viernes, 23 de febrero de 2018

Alternativas a la Tasa de Retorno Energetico.



La sociedad consume una serie de servicios, (transporte, comida , calefacción) ,para obtener estos servicios se necesita energía que proviene de combustibles fósiles, nucleares y renovables.


 

El problema que se plantea es determinar si tendremos suficiente energía para poder mantener este tinglado o si todo esto se vendrá a bajo por falta de energia.

Lo llamamos energía pero realmente es potencia.


Hay una cuestión importante antes de seguir. Aunque se suele hablar de energía, realmente es potencia. La potencia es un flujo de energía. Poniendo un símil. Una bañera contienen un volumen de agua, Una ducha proporciona un flujo o caudal de agua, es decir cierto volumen de agua por unidad de tiempo. La bañera es “energía”, la ducha es ”potencia”

Los diagramas de flujo como el anterior muestran potencias, no energías. Las unidades son engañosas ya que estan en Julios que son unidades de energía. Pero se esta refiriendo a la energía consumida durante un año, es decir julios/año. Esto es una potencia, y lo mas correcto seria expresarlo en W.

Cuando se dice que el consumo de petroleo es de 3000Mtn, se refiere al consumo anual. Otra forma de expresarlo es en mbd. Esto son millones de barriles dia, es decir potencia.

Solo las reservas de combustibles fosiles son energías, todo lo demás son flujos de energía y por lo tanto potencias.


Diagrama demasiado simplificado: Recirculaciones


Aunque parezca muy confuso este diagrama es muy simple, ya que todos los flujos van en un unico sentido. Todos los flujos van desde las fuentes a los servicios. Por lo que calcular si se dispone de potencia suficiente es muy sencillo, solo habría que ver cuanta potencia requieren los servicios, calcular cuanta potencia primaria se requiere y determinar si las fuentes pueden proporcionarla.

Desgraciadamente las cosas no son tan simples como muestra este grafico. En la realidad, hay flujos de energia que fluyen en sentido contrario y que son imprescindibles para mantener los flujo de las fuentes a los servicios.
Para que el petroleo fluya hasta los depositos de los coches, es necesario que exista un flujo de energia en direccion contraria que permita la extraccion, transporte , refino, distribucion etc etc.

Este diagrama esta muy simplificado y solo representa los flujos que van desde las fuentes a los servicios pero hay flujos de energía que vuelven hacia atrás. Estas recirculaciones que complican enormemente el sistema.




En este diagrama los fujos 2 y 3  son recirculaciones: flujos de energia que circulan en sentido contrario.


La TRE no es una herramienta valida para estudiar las recirculaciones.


Seguramente a los lectores habreis pensado inmediatamente en la famosa TRE.
La TRE ha sido el primer  y unico intento de estudiar las recirculaciones. Tanto es asi, que se suele confundir o equiparar la TRE con las recirculaciones.

Son cosas diferentes. La recirculación es una realidad fisica y la TRE es un parametro con el que se pretende caracterizar esa realidad. No son lo mismo.

Creo que esto se entenderá mejor con un simil tonto:

Se me ha roto la tostadora y quiero arreglarla. Para ello tengo que desmontar la carcasa que esta unida con 4 tornillos de estrella.
Para desatornillar estos tornillos me he comprado un martillo y me he paso la tarde entera intentado desatornillar los tornillos con el martillo, sin obtener ningún resultado. Mi esposa que cuando me ha visto en esta penosa tarea me ha dicho " Olvidate del martillo que no te esta ayudando de nada".
A lo que he respondido contrariado: "El martillo es muy importante y fundamental para poder arreglar la tostadora. Si no quitamos los tornillos es imposible  acceder al interior. El problema es que el martillo es una herramienta muy compleja y esquiva, pero es muy importante y fundamental".

Estoy confundiendo el problema al que me enfrento, "Desatornillar los tornillos" con la herramienta por la que pretendo solucionar ese problema: "El martillo". Que sea muy importante quitar los tornillos no significa que el martillo sea una herramienta adecuada.

Lo mismo ocurre con el retorno energético. Se confunde el problema que queremos estudiar, con la herramienta pensada para estudiarlo.

El problema que es que para generar energía se necesita consumir energía y esto en algunas circunstancias puede suponer una limitación o impedimento para la generación de energía. Y lo que queremos saber es cuando la energía consumida en la generación energética supone una limitación y cuando no.
Se intenta quitar este tornillo, con el martillo TRE. El martillo TRE, nos deberia indicar si una fuente de energia es inviable debido a su consumo energetico o no. Estaría bien se pudiera obtener un valor de TRE que nos dijera inequívocamente la viabilidad de la tecnología. Pero no hace eso. Entre otras cosas porque el retorno energético es un problema demasiado complejo como para pretender caracterizarlo con un único parámetro. La TRE es una herramienta que no funciona para el objetivo que se había pensado. No porque sea una herramienta esquiva y resbaladiza o no sepamos utilizarla sino porque conceptualmente esta mal planteada.

Llevamos mas de una década intentado quitar esos dichosos tornillos a martillazos sin ningún resultado, y va siendo hora de plantearse que hay que olvidarse del martillo y buscar otra herramienta que sea mas adecuada.

En mi opinión el concepto de TRE ha tenido un aspecto positivo que es poner en foco en la importancia de la recirculación. Pero el parámetro en si, esta mal planteado, no ha aportado nada y ha ocasionado confusión, desinformación al tiempo que ha consumido gran cantidad de tiempo y energía en debates y análisis que no han llegado a ninguna parte.
No ha ayudado a profundizar en el conocimiento del problema energético y sino todo lo contrario a mostrado una realidad distorsionada y erronea. Se ha utilizado para negar evidencias y justificar prejuicios.
Creo que el balance global ha sido sumamente negativo. Y considero que la TRE ha resultado ser un arma de desinformación masiva y por lo tanto urge su erradicación.

Inconvenientes y limitaciones de la TRE

La TRE o Tasa de Retorno Energético, es un intento de estudia estas recirculaciones.
Tiene la ventaja de que resulta muy simple. Lo que es útil para explicar y poder entender de manera intuitiva el problema de las recirculaciones. Pero tiene muchas pegas por lo que la hacen completamente inútil mas allá de ese aspecto didáctico.

Como su propio nombre indica la tasa de retorno energético, se refiere a energía no potencia. No trata con flujos. Aunque en muchas ocasiones se confunden potencias con energías, y se suelen representar la TRE en diagramas de flujo, no es lo mismo.

Siguiendo con el simil la TRE nos dice que si gastamos 1 cubo de agua, obtendremos 10 cubos de agua. Pero ¿En cuanto tiempo?
Este problema lo explico muy bien Pedro Prieto con esta grafica.



La energía requerida se consume varios años antes de la puesta en marca de la instalación mientras que la producida se obtiene durante varias décadas después de instalarse.

Pero ademas hay otra cuestión de difícil solución ¿Que cantidades de energía incluimos en el?
Hasta donde nos remontamos a la hora de considerar los costes energéticos. Hay un numero ilimitado de costes energeticos “Sine cua non”.

Alternativas a la TRE.


Aunque parezca una perogrullada, la manera mas sencilla y conveniente de estudiar las recirculaciones de las potencias, es hacerlo en terminos de potencia. No en terminos de energia total.

Es decir,  determina en un momento cual es la relaciones entre las potencias.

Supongamos un caso muy simplificado.

 

Tenemos una fuente de energia( Petroleo, Carbon, Sol, viento) y un proceso que la extrae.(Pozo,mina, planel, aerogenerador). Este proceso produce un flujo de energia o potencia bruta PB, parte de esa potencia lo utiliza la sociedad ; potencia neta PN y parte se recircula para la instalación operación y mantenimiento de esa fuente; Potencia recirculada

Si calculamos el cociente entre la PB y PR ¿Que obtenemos?
Lo mas complicado de todo el articulo es comprender que este ratio no es la TRE.

PB / PR  ≠ TRE

La TRE es el cociente entre la energia total proporcionada por el proceso a lo largo de toda su vida util, dividido entre toda la energia consumida por dicho proceso.

El ratio PB /PR es la relaciona entre las potencias en un momento determinado.

La TRE es la relacion entre la energia requerida (energia total consumida o producida en toda la vida de la fuente de energía)Y esto es el cociente entre la potencia bruta y la potencia recirculada.( potencias en un instante concreto)

La TRE es un valor intrinseco del proceso. En cociente PB/PR es un valor que podemos decir  arbitrariamente. Es posible no recircular nada o recircular toda la potencia generada. No es algo característico de la fuente de energia, no depende del proceso de generación.
Es importante entender esta diferencia, ya que de lo contrario será difícil entender el resto.

Que un yacimiento petrolífero tenga una TRE=10 significa que la energía total extraída del pozo en toda su vida, sera diez veces la energía total invertida en su construcción, operación y mantenimiento. El valor de la TRE dependerá de las características geológicas del yacimiento, de la cantidad y composición del petroleo y de la tecnología de extracción.( y también de como definamos y calculemos la TRE)

Pongamos que en un momento dado ese yacimiento produce un flujo de energía de 10.000barriles/dia. Se podría destinar este flujo de energía a abrir nuevos yacimientos o usarlo en el transporte por carretera. Se puede decidir a que lo destinamos. Da igual como de fácil o difícil haya sido producir esos 10.000barriles, ahora que lo tenemos podemos destinarlos a lo que queramos. Esta decisión que puede ser mas o menos acertada... podríamos no recircular nada de petroleo y prenderle fuego según lo vamos sacando de los pozos. En ese caso conseguiríamos un PB/PR = infinito. O podriamos dedicar absolutamente todo el petroleo que hemos obtenido a construir nuevos pozos, en ese caso tenemos PB/PR=1.

El PB/PR no depende de la tecnologia empleada, ni de las caracteristicas del yacimiento, ni de la calidad del petroleo, ni de ninguna otra cosa. No es una variable que defina o describa la naturaleza de la fuente de energia, sino un parametro de diseño que podemos fijar arbitrariamente.

En resumen, el cociente PB/PR no es una caracteristica de la fuente de energia, sino que es fruto de una decisión.


Hemos tenido larguisimas discusiones sobre el valor de la TRE. Estas discusiones no tienen sentido en el caso del ratio PB/PR.  Ya que este puede tomar cualquier  valor.

 Las decisiones tienen consecuencias.


 Podemos elegir arbitrariamente el ratio PB/PR. Pero nuestra decision, afectará a las potencias obtenidas en los momentos posteriores. Cuanta mas potencia recirculemos, es decir, destinemos a crear nuevas instalaciones energeticas, mas potencia bruta obtendremos en un futuro.

Un agricultor decide que porcentaje de su cosecha la destina a sembrar la siguiente cosecha. En principio puede no destinar nada o puede destinar toda la cosecha a sembrar la siguiente.
Obviamente su decisión afectará a la cosecha del año siguiente.

Curvas crecimiento vs recirculación


Veamos la situación del petroleo.
En la siguiente gráfica se muestra la situación del petroleo para el 2014. Ese año se produjeron un total de 4230 MTEP, un 15% del total, unos 650MTEP se recircularon para abrir nuevos yacimientos y dar operación y mantenimiento a los existentes. Estas acciones permitieron aumentar la producción en 120MTEP llegando a 4350MTEP en el 2015.



 

La curva azul nos muestra la variacion o crecimiento de la potencia,  en función del ratio de recirculación. Si no hubieramos recirculado nada.Es decir, si no se hubiera invertido nada en construir nuevos yacimientos, la producción hubiera caido en 200MTEP.
 Para mantener la producción constante, hubiera sido necesario recircular 250MTEP.   Recirculando 600MTEP, se ha logrado aumentar la potencia bruta del año siguiente.

La curva tiene forma logaritmica, y cumple la ley de los rendimientos decrecientes.

Pero esta curva solo describe la situación en un instante dado en este caso 2014. Esta curva ira variando con el tiempo a medida que se vayan agotando los yacimientos.


La curva ira bajando con el tiempo, de manera que cada es necesario recircular mas potencia para conseguir crecer o mantenerse.

Para mantener un crecimiento 0 en la curva azul, bastaba recircular 250MTEP, para mantener el crecimiento 0 con la curva granate se necesita recircular 2000MTEP.

Lo que interesa a la sociedad, es obtener la mayor cantidad de potencia neta. Por lo que resulta mas conveniente recircular 1000Mtep  y que se reduzca la potencia bruta al año siguiente en 100Mtep, a tener que recircular 2000Mtep para evitar esta reduccion de 100Mtep.

Por eso graficas como la siguiente no son realistas

En el 2030, estarian recirculando el 90% de la potencia, ¿Para que? ¿Para amortiguar las tasas de decrecimiento de la potencia bruta?
Estarian destinando casi todo el petroleo disponible en ese momento en mantener unas instalaciones que apenas van aportar petroleo en un futuro.


Ratio de crecimiento autosostenido

 Otro parametro interesante es el Ratio de crecimiento autosostenido.
Volviendo a la curva de crecimiento vs recirculación, si recirculamos toda la energia que estamos producciendo. ¿Cuanto creceremos?

Supongamos que tenemos un pozo petrolifero y destinamos todo el petroleo que nos proprociona, a producir nuevos pozos petroliferos, que volvemos a destinar a producir mas y mas pozos.
Es decir, no destinamos nada a la sociedad todo lo recirculamos.

La velocidad a la que creceria la produccion bruta de petroleo, es el RCA o ratio de crecimiento autosostenido.

Esta no se mantiene constante, sino que depende de la abundancia del recurso, su facilidad de extraccion y la tecnologia disponible.
Inicialmente cuando habia grandes yacimientos de petroleo por explotar, el RCA era muy elevado, a medida que se va explotando este va disminuyendo.  Llegara un punto en el que este sea cero.
Aunque se recirculara todo lo que produce, no se evitaria el declive.  Y a partir de hay el RCA seria negativo.

La fotovoltaica ha seguido el camino inverso. Inicialmente tenia un RCA muy bajo(probablemente negativo), y a medida que ha ido mejorando la tecnologia y abaratandose, ha ido aumentado el RCA. En algun momento se cruzó con  el de los combustibles fosiles y ahora es mayor.


Crecimiento autosostenido Vs crecimiento real
Se puede comparar el RCA en un monento dado, con el crecimiento real.
Si son iguales, significa que se esta recirculando toda el flujo de energia producido, por lo que no hay energia neta para la sociedad.
Si el crecimiento real es menor que el RCA significa que solo se recircula una parte y hay un flujo de energia neta hacia la sociedad.

Y por ultimo, si el crecimiento real es superior al RCA significa que el flujo de energia que se recircula es superior al que produce, es decir que hay un flujo de energia de la sociedad a la fuente. O dicho de otro modo, que es un sumidero de potencia.


RCA Vs TRE

La TRE no permite determina si una energia es una fuente o un sumidero.
Es decir si flujo neto de energia es de la fuente a la sociedad o de la sociedad a la fuente.

Falla porque no tiene en cuenta el aspecto temporal y esta definida en terminos de energia y no como potencia.

 Lo que define la direccion del flujo de energia no es la TRE sino el RCA.

Una fuente con un TRE elevado sera un sumidero si crece lo suficientemente rapido. Y al reves, una fuente con un TRE muy baja(ncluso menor que la unidad), puede proporcionar un flujo de energia neta a la sociedad  si decrece .


 





10 comentarios:

Anónimo dijo...

Has inventado algunos conceptos que deben de volver a ser calculados año tras año. Cada año el incremento de la potencia bruta PB podría calcularse en función de la potencia de retorno PR, y su valor máximo cada año sería el ratio de crecimiento autosostenido RCA, cuando PR sea igual a PB. Puedes jugar cada año con el PR y el PB que te parezcan mejores, pero tienes la limitación de que la integral de la PB a lo largo del tiempo que el recurso está en explotación es igual a la energía bruta EB extraída durante dicho período. Igualmente la integral de PR a lo largo del tiempo es igual a la energía de retorno ER invertida durante dicho período. Finalmente EB/ER = TRE.

Alb dijo...

Exactamente... veo que lo has comprendido.

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