Sistema energético contemporáneo
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Sistema Energético contemporáneo: es el modo específico en que se obtiene, trasmite y consume la energía. El objetivo de todo sistema energético es llevar a los consumidores los beneficios que ofrece la energía. Por lo general, los autores emplean el término servicio de la energía para designar los beneficios que implica contar con la energía necesaria para las más diversas necesidades.
Sumario
Introducción
Para la sociedad modema, altamente impactada por los avances de la ciencia y la tecnología, resulta imprescindible la garantia de un suministro estable y seguro de energía. Desde la confección de la ropa que usamos, la construcción de los edificios donde estudiamos, vivimos, trabajamos o nos recreamos, hasta el cultivo y cosecha de los alimentos que comemos, todos son procesos que dependen de la energía.
Al transformar la energía de unas formas a otras, independientemente de la fuente de donde esta proceda, se obtiene la electricidad para iluminar escuelas, hospitales e industrias o hacer funcionar las computadoras, los teléfonos y las máquinas herramientas de las fábricas. Se transforma también la energía química de los combustibles líquidos (básicamente fósiles) para hacer funcionar los motores de los diferentes medios empleados por el transporte.
En épocas remotas, cada tribu producía de manera independiente la cantidad de energía requerida mediante la combustión de la biomasa obtenida de los otrora abundantes bosques, para satisfacer sus necesidades básicas: alimentación, calefacción, iluminación y protección. No se requiere transportar la energía a grandes distancias, el consumo se ajustaba al total de miembros de la tribu y el impacto causado sobre el medio ambiente era local y de pequeñas proporciones. Estas eran las características del sistema energético primitivo.
Los elementos que forman un sistema energético son el sector de suministros y las denominadas "tecnologías de uso final de la energía".
La cadena energética que conlleva estos servicios, comienza con la recolección o extracción de la energía primaria que, en uno o varios pasos, puede ser convertida en portadores energéticos tales como la electricidad, el petróleo, el gas o el combustible diesel, que son útiles para diferentes usos. Los equipos para el uso final de la energía, bombillos, vehículos, maquinarias, convierten Ia energía final en energía útil, la que proporciona los beneficios deseados: los anteriormente denominados servicios energéticos.
Con el desarrollo de la ciencia y la técnica han ido cambiando, tanto las fuentes de energía mayoritariamente utilizadas, como la magnitud, distribución e impacto ambiental del consumo de energía.
Durante mucho tiempo la leña, la fuerza muscular del hombre o de los animales utilizados para la tracción, así como los diversos sistemas mecánicos apoyados en el aprovechamiento de la fuerza del viento o de las corrientes de agua, fueron las únicas fuentes de energía disponibles. Hasta el siglo XVII no comenzaron a surgir nuevas fuentes, como el carbón, que cobró auge y gran demanda durante la Revolución Industrial, pero que comenzó rapidamente a declinar ante la aparición y rápida expansión en el siglo XX, tanto del petróleo y sus derivados como de la energía hidroeléctrica.
Para entender las características del sistema energético contemporáneo, o sea, del modo específico en que se obtiene, transmite y consume la energía hoy día, deben recordarse algunos fenómenos acontecidos en el mundo a partir de la Revolución Industrial. Este es el nombre dado a los dramáticos cambios ocurridos, comenzando en el Reino Unido a finales del siglo XVIII, que marcaron el inicio de los procesos de industrialización y posterior expansión del sistema capitalista mundial. La Revolución Industrial significó un incremento espectacular de la producción manufacturada, gracias no solo a la aplicación de nuevos conocimientos científicos y tecnológicos y al logro de una mayor experiencia productiva, sino además al descubrimiento de nuevas fuentes de energía. Todo esto propició la creación de grandes empresas y el incremento de los fenómenos migratorios hacia las grandes ciudades, con la consecuente necesidad de aumentar la producción y transmisión de energía.
A partir de entonces, comenzaron a gestarse los elementos del sistema energético contemporáneo. Pero antes de entrar a detallar algunas de las características de la manera en que hoy se obtiene, transmite y consume la energía, veamos algunos antecedentes relacionados con los adelantos científicos y tecnológicos que tuvieron lugar en el siglo XIX y comienzos del XX.
Principales antecedentes ciéntíficos y tecnológicos.
El fenómeno de la electrización de los cuerpos se conocía desde la época de la antigua Grecia. Tales de Mileto (¿630-550? a .n.e.) fue el primero, que cerca del 600 a.n.e., conociera el hecho de que el ámbar, al ser frotado adquiere el poder de atracción sobre algunos objetos. Sin embargo, fue el filósofo griego Teofrasto (¿374-287? a.n.e.) el primero, que en un tratado escrito tres siglos después, estableció que otras sustancias tienen este mismo poder, dejando así constancia del primer estudio científico sobre la electricidad.
Hacia la primera mitad del siglo XIX se había avanzado bastante en la compresión de los fenómenos eléctricos y magnéticos, aunque una teoría mucho más acabada del electromagnetismo no aparecería hasta la segunda mitad de esta centuria, con los trabajos del físico británico James Clerk Maxwell. En 1813, el holandés Hans Christian Oersted predijo la existencia de una conexión entre la electricidad y el magnetismo y en 1819 lo demostró empíricamente al observar que la aguja magnética se desviaba al colocar una brújula cerca de un hilo recorrido por una corriente eléctrica. Con ello demostró que las corrientes eléctricas producen campos magnéticos. La primera aplicación práctica de estos fenómenos apareció en 1836 con el telégrafo. En 1838 se usó por primera vez la electricidad como fuerza motriz, y en 1878 el inventor alemán Siemens, diseñó la primera locomotora eléctrica.
En 1852, el físico y geólogo canadiense Abraham Gessner obtuvo una patente para producir a partir de petróleo crudo un combustible para lámpara relativamente limpio y barato, el queroseno. Tres años más tardes, el químico estadounidense Bejamin Sullivan publicó un informe que indicaba la amplia gama de productos útiles que se podían obtener mediante la destilación de petróleo. A partir de entonces comienza a expandirse el uso de ese combustible (antes empleadosolo de forma esporádica con fines medicinales), para la iluminación.
Alrededor de 1840 fueron patentadas las primeras lámparas incandescentes, aunque ninguna tuvo éxito comercial hasta que el inventor estado unidense, Thomas Alva Edison, exihibió públicamnete en 1879, su bombilla o foco eléctrico incandescente de filamento de algodón carbonizado. Este bombillo permaneció encendido por 44 horas y constituyó, de hecho, su invento más importante. Este hecho motivó el comienzo de la expasión de la iluminación eléctrica. Edison se dedicó con gran ahínco al perfeccionamiento de las bombillas y de las dinamos que se necesitaban para generar la corriente eléctrica requerida.
En un almacén de Wall Street, Edison desarrolló la primera central eléctrica del mundo, que estaba constituida por una caldera alimentada por carbón, un motor de vapor y un dinamo. Mediante cable soterrado, la enlazó a un conjunto de edificios cercanos. La central entró finalmente en operaciones el 6 de septiembre de 1882, permitiendo el funcionamiento de 158 bombillas creadas también por Edison. Entre los primeros clientes de la Edison Electric Illuminating Company, a propósito, la primera compañía eléctrica del mundo, estuvo el conocido periódico The New York Times.
En 1899, se creó la primera central hidroeléctrica de importancia en las cataratas del Niágara, y hacia finales de este siglo se fabricó la turbina de vapor como resultado del trabajo de un grupo de inventores, entre los cuales se encontraban el sueco Carl Gustaf Patrik de Laval (1883) y el británico Charles Algernon Parsons (1884). Hay que decir que la primera turbina de vapor de la que se tiene noticia fue desarrollada en 1629 por el científico italiano Giovanni Branca.
Aunque el científico holandés Christian Huygens diseñó un motor de combustión interna (1678), el aparato nunca llegó a contruirse. El suizo Isaac de Rivaz construyó un carro automotor en 1805, y y en 1863 el francés Étienne Lenoir fabricó un vehículo que funcionaba con gas del alumbrado.
Pero es a partir de los trabajos de un grupo de ciéntíficos, ingenieros e inventores entre los que se nombran los alemanes Eugen Langen (1876), Nikolaus August Otto (1878), Gottlieb Daimler (1887), y Rodolf Diessel (1892), los franceses Armand Peugeot (1885) y Louis Renault (1898), así como los italianos Barsanti y Matteucci, que se crea el motor de combustión interna, el cual admite el empleo del petróleo y sus derivados para su funcionamiento. Esto sentó las bases para el posterior surgimiento y explosivo desarrollo de la industria del automóvil, causante hoy de un considerable derroche de energía y de una creciente contaminación ambiental, además del consumo desmedido de otros recursos.
El auge de la industria automotriz y el empleo a gran escala de la electricidad, contribuyeron a que se incrementase el uso del petróleo, de sus derivados y de otros combustibles fósiles. Las ventajas que implicaba el petróleo (elevada intensidad energética y relativamente facil extracción, manejo y transportación), hicieron que se convirtiera en el combustible por excelencia. Producir energía empleando petróleo, gas natural y carbón mineral, resultaba no solo más cómodo, sino además mucho más económico que con cualquier otra fuente de energía primaria.
Y este fue el escenario energético que heredó la humanidada a comienzos del siglo XX. Un sistema en el que prácticamente se abandona el empleo de la biomasa, de la energía del viento y de la energía del agua, todo lo cual había prevalecido durante miles de años.
Características del sistema energético contemporáneo.
Una de las características del sistema energético contemporáneo son los continuos vaivenes de los precios, tanto de los combustibles como de la demanda de energía, a causa de guerras y crisis económicas. La crisis energética de 1973 provocó una estabilización e, incluso, una ligera disminución de las demandas ante los constantes aumentos del precio del crudo. El encarecimiento de la producción de energía obligó a un replanteamiento de los distintos países sobre la estrategia económica global, basado en el fomento del ahorro energético y de actividades con menor dependencia de los combustibles fósiles. Según datos compilados por el Worldwatch Institute, en 1980 ocurrió un pico en la demanda mundial de energía, la cual disminuyó y estabilizó en los primeros años de esa década. Con posterioridad, el consumo de energía ha estado aumentando, a pesar de los altos y oscilantes precios del petróleo en el mercado mundial.
Hoy, la especie humana se encuentra ante la disyuntiva de seguir por la senda del "desarrollo" a través de la explotación de los recursos energéticos fósiles finitos que posee, o plantearse seriamente la sostenibilidad energética mediante una incesante búsqueda de sistemas y equipos cada vez más eficientes y de la explotación de fuentes renovables de energía.
Ya se ha visto también que la energía obtenida a partir de la fisión del uranio es igualmente no renovable. A finales de 1950 comenzaron a funcionar las primeras centrales nucleares de fisión. Esta forma de obtención de energía supuso en un principio un paso tecnológico importante para la humanidad, pero con elevados costos ecológicos. Además de la ausencia del ciclo de renovación, para generar este tipo de energías se precisan centrales muy costosas, debido a las extremas medidas de seguridad que exigen. Generan además unos residuos de difícil eliminación, por el largo período de radiactividad latente que poseen y su peligro para la salud humana.
Las fuentes primarias de energía no son aprovechables directamente tal y como las encontramos en la naturaleza, deben ser transformadas en fuentes intermedias. Esta es una característica esencial del sistema energético contemporáneo, en lo concerniente a la capacidad de transformación de las fuentes primarias en intermedias que se realiza en las centrales eléctricas y refinerías de petróleo.
La capacidad mundial de refinación está repartida desigualmente y no se corresponde con la distribución de la producción, la cual sí guarda una relación más cercana con la localización de las reservas mundiales estimadas. Mientras que la producción se concentra de manera fundamental en países, básicamente del Medio Oriente, las refinerías se encuentran en los países más desarrollados en esta esfera económica, sobre la base del criterio de la proximidad al consumidor final de los recursos energéticos, tan esenciales y estratégicos en el mundo actual.
A continuación se examinan, en detalle, otras características que distinguen a la manera en que hoy se obtiene, transporta y consume la energía en el mundo.
Cantidad de energía que se consume.
Una parte considerable de la energía primaria que hoy se consume se emplea en el llamado "sistema eléctrico" (generación de energía eléctrica) y la otra va a parar al "sistema de combustibles" (para usos no eléctricos, como transporte, calefacción, etcétera). Según datos ofrecidos en 1998 por Statoil, la compañía petrolera de Noruega, en 1990 la fracción de energía primaria destinada a la generación de electricidad, correspondía a escala global a un 36 %, aunque en Japón y otros países económicamente desarrollados esta cifra es superior al 40 %. Según los pronósticos de algunos expertos, para la década de 2010 a 2020, la proporción de la energía primaria usada para generar electricidad crecerá hasta alrededor del 44 % como promedio a escala mundial y ya a mediados del siglo XXI la cifra llegará al 50 %.
En 1996, de acuerdo con las cifras de la Organización Latinoamericana de Energía (OLADE), el consumo de energía primaria se situó alrededor de los 9376 Mtep (millones de toneladas equivalentes de petróleo), de los cuales 3713 Mtep se destinaron al sistema eléctrico y los otros 5 663 Mtep fueron destinados al sistema de combustibles. Según cálculos estimados, la humanidad consume hoy aproximadamente una cantidad de energía eléctrica de 13 747 TWh/año.
El consumo global de electricidad ha crecido a un ritmo de un 3,4 % anual durante las dos últimas décadas del pasado siglo, valor ligeramente superior al ritmo del crecimiento económico y más del doble de la tasa de incremento de la población.
Desigual distribución de la producción y del consumo de energía
A pesar de que el consumo de energía alcanza cifras astronómicas a escala mundial y que los pronósticos prevén su aumento, la marcada e irracional desigualdad con que este aparece distribuido entre los diferentes países y regiones geográficas, es la más bochornosa y lamentable característica del SEC. Veamos a continuación cifras que permiten tener una idea más cabal de esta dramática situación. En los países industrializados, cada habitante consume como promedio diez veces más energía que uno que vive en el llamado "Tercer Mundo". En el caso de países como Canadá y los Estados Unidos, el consumo llega a alcanzar cifras tales, que puede ser treinta y hasta cuarenta veces mayor que en algunos países de África subsahariana y de Asia, e incluso hasta dos veces mayor que en los países euopeos.
En 1995, las nuevas capacidades de generación instaladas mundialmente totalizaron unos ochenta mil megawatts, y se espera que para la presente década el crecimiento anual de las capacidades instaladas para la generación de electricidad llegue hasta unos ciento veinte mil megawatts, un 40 % del cual tendrá lugar en Asia, según los pronósticos.
Sin embargo, a pesar de la continua expansión de la producción de energía a escala mundial, hoy se estima que unos dos mil cuatrocientos millones de personas carecen de energía eléctrica, y solo mediante el uso de leña logran satisfacer sus necesidades básicas de energía para la cocción diaria de los alimentos que le permiten escasamente una vida de subsistencia. En una crónica titulada "Energía para todos", aparecida en El Correo de la UNESCO, el entonces director general de la Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO), Federico Mayor, señaló que "la falta de medios adecuados de calefacción y de alumbrado en los hogares, dispensarios y escuelas afecta al 40 % de la población mundial y frena considerablemente el desarrollo".
En los países económicamente desarrollados vive el 28 % de la población mundial; sin embargo, como conjunto, estos países consumen el 68 % de la energía que se produce en el planeta. Los ciudadanos de los países del Tercer Mundo consumen como promedio 1 kWaño (equivalente a 8 760 kwh), mientras que para los países industrializados esta cifra llega a ser de 6,3 kWaño (equivalente a 55 188 kWh) como promedio. Los científicos han demostrado que un consumo per cápita de 1,5 kWaño es suficiente para mantener un nivel de vida; sin embargo, en los Estados Unidos el consumo per cápita es de 11 KW año (equivalente a 96 360 kWh).
Por zonas geográficas, los países de la Orización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE), integrada por la Unión Europea, Norteamérica, Japón, Australia y Nueva Zelanda, con alrededor del 20 % de la población mundial, consumen casi el 51 % de la energía. Contradictoriamente, el continente asiático (incluyendo a China y excluyendo obviamente a Japón), con un 52 % de la población del planeta, consume solo un poco más del 22 % de la energía.
Centralización de la producción de energía
El sistema energético contemporáneo se gestó y se desarrolló a la par del sistema capitalista mundial. Por esta razón una de sus características distintivas es el monopolio sobre la energía, desde la extracción de los combustibles, la distribución y expendio de gas, gasolina y otros combustibles líquidos, hasta la generación de electricidad.
La producción mundial de energía eléctrica se realiza mayoritariamente en grandes centrales (también llamadas "'megacentrales") termoeléctricas, hidroeléctricas y electronucleares, criterio característico de la filosofía predominante en la generación de electricidad, que mientras mayor sea la envergadura del sistema, se logrará una mayor rentabilidad, al disminuir el costo de producción de cada unidad energética.
En Cuba, el 89 % de la electricidad es generada en plantas de la industria eléctrica, las cuales emplean básicamente el petróleo como combustible, aunque comienza a emplearse el gas acompañante del petróleo en la generación eléctrica. El resto de la generación eléctrica tiene lugar en plantas de otras industrias como producción colateral; ese es el caso de la industria azucarera, de fertilizantes, papel y cartón, siderurgia y producción de metales no ferrosos. El incremento en la generación de la llamada "electricidad dulce" que se prevé en nuestro país, contribuirá sin duda también a la descentralización de la producción, al convertirse muchos centrales azucareros en pequeñas centrales termoeléctricas que funcionarán a partir de los residuos agrícolas cañeros.
Distribución del consumo por sectores de la economía
La manera en que se distribuye el consumo de energía en las diferentes esferas de la sociedad moderna no es uniforme, existen además diferencias entre los países industrializados y aquellos subdesarrollados en el sector económico. Según datos de la OLADE en 1995, la distribución internacional era la que se aprecia en la Gráfica.
En Cuba, el 41 % de la energía es consumida por el sector residencial, mientras que los sectores industrial, comercial y agropecuario, consumen, de la energía eléctrica generada, el 29, 28 y 2 %, respectivamente.
Participación de las diferentes fuentes en el balance energético.
Otra de las características que distinguen el sistema energético contemporáneo es su marcada dependencia de los combustibles fósiles.
A escala global, de los 3 138,2 GW de potencia instalada para la generación de energía eléctrica, el 65,9 % corresponde a megacentrales termoeléctricas que funcionan a base de quemar combustibles fósiles, el 21,7 % se genera en hidroeléctricas y el 11,5 % en centrales electronucleares. El restante 0 ,9 % se atribuye esencialmente a la energía eólica y a la energía solar directa, las cuales a pesar de su sostenido crecimiento en los últimos años, presentan aún una escasa participación en el balance global de generación de energía eléctrica. En el transporte, la agricultura y otras muchas actividades, la dependencia de los combustibles fósiles es también mayoritaria.
Según datos aparecidos en Signos vitales 2000, una publicación editada por el Worldwatch Institute, Organización No Gubernamental estadounidense dedicada a la investigación y concientización sobre los problemas ambientales en el mundo, la energía eólica fue la que experimentó la mayor expansión en la última década del pasado siglo, con un ritmo del 22,2 % de crecimiento promedio anual. En orden le sigue la energía solar fotovoltaica, con un incremento anual promedio del 15,9 %, mientras que en el mismo período, el petróleo, solo creció en 1,8 %.
En la etapa considerada, el carbón tuvo un crecimiento nulo. Agrega esta publicación, que el declive en la producción de carbón se debió principalmente al descenso del 7 % en China, a causa, por una parte, de la eliminación de las subvenciones y, por otra, al impuesto sobre el consumo de carbón con alto contenido de azufre.
El consumo de gas natural aumentó en 1,6 %. Este es el "más limpio" de los tres combustibles fósiles. Por esta razón se le usa cada vez más, tanto para la generación de electricidad como para usos residenciales e industriales. Las emisiones de CO2, a la atmósfera que se producen durante la generación de electricidad al emplear gas natural, son la mitad si se las compara con las que se producen con el carbón mineral.
Después de haber experimentado un gran auge durante las décadas de los setenta y ochenta, el empleo de la energía nuclear para la generación de electricidad solo creció el 5,7 % en la etapa de 1990 a 2000. En esta desaceleración se tiene en cuenta, por una parte, los relativamente altos costos de funcionamiento y desmantelamiento de las centrales nucleares, y por otra, la toma de conciencia del público en general acerca de los problemas de seguridad operacional, el reciclaje y la disposición final de los residuos nucleares.
De acuerdo con un artículo publicado por Lenssen en Signos vitales 2001, en el 2000 había en el mundo 435 reactores nucleares conectados a la red, cuya potencia instalada total ascendia a 374 734 M W. Se inició la construcción de un reactor en China y otros 25 reactores estaban en alguna fase de ejecución. El último reactor de la central de Chernobil, en Ucrania, fue finalmente cerrado. Varios países europeos han anunciado el cierre definitivo de sus reactores y otros han declarado moratorias, como Francia, o detenido sus programas nucleares, como Taiwan. Por su parte, Cuba detuvo los trabajos en los dos reactores del proyecto Juraguá.
Hoy se propone, que una de las posibles medidas para enfrentar el cambio climático y el calentamiento global que sufre el planeta a causa del empleo de los combustibles fósiles, es incrementar la presencia de la energía nuclear en la generación de electricidad en el mundo. Así quedó plasmado en la IX Sesión de la Comisión de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas, celebrada en la ciudad de Nueva York, en abril de 2001. Los criterios para la inclusión de la energía nuclear en el contexto de una energía para el desarrrollo sostenible, se basan en el hecho de que durante el funcionamiento de una central electronuclear, las emisiones de CO2, son considerablemente bajas, por lo que califican a esta fuente de energía como una "energía limpia" y por tanto compatible con el desarrollo sostenible. Este es un asunto muy complejo y requiere de un análisis integral, pero lo que sí resulta evidente, es que las reservas de uranio no son renovables, son finitas, y en un mayor o menor plazo se agotarán, al igual que el petróleo y los restantes combustibles fósiles.
Impacto ambiental
El SEC depende mayoritariamente de los combustibles fósiles, pero su empleo, además de ser limitado por tratarse de fuentes no renovables de energía, constituye la principal causa de la degradación del medio ambiente. Los científicos han descubierto que estos combustibles, al ser quemados ya sea para generar energía eléctrica para todo tipo de usos, energía térmica para la calefacción o para hacer funcionar los diferentes medios de transporte, contribuyen a la producción de ciertos efectos muy dañinos para la salud de los seres humanos y del ecosistema a escala de todo el planeta. Algunos de estos efectos son las lluvias ácidas, la destrucción de la capa de ozono y el calentamiento global.
Las centrales termoeléctricas deben eliminar una enorme cantidad de energía térmica, en muchos casos más del doble de la energía eléctrica generada. Esto se logra haciendo pasar el agua de un río o de un lago a través del condensador. Este proceso de eliminación de la energía térmica residual, ocasiona el fenómeno conocido como "contaminación térmica", el cual, obviamente, posee un carácter local. Este tipo de contaminación favorece el desarrollo de bacterias, elementos patógenos adversos y algas verde-azuladas indeseadas, pues el agua a una mayor temperatura, contiene una menor cantidad de oxígeno disuelto y su viscosidad es también menor, por lo que se ocasionan daños a la vida acuática.
En resumen, se puede decir que el sistema energético contemporáneo es derrochador, injusto, contaminante, insostenible e incompatible con los ciclos de la naturaleza. A corto plazo este sistema deberá cambiar, pero por el momento, la vía más efectiva que la humanidad posee para enfrentar las graves consecuencias ambientales derivadas de la quema de los combustibles fósiles, es fundamentalmente modificar los hábitos de consumo y hacer más eficiente no solo el proceso de generación, sino además los equipos que consumen la energía eléctrica.
Véase también
Fuente
- Libro del Programa de Ahorro de Electricidad en Cuba para la enseñanza media.
