Sistema energético

Un sistema energético es un sistema diseñado principalmente para suministrar servicios energéticos a los usuarios finales . ^{[ 1 ] : 941} El objetivo de los sistemas energéticos es minimizar las pérdidas de energía a un nivel insignificante, así como garantizar el uso eficiente de la energía. ^{[ 2 ]} El Quinto Informe de Evaluación del IPCC define un sistema energético como "todos los componentes relacionados con la producción, conversión, distribución y uso de la energía ". ^{[ 3 ] : 1261}

Las dos primeras definiciones permiten medidas del lado de la demanda, como el aprovechamiento de la luz natural , el aislamiento térmico de edificios rehabilitados y el diseño solar pasivo de edificios , así como factores socioeconómicos, como aspectos de la gestión de la demanda energética y el teletrabajo , mientras que la tercera no. Tampoco considera la tercera la economía informal en el sector de la biomasa tradicional , que es significativa en muchos países en desarrollo . ^{[ 4 ]}

El análisis de los sistemas energéticos abarca, por lo tanto, las disciplinas de la ingeniería y la economía . ^{[ 5 ] : 1} Fusionar ideas de ambas áreas para formar una descripción coherente, particularmente cuando intervienen dinámicas macroeconómicas , es un desafío. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

El concepto de sistema energético está evolucionando a medida que entran en vigor nuevas regulaciones, tecnologías y prácticas, como por ejemplo el comercio de emisiones , el desarrollo de redes inteligentes y el mayor uso de la gestión de la demanda energética , respectivamente.

Desde una perspectiva estructural, un sistema energético, como cualquier otro sistema , está compuesto por un conjunto de partes que interactúan entre sí y se ubican dentro de un entorno. ^{[ 8 ]} Estos componentes se derivan de ideas propias de la ingeniería y la economía . Desde una perspectiva de procesos, un sistema energético «consiste en un conjunto integrado de actividades técnicas y económicas que operan dentro de un marco social complejo». ^{[ 5 ] : 423} La identificación de los componentes y comportamientos de un sistema energético depende de las circunstancias, el propósito del análisis y las preguntas que se investigan. Por lo tanto, el concepto de sistema energético es una abstracción que suele preceder a algún tipo de investigación computacional, como la construcción y el uso de un modelo energético adecuado . ^{[ 9 ]}

Desde una perspectiva de ingeniería, un sistema energético se presta a ser representado como una red de flujo : los vértices se corresponden con componentes de ingeniería como centrales eléctricas y oleoductos , y las aristas con las interfaces entre estos componentes. Este enfoque permite agrupar conjuntos de componentes similares o adyacentes y tratarlos como uno solo para simplificar el modelo. Una vez descritos de esta manera, se pueden aplicar algoritmos de redes de flujo, como el flujo de costo mínimo . ^{[ 10 ]} Los componentes en sí mismos pueden tratarse como sistemas dinámicos simples por derecho propio. ^{[ 1 ]}

El concepto de servicio energético es fundamental, especialmente a la hora de definir la finalidad de un sistema energético:

Es importante comprender que el uso de la energía no es un fin en sí mismo, sino que siempre está dirigido a satisfacer las necesidades y deseos humanos. Los servicios energéticos son los fines para los cuales el sistema energético proporciona los medios. ^{[ 1 ] : 941}

Los servicios energéticos pueden definirse como comodidades que se proporcionan mediante el consumo de energía o que podrían haberse suministrado de esta manera. ^{[ 18 ] : 2} Más explícitamente:

La demanda debería definirse, siempre que sea posible, en términos de prestación de servicios energéticos, caracterizada por una intensidad apropiada ^{[ b ]} , por ejemplo, la temperatura del aire en el caso de la calefacción o los niveles de lux para la iluminancia . Este enfoque facilita un conjunto mucho mayor de posibles respuestas a la cuestión del suministro, incluido el uso de técnicas energéticamente pasivas, por ejemplo, el aislamiento térmico y el aprovechamiento de la luz natural . ^{[ 19 ] : 156}

Considerar los servicios energéticos per cápita y cómo estos contribuyen al bienestar humano y a la calidad de vida individual es fundamental para el debate sobre la energía sostenible . Las personas que viven en regiones pobres con bajos niveles de consumo de servicios energéticos se beneficiarían claramente de un mayor consumo, pero esto no suele ser cierto para quienes tienen altos niveles de consumo. ^{[ 20 ]}

La noción de servicios energéticos ha dado lugar a empresas de servicios energéticos (ESCo, por sus siglas en inglés) que contratan para proporcionar servicios energéticos a un cliente durante un período prolongado. La ESCo tiene entonces libertad para elegir los mejores medios para hacerlo, incluyendo inversiones en el rendimiento térmico y los equipos de climatización (HVAC) de los edificios en cuestión. ^{[ 21 ]}

ISO 13600 , ISO 13601 e ISO 13602 conforman un conjunto de normas internacionales que abarcan los sistemas técnicos de energía (TES). ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]} Aunque fueron retiradas antes de 2016, estos documentos proporcionan definiciones útiles y un marco para formalizar dichos sistemas. Las normas describen un sistema energético dividido en sectores de oferta y demanda, vinculados por el flujo de productos energéticos comercializables (o bienes energéticos). Cada sector tiene un conjunto de entradas y salidas, algunos intencionales y otros subproductos dañinos. Los sectores pueden dividirse a su vez en subsectores, cada uno con un propósito específico. El sector de la demanda está presente, en última instancia, para suministrar servicios basados ​​en bienes energéticos a los consumidores (véase servicios energéticos ).

El diseño de sistemas energéticos incluye el rediseño de los mismos para garantizar la sostenibilidad del sistema y sus componentes, así como para cumplir con los requisitos del Acuerdo de París para la mitigación del cambio climático . Los investigadores diseñan modelos de sistemas energéticos y vías de transformación para la transición hacia energías renovables al 100% , a menudo en forma de documentos de texto revisados ​​por pares, creados una sola vez por pequeños equipos de científicos y publicados en una revista especializada .

Las consideraciones incluyen la gestión de la intermitencia del sistema , la contaminación del aire , diversos riesgos (como los de seguridad humana, riesgos ambientales, riesgos de costos y riesgos de viabilidad), la estabilidad para la prevención de cortes de energía (incluida la dependencia de la red o el diseño de la red), los requisitos de recursos (incluidos el agua y los minerales raros y la reciclabilidad de los componentes), los requisitos de tecnología/ desarrollo , los costos, la viabilidad , otros sistemas afectados (como el uso de la tierra que afecta a los sistemas alimentarios ), las emisiones de carbono, la cantidad de energía disponible y los factores relacionados con la transición (incluidos los costos, los problemas relacionados con la mano de obra y la velocidad de implementación). ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]}

El diseño de sistemas energéticos también puede considerar el consumo de energía , como en términos de demanda energética absoluta, ^{[ 31 ]} la reducción de residuos y consumo (por ejemplo, mediante la reducción del uso de energía, el aumento de la eficiencia y la flexibilidad horaria), la mejora de la eficiencia de los procesos y la recuperación del calor residual . ^{[ 32 ]} Un estudio señaló un potencial significativo para un tipo de modelado de sistemas energéticos para "ir más allá de los enfoques disciplinarios únicos hacia una perspectiva integrada sofisticada". ^{[ 33 ]}

• Volumen de control : un concepto de la mecánica y la termodinámica.
• Sistema de energía eléctrica : una red de componentes eléctricos utilizados para generar, transferir y utilizar energía eléctrica.
• Desarrollo energético : el esfuerzo por proporcionar a las sociedades energía suficiente con un impacto social y ambiental reducido.
• Modelado energético : el proceso de construir modelos informáticos de sistemas energéticos.
• Industria energética : el lado de la oferta del sector energético.
• Sistema energético insular : donde un sistema energético está aislado de otros sistemas energéticos cercanos.
• Modelo matemático : la representación de un sistema mediante las matemáticas y que a menudo se resuelve utilizando ordenadores.
• Programación orientada a objetos : un paradigma de programación informática adecuado para la representación de sistemas energéticos como redes.
• Ciencia de redes : el estudio de las redes complejas
• Bases de datos abiertas sobre sistemas energéticos : proyectos de bases de datos que recopilan, limpian y republican conjuntos de datos relacionados con la energía.
• Modelos de sistemas energéticos abiertos : una revisión de modelos de sistemas energéticos que también son de código abierto.
• Diagrama de Sankey : se utiliza para mostrar los flujos de energía a través de un sistema.