (3) modelos de uso final o contabilidad, (3) modelos econométricos, (4) modelos de equilibrio general computable (CGE), (5) modelos de desarrollo reciente, (6) modelos híbridos,

III.- Clasificación “bottom up” versus “top down”.

La teoría económica dispone de distintas formas de analizar las relaciones entre consumos de energía y variables económicas como la producción y los precios. En este sentido existen meto-dológicos alternativos para analizar estas relaciones. En efecto, por un lado existe el enfoque más asociado a los modelos microeconómicos conocido como “bottom up”, que disponen de una fuerte base de ingeniería y en donde en muchos casos se especifican los requerimientos energéticos de equipos y maquinarias para determinar el consumo energético.

Por otro lado, existen los modelos de corte macroeconómico, que se conocen como “top-down”. En este último caso destacan los modelos de equilibrio general computables que disponen de una importante consistencia con la teoría económica. También se cuenta con modelos de tipo econométricos que permiten incorporar de manera la información histórica disponible. El cuadro siguiente muestra comparativamente características de ambas categorías de modelos.

Cuadro 1. Comparación entre modelos “top down” y “bottom up”

La figura siguiente presenta los principales tipos de modelos según si son top-down o bottom-up. Se puede apreciar que los métodos econométricos pueden ser tanto bottom up o top down según el caso y la aplicación. En efecto, y a modo de ejemplo, es posible estimar consumos energéticos a nivel nacional o global (modelos top-down) o bien sectoriales o de una pequeña comunidad (bottom-up).

Figura 11. Presentación de Categorías Principales de Modelos Energéticos según clasificación “top down” o “bottom up”

El cuadro siguiente muestra un resumen de los enfoques de modelos y su relación con los otros criterios de clasificación.

Presentación de principales modelos utilizados y sus aplicaciones

Los principales modelos utilizados en la actualidad en América, Europa y Asia son: MARKAL, MARKAL-MACRO, ENPEP y LEAP, este último es que le ha mostrado resultados más acorde con la realidad mexicana y es utilizado en CANACINTRA_UNAM para análisis de planeación

MARKAL y MARKAL-MACRO

En México podemos decir que las dependencias tanto gubernamentales como académicas que han realizado modelos de energía?medio ambiente son:

-Secretaría de Energía (SENER)

-Petróleos Mexicanos (PEMEX)

-Comisión Federal de Electricidad (CFE)

-Universidad de las Américas

-U.N.A.M.

• Instituto de Ingeniería
• Programa Universitario de Energía
• Centro de Investigación de Energía

– Instituto Mexicano del Petróleo

– Instituto de Investigaciones Eléctricas

– Instituto de Investigaciones Nucleares

La SENER está promoviendo la utilización de modelos con el objetivo de:

• Formulación de política energética
• -Evaluación del impacto de la Política Energética sobre Medio Ambiente.
• -Diseño de estrategias para reducir el consumo de combustibles
• -Fósiles mitigando las emisiones de GEI.
• -Determinar la demanda y oferta de energía, los requeri-mientos de Inversión y los costos de operación.

La elaboración de escenarios con frecuencia se complementa con el uso de modelos o el análisis morfológico, este ultimo definido como el modelado sin una dependencia definitiva en los insumos cuantitativos.

Características del modelo LEAP

El LEAP (Long-range energy alternatives planning system) es una plataforma computacional diseñada para llevar a cabo una planeación energético-ambiental en forma integrada. Asimismo se puede usar para representar una cadena energética específica.

LEAP es una herramienta para estudios energéticos-ambientales basados en escenarios:

• Prospectiva energética (forecasting)
• Planeamiento integrado de los recursos
• Análisis de política energética
• Análisis de mitigación de gases de efecto invernadero
• Balances energéticos e inventarios medio-ambientales

Su principal objetivo es brindar un soporte integrado y confiable en el desarrollo de estudios de planeamiento energético integrado. Es del tipo “bottom up” y consiste esencialmente en un modelo energético ? ambiental basado en escenarios, del tipo “demand-driven”.

Esto último significa que frente aun determinado escenario de demanda final de energía, el LEAP asignara los flujos energéticos entre las distintas tecnologías de abastecimiento energético, calculando el uso de recursos, los impactos ambientales y detectando la necesidad de ampliación de determinados procesos de producción de energía.

Principalmente utilizados para determinar la evolución del sistema energético tanto en países industrializados como para países en desarrollo, para regiones (incluyendo varios países) o para propósitos de planeamiento local.

Provee por lo tanto un banco de información, por lo que constituye una herramienta para obtener proyecciones de largo plazo en términos de configuraciones de oferta/demanda y/o de un esquema para identificar y evaluar opciones de política y tecnologías alternativas.

Para el desarrollo del LEAP se requiere los datos:

• Balance energético del año base
• Precios de los distintos productos energéticos
• Parámetros tecnológicos
• Costos por cada tecnología
• Proyecciones internacionales de precios de energía
• Coeficientes ambientales locales (opcional)}
• Intensidades energéticas para procesos de uso final
• Información sobre usos de biomasa.

Sistema energético

Demanda: Evaluación detallada de la composición de la demanda por sector, subsector, usos finales y equipamientos. Crecimiento de la demanda determinado por las relaciones de competencia entre combustibles, intensidades energéticas equipamientos de transformación y cambios estructurales definidos por el usuario.

Transformación: Evaluación detallada de la configuración del sistema de oferta actual y futura. Definición a detalle de las estructuras de transformación definidas por el usuario.

Disponibilidad de algoritmos flexibles que permitan definir múltiples entradas y salidas tales como en los casos de cogeneración de calor y electricidad.

Recursos: Representación simple de recursos renovables y no redobles. Presentación de detalle de recursos de biomasa.

Balance oferta/demanda: Presentación completa del balance proyectado. Cálculos iterativos que permiten simular los lazos de retroalimentación del sistema.

Conclusión

CANACINTRA y la UNAM realizan análisis periódicos del sector energético incluyendo los relativos a la planeación. El grupo de análisis lo encabeza el Ing. Carlos Míreles, que a través de foros sobre refinación, electricidad, petroquímica, uso eficiente de energía, políticas energéticas, entre otros, ha creado las bases para configurar la información necesaria para el uso del modelo LEAP, el cual ha mostrado resultados muy apegados a la realidad y responde a las condiciones particulares de nuestro sector energético. Esto puede brindar una contribución para el Foro Consultivo del Consejo Nacional de Energía, que desempeña las tareas de planeación del Consejo Nacional de Energía, coordinado por la Secretaria de Energía y que es el resultado de la Reforma Energética, aprobada el 15 de diciembre de 2009.

Recomendaciones

En la planeación del sector energético la participación de los grupos de enfoque es muy importante por lo que deben fortalecerse. Los grupos de enfoque son los responsables de proporcionar los valores de las variables exógenas que alimentan al modelo. Estos grupos deben tener mayor reflexión sobre:

• La revisión bibliográfica de los futuros posibles de la energía, incluyendo el estado tecnológico, así como los elementos portadores de futuro para el desarrollo económico y demográfico.
• Proyección sobre la posible evolución futura del sector energético, así como la de los precios internacionales de los combustibles.
• La consulta a expertos sobre diferentes aspectos relativos a la posible penetración acelerada de las diferentes formas de energía.
• La revisión de la literatura internacional y nacional sobre la proyección energética en México.

*Coordinador del Centro de Información del Programa Universitario de Energía de la UNAM (rggg43@hotmail.com ).
**Miembro del Consejo Químico y del Comité de Energéticos de Canacintra (ortizyasoc@prodigy.net.mx ).