Simulación energética

8/4/2019 Simulacin energtica

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Simulacin energtica

Es posible la transicin de una economa fsil a una renovable?

Margarita Mediavilla Pascual

Departamento de Ingeniera de Sistemas y AutomticaUniversidad de Valladolid

Qu pasa con una sociedad industrial basada en energas no renovables que se vaquedando sin ellas? Cmo puede realizarse la transicin de un mundo basado enenergas no renovables a otro basado en renovables? Es imposible? Hay muchosque opinan que s, que sin la energa de los combustibles fsiles los aerogeneradores,las redes elctricas y los paneles solares no se pueden construir y todo se viene abajo.

Enerficcin slo es un juego, no intenta describir toda la realidad, sino nicamente susaspectos ms bsicos. Es un intento de describir los comportamientos elementales de

un mundo industrial que tiende a crecer exponencialmente y donde las no renovablesdeclinan y pueden ser sustituidas por energas renovables. La simulacin es dinmica,es decir, tiene en cuenta los factores temporales que hacen que el resultado final seauno u otro.

Los datos no intentan ser demasiado realistas, aunque se ha intentado que no seandescabellados. Es slo un juego. A pesar de todo, los juegos, a veces, describenmejor la realidad que muchas pginas de argumentos y datos.

1.Enerficcin

Enerficcin es una simulacin de un modelo de mundo creado con las mismasherramientas matemticas que usaron Meadows y Rangers en su informe sobre loslmites del crecimiento: la dinmica de sistemas. La dinmica de sistemas no tieneningn misterio, se basa en utilizar ecuaciones matemticas (ecuaciones diferenciales,es decir, que tienen en cuenta el tiempo y las derivadas) para describir loscomportamientos y usar simulaciones por ordenador para ver los resultados. Ademsla dinmica de sistemas incorpora unas herramientas grficas muy intuitivas queayudan a visualizar los fenmenos de forma muy eficaz. Al ser muy intuitiva es fcil deentender para gente no iniciada en simulaciones ingenieriles.

La dinmica de sistemas tiene un requisito: intenta abarcar los sistemas en su

totalidad, no slo aspectos parciales, y, debido a ello, se necesitan abstraer losproblemas. Vamos a intentar abstraer, por tanto, el problema de la energa en unasociedad industrial, creando un mundo que llamamos enerficcin.

En el mundo de enerficcin hay una cantidad de lo que llamamos capitalmaterial (mquinas, viviendas, infraestructuras) todos los bienes materialesque consumen energa. Inicialmente esa energa viene de unos recursos norenovables que se van agotando y, en un porcentaje minoritario, de recursosrenovables.

El capital material no equivale al capital de los economistas o al PIB o a otramagnitud econmica. Estamos tratando slo los aspectos materiales. Losaspectos econmicos son muy interesantes tambin, pero ms abstractos y

difciles de tratar. Si el capital material disminuye, indica que la cantidad demquinas, herramientas, coches, edificios, aviones, etc en funcionamiento y


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consumiendo energa en el mundo disminuye. Eso puede implicar una recesineconmica y un caos social, o simplemente, que la sociedad se vuelve menosconsumista pero sigue conservando su calidad de vida y su estabilidad poltica.Para modelar las variables econmicas o polticas que indican si hay unarecesin o revueltas sociales por la crisis energtica necesitaramos modelosmucho ms complejos que este. De momento obviamos esos aspectos.

Si hay suficiente energa disponible el capital material tiende a crecer entrminos netos. Es decir, se van creando nuevas mquinas a un ritmo mayorque la obsolescencia de las ms antiguas. Esto es una forma de imitar latendencia al crecimiento exponencial de nuestra economa.

La relacin entre el capital material y la energa se ha tomado constante e iguala 1. Se puede variar este parmetro suponiendo una eficiencia variable, pero,de momento se ha visto que la eficiencia no aporta demasiado y no est muyclaro realmente si tiende a aumentar o a disminuir.

El consumo de energa es proporcional al capital material que tenemos. Laprimera energa que se utiliza es la renovable, lo que no se puede cubrir con lainfraestructura renovable existente se cubre con la no renovable.

La energa no renovable no se puede extraer a cualquier ritmo. Cuandocomienza a escasear el stock la extraccin es ms lenta ya que es ms difcil ycostoso extraerla. Tampoco se puede extraer cualquier cantidad de energarenovable, hace falta tener infraestructura renovable para ello.

Cuando la energa que se puede extraer es menor que la necesaria sucedendos cosas. Por una parte se incrementa la inversin destinada a energasrenovables y por otra, si no hay energa para mover el capital material, su

crecimiento se frena.

Para extraer ms energa renovable hay que invertir capital material en ello.Esto se hace destinando una cantidad del crecimiento material anual ainfraestructura renovable. Esto quiere decir que si el crecimiento del capitalmaterial es muy pequeo podemos dedicar muy poca cantidad a infraestructurarenovable. Tambin es posible que se invierta en renovables cuando elcrecimiento es cero (se descartan mquinas obsoletas para invertir eninfraestructura renovable) pero se hace a costa de mayor decrecimientomaterial. Una vez que la infraestructura renovable se ha construido produceenerga hasta que el equipo se queda obsoleto.


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2.Variables y ecuaciones.

A partir de ahora las variables se llamarn en ingls (lo siento, pero es as) y la comadecimal es sustituida por el punto, adems las variables porcentuales estn tomadasen tantos por uno (es decir un 20% es un 0.2, por ejemplo).Consideramos tres variables especialmente importantes en el modelo, que son las quellamamos variables de stock. Son variables de stock porque se acumulan en eltiempo, como se acumula el agua en un depsito cuando es llenado por un grifo.

Material_capital es una de estas variables. Como ya hemos dicho nos habla de lacantidad de aparatos que consumen energa, por ello su definicin es algo vaga. Lavamos a medir en lo que llamamos unidades de capital material (umc), y consideramosque, al inicio de la simulacin su valor es 1 umc.

Las derivadas de esta funcin son sus ritmos de crecimiento y decrecimiento (es decir,el grifo y el sumidero de agua, en la comparacin del depsito), que llamamosgrowth_of_material_capital y depreciation_of_material_capital, de forma que:

capitalmaterialofiondeprecitatcapitalmaterialgrowthdt

capitalmateriald_____

)_(=

Se ha tomado un ritmo de depreciacin anual del capital material de un 7.14% anual(14 aos de vida media). El crecimiento de material_capital, por otra parte depende dela cantidad de energa de que dispongamos. Si la energa es abundante se toma elvalor mximo que es un 11.1% (un 4% de crecimiento neto).

El capital material inicial de 1 umc requiere una energa anual que viene dada por suconsum_E, es decir, la energa gastada por cada unidad de capital material. Hemoshecho consum_E=1 ue/(ucmyr).

Renewable_extraction es el ritmo de extraccin de energas renovables quepodemos usar en cada momento. Nos habla del nmero de centrales de generacinde energa renovable. Es un stock porque se va acumulando segn invertimos ennuevas centrales, y stas se van depreciando con el tiempo.

capitalrenewondepreciaticapitalrenewincrease

dt

extractionrenewabled____

)_(=

Este stock (renewable_extraction) se mide en unidades de energa por ao (ue/yr), yaque es una capacidad de produccin anual de energa, mientras que sus derivadastoman las unidades de ue/yr2, puesto que representan el ritmo anual de depreciacinde una capacidad de producir energa cada ao. El ritmo de depreciacin del capitalrenovable es del 2% (50 aos de vida media).

Non_renew_resources es la tercera variable de stock y describe la cantidad deenerga no renovable que puede extraerse. Se mide en unidades de energa (ue) y seva vaciando segn se extraer energa no renovable.

)___(__)__(

extractionrenewnonlinitfextractionrenewnondt

resourcesrenewnond==


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Non_renew_extraction es la cantidad de energa no renovable que se extrae cadaao y es el mnimo entre la energa no renovable demandada (demand_non_renew) yel lmite extrable (limit_non_renew_extraction). Este lmite es una funcin de laenerga no renovable en stock, es decir, cuando el stock de energa no renovablecomienza a escasear el ritmo de extraccin es menor. Viene definido por tablas comolas de la figura 1, que imitan el comportamiento de una campana de Hubbert.

Max_non_renew_resources indica la cantidad de energa no renovable en stock (enue). Como al principio de la simulacin se extrae una unidad de energa (ue) al ao,indica el nmero de aos que se puede extraer al ritmo actual. Lo hemos hecho igual a40, 60 y 100.

Energy available es la energa disponible. Es la suma de renewable_extraction ylimit_non_renewable_extraction. Energy_abundance es la resta entre la energadisponible y la consumida (energy_use).

Intensity es la relacin entre el crecimiento del capital material y la energa disponible.

Es un trmino similar al empleado para la relacin incremento de PIB/incremento deenerga. Hemos hecho intensity=0.1 umc/ue, es decir, instalar un capital materialrequiere la energa que consume en 10 aos.

Si multiplicamos energy_abundance por intensity tenemos lo que hemos llamadolimit_E. Esta variable nos indica cual va a ser el mximo crecimiento econmico quevamos a poder tener, ya que, si no hay energa disponible para hacer crecer el capitalmaterial, ste no puede hacerlo.

Growth define el crecimiento material y viene dado por el producto entre el mximocrecimiento porcentual (maximum_growth), que hemos dado un valor de 11,1%(crecimiento neto de un 4%), el capital material y una funcin adimensional quellamamos scarcity_factor. Este crecimiento viene limitado por la energa disponible,es decir, por limit_E.

non_renew_resources/max_non_renew_resources

limit_non_renw_extraction

0.750.25 0.5 1

1

picomeseta

Figura 1: Grfico de non_renew_extraction


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Growth es la suma del crecimiento del capital material (growth_of_material_capital) yde la inversin en energa renovable (energy_investment). La variable energy_percentnos define qu porcentaje de growth se dedica a crecimiento material y cul acrecimiento de infraestructura renovable.

percentenergygrowthinvestmentenergy

percentenergygrowthcapitalmaterialgrowth

_*_

)_1(*__

=

=

Scarcity_factor es un factor que aadimos para hacer que el crecimiento material seanticipe a la escasez de energa. Antes de que limit_E nos indique que un determinadogrowth_of_material_capital no es posible, se puede producir una moderacin de estecrecimiento por falta de energa. Si scarcity_factor=1 significa que el crecimiento no seve influido por la energa. Si scarcity_factor es menor de uno el crecimiento econmicoes frenado. Hemos elegido tres perfiles, como se puede ver en la figura 2:

Energy percent indica el porcentaje del incremento del capital material que se dedicaa construir infraestructura para energa renovable. Tambin es una grfica con tresposibles perfiles. Por ejemplo, en la figura en la reaccin muy lenta si la energadisponible es 0.5 veces mayor que la necesaria no se invierte nada, si es 0.1 veces seinvierte un 3% del crecimiento.

ener abundance

scarcity_factor

0.50.1-0.1-0.5

1

-0.5

poco sensible a la escasezmoderadamente sensiblemuy sensible

Figura 2: Grfico de scarcity_factor


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El detalle del resto de las ecuaciones se puede ver en la figura 4

Parmetros

Las simulaciones del modelo se han hecho varias veces con diferentes valores de losparmetros. Los parmetros que varan son los siguientes:

Non_renew_init. Indica el nmero de aos que podemos seguir consumiendoenergas no renovables al ritmo actual. Habla de las reservas totales, no de lacantidad que se puede extraer cada ao (que va disminuyendo conforme queda

menos reservas). Los valores que toma son: 40, 60 y 100 ue (o aos al consumoinicial que es 1ue).

renew_multiplier. Nos dice cual es la relacin entre las unidades de capital materialque invertimos en energas renovables y las unidades de capacidad anual deextraccin de energa que conseguimos con ello. Este parmetro tiene que ver conla tasa de retorno energtico, pues la tasa de retorno energtico nos dice lasunidades de energa que saco de cada unidad de energa que necesito paracrearla. La tasa de retorno energtico se suele considerar 30, 10, 5 o incluso 0.9,menor que 1 para algunas tecnologas, es decir, el aerogenerador nos dara en 30aos 30 veces la energa que usamos para fabricarlo. Eso implica que al ao dara30/30 ue/yr por cada ue invertida. Puesto que renew_multiplier multiplica aenergy_percent*growth y tiene unidades de ue/(yrumc) tenemos que dividir por laintensidad (intensity) estos valores.

ener abundance

energy_percent

0.50.1 0.3-0.3

1

-0.5

se invierte aunque haya poca escasez, reaccin rpidamoderadamente lentoreaccin muy lenta

Figura 3: Grfico de energy_percent


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Scarcity_factor nos indica lo sensible que es el crecimiento material (debido alcrecimiento econmico) a la escasez de energa. Si scarcity_factor=1 significa queel crecimiento no se ve influido por la energa y crece a un ritmo anual del 11%, loque en trminos netos (es decir, descontando el decrecimiento dado por eldesgaste de los equipos que es un 7% --14 aos de vida til--, representa uncrecimiento del 4%). Si scarcity_factor es menor de 0.07 (el ritmo de desgaste delos equipos) se produce un decrecimiento econmico. Hemos elegido tres perfilesque se pueden ver en la figura 2.

Energy percent indica el porcentaje del incremento del capital material que sededica a construir infraestructura para energa renovable. Tambin es una grficacon tres posibles perfiles que se pueden ver en la figura 3.

Limit non renewable extraction es el lmite de energa no renovable que podemosextraer, y que depende del stock que queda. Tiene dos formas, meseta y pico. (verfigura 1)

El modelo completo se puede ver en la figura 4.


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increase_renew_cap

renewable_extractionenergy_available

non_renewable_extraction

demand_limited

non_renew_resource

s

discharge_renw_capital

energy_percent

scarcity_factor

energy_abundance

demand_non_renew

energy_use

growth_of_material_capital

energy_investment

depreciation_of_material_capital

material_capital

renew_return

consum_Eintensity

growth

limit_non_renew_extraction

non_renew_initial_stock

limit E

maximum_growthvalor inicial=1ucm

=material_capital*0.071(1/yr)

=growth*(1-energy_percent)

=0.111umc/yr

=(grfico)

=min(scarcity_factor*material_capital*maximum_growth, limit_E)

=1/10 umc/ue

=intensity*ener abundance

=1 ue/(yrumc)

=consum_E*material_capital

=(grfico)

=energy_percent*growth

=renewable_extraction*0.02(1/yr)

valor inicial=0.1 ue/yr

=renewable_extraction*energy_investmen*renew_returnt*(max_renew-renewable_extraction)/intensity

=energy_use-renewable_extraction

=max(demand_non_renew, 0)

=renewable_extraction+limit_non_renew_extraction

valor inicial=non_renew_initial_stock

=min(demand_limited,limit_non_renew_extraction)

=(grfico)=40, 60, 100 ue

=30/30, 15/30, 5/30,0.9/30 ue/(yrumc)

max_renew

=0.8 ue

Figura 4: Diagrama de Forrester del modelo de enerficcin completo


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3. Realimentaciones y tendenciasPodramos ver las relaciones entre variables con el grfico de la figura 5. Las flechasindican que existe una relacin causaefecto entre dos variables. Si se pone un signopositivo quiere decir que el incremento de la primera variable causa un incremento dela segunda, y si es negativo el incremento de la primera variable hace decrecer lasegunda. Cuando tenemos un lazo cerrado de relaciones causales donde todos lossignos son positivos (o bien donde el nmero de signos negativos es par) tenemos unlazo de realimentacin de crecimiento-decrecimiento, que indicamos con un (+). Estosignifica una realimentacin explosiva: el aumento de A aumenta B y ese aumento deB aumenta a su vez a A, que aumenta a Betc. (O bien lo contrario, disminuye A yeso disminuye B que disminuye A.). Si el nmero de signos negativos es impartenemos un lazo que tiende a estabilizar: A aumenta a B, y B disminuye A, con lo cualel valor de A tiende a quedarse constante. Son los lazos que indicamos con (-)

stock energa

no renovable

capitalmaterial

crecimiento

material

energademandada

energa no

renovable

extrable

energa

renovable

disponible

infraestructura

renovable

abundancia

energtica

inversin en

energa

demandade no

renovable

+

+

+

+

++

-

+

+

_

_

+

+

+

crecimiento infraestructura

renovable

+

_

_

Figura 5: Diagrama de influencias


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Vamos a ver los lazos de realimentacin que existen. En la figura 6 se observa el lazopositivo o de crecimiento/decrecimiento del crecimiento material. Cuanto ms capitalmaterial tenemos, ms podemos aumentar este capital material. Tambin aparece unlazo entre el capital material y el stock de energa no renovable: cuanto ms crecemosms energa no renovable tenemos y menos podemos gastar, lo que acaba causandoque el capital no pueda crecer y nos tendamos a estabilizar. Tambin hay un lazoestabilizante en la infraestructura renovable, que puede crecer, pero hasta llegar a unlmite, cuando se acerca a este lmite el crecimiento se hace menor hasta que noaumenta ms (la inversin es igual a la necesaria para mantener los equipos).

Esto nos dice que tenemos el lazo del crecimiento del capital material que va a tendera crecer exponencialmente, si tiene energa suficiente, pero tambin puede tener undecrecimiento acelerado hacia el colapso si la energa escasea. El lazo negativotiende a contrarrestar esta tendencia, a gastar menos cuando hay escasez, pero habrque ver si la dinmica del crecimiento es ms fuerte que la estabilizadora.


renovable

stock energano renovable

capital

material

crecimiento

material

energa

demandada

energa no

renovable

extrable

energa

renovable

disponible

infraestructura

renovable

abundancia

energtica

inversin en

energa

demanda

de no

renovable

+

+

+

+

++

+

+

+

_

_+

+

+

+

_

++

__

lmite renovables

_

_

Figura 6: Lazos de realimentacin


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Los lazos de la figura 7 nos hablan de una relacin ambivalente entre el crecimiento yla infraestructura de renovables. Si el crecimiento material es grande, por una partetenemos ms inversin en infraestructura renovable y con ello podemos aumentar laenerga disponible y seguir creciendo. Este sera el lazo virtuoso, cada vez tenemosms renovables y podemos seguir invirtiendo en ellas. El otro lazo hace lo contrario. Sitenemos ms abundancia de energa invertimos menos en renovables (porque no lonecesitamos) y tenemos menos renovables y al final menos crecimiento. Estos doslazos tienden a compensarse el uno al otro. Con las energas no renovables tenemosdos lazos parecidos.


renovable

stock energa

no renovable

capital

material

crecimientomaterial

energa

demandada

energa norenovable

extrable

energa

renovable

disponible

infraestructura

renovable

abundancia

energtica

inversin en

energa

demanda

de no

renovable

+

+

+

+

++

_

+

+

_

_+

+

+

+

-

+

_

+

+

_

Figura 7: Lazos de realimentacin


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4. Resultados

Veamos los resultados. Se han simulado todas las posibles combinaciones de losvalores de los parmetros que se han descrito (tres curvas de Scarcity_facto, trescurvas de energy_percent, dos de limit_non_renew_extraction, tres valores denon_renew_init, cuatro valores de renew_return). En principio hay dos tipos deresultados que se pueden clasificar en crisis y en catstrofe. Catstrofe es aquelresultado en el cual el capital material tiende a cero, mientras que en las crisis,despus de una bajada, se estabiliza a un valor mayor que cero. Empezamos con unaprovisin de energas un poco mayores de las necesarias: la energa renovableinstalada representa un 10% de la demanda y las no renovables que se puedenextraer son un 1.2 veces la demanda.

Mximo de energas renovables menor que consumo actual.

Max_renew=0.8ue

El valor lmite de las energas renovables es 0.8 ue. En todos los resultados hay unadisminucin del capital material, en 108 de los 216 casos esta disminucin continuahasta llegar a cero (catstrofe), al disminuir el capital material no se puede invertir enrenovables y no se puede invertir la tendencia. En el resto de los casos, despus deuna cada inicial, se empieza a incrementar la energa renovable hasta llegar a unestado estacionario de capital material ms o menos alto. Veamos algunos casos.

Catstrofe 1

'scarcity factor poco sensible', 'renw lenta' , 'pico'renew_return = 0.5 (TRE=15 /30 aos)non_renew_init = 40

0 100 200 300 4000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

tiempo (yr)

umc

material capital

0 100 200 300 4000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

tiempo (yr)

ue/yr

renewable, non renewable extr. (..)

0 100 200 300 4000

0.05

0.1

0.15

0.2

tiempo (yr)

umc/yr

growth m.c., energy investment (..)

Figura 8


13/22

Crisis 1: respuesta rpida y valor final alto

Crisis 2 : valor final bajo

'scarcity factor poco sensible', 'renw rapida' , 'pico'renew_return = 1 (TRE=30 /30 aos)non_renew_init = 40

0 100 200 300 4000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

tiempo (yr)

umc

material capital

0 100 200 300 4000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

tiempo (yr)

ue/yr


0 100 200 300 4000

0.05

0.1

0.15

0.2

tiempo (yr)

umc/yr

growth m.c., energy investment (.. )

'scarcity factor muy sensible', 'renw lenta' , 'meseta'renew_return = 1 (TRE=30 /30 aos)non_renew_init = 40

0 100 200 300 4000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

tiempo (yr)

umc

material capital

0 100 200 300 4000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

tiempo (yr)

ue/yr


0 100 200 300 4000

0.05

0.1

0.15

0.2

tiempo (yr)

umc/yr


Figura 9

Figura 10


14/22

0 100 200 300 4000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

tiempo (yr)

umc

material capital

0 100 200 300 4000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

tiempo (yr)

ue/yr


0 100 200 300 4000

0.05

0.1

0.15

0.2

tiempo (yr)

umc/yr


Crisis 3 : valor final alto

Crisis 2: en etapas

'scarcity factor muy sensible', 'renw rpida' , 'pico'renew_return = 1 (TRE=30 /30 aos)non_renew_init = 100

Figura 11

'scarcity factor muy sensible', 'renw lenta' , 'meseta'renew_return = 1 (TRE=30 /30 aos)non_renew_init = 100

0 100 200 300 4000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

tiempo (yr)

umc

material capital

0 100 200 300 4000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

tiempo (yr)

ue/yr


0 100 200 300 4000

0.05

0.1

0.15

0.2

tiempo (yr)

umc/y

r

growth m.c ., energy investment (.. )

Figura 12


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De las 216 simulaciones 108 han sido catstrofes. Las crisis terminan tendiendo a unequilibrio de capital material constante, que puede fijarse en valores muy diversos.

A simple vista parece haber una correlacin muy evidente entre el ritmo deimplantacin de las energas renovables y la evolucin. Vamos a observar mejor lascorrelaciones entre variables para poder afirmarlo.

Ritmo de implantacin de las renovables. Para estudiar si el ritmo de implantacinde las renovables influye en el comportamiento de crisis o de catstrofe se ha hechoun grfico entre el renewable_percent (el segundo valor, que distingue claramente unatabla de otra) y el valor final del capital material. La correlacin es evidente. Conrenovables lentas se pueden tener escenarios de catstrofe, pero los casos con mayorvalor final del capital material se concentran en valores altos de renewable_percent.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.70

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

energy-percent(2)

capitalmaterial(valorfinal,umc)

Relacin entre implantacin renovables y capital material

rpidamoderadalenta

Figura 13


16/22

Coste de implantacin de las renovables. Si renewable_return es alto el coste deimplantacin de las renovables es menor. Esto no parece tener una influencia tansignificativa como el parmetro anterior, pero el valor final del capital material aumentasi se incrementa este parmetro. Lo que s se observa es que si el retorno es menorque 1 (TRE 0.9 en 30 aos) slo se producen catstrofes, mientras que si el retorno eselevado no las hay.

Reservas de energas no renovables. Tampoco el hecho de que queden ms o

menos aos de reservas de energas no renovables parece tener mucha influencia a lahora de decidir el valor final del capital material, como se puede ver en la figura.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

renew-return


Relacin entre retorno de las renovables y capital material

0.9/30 5/30 aos 15/30 aos30/30 aos

Figura 14

30 40 50 60 70 80 90 100 1100

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

non-renew-init (ue)

capitalmaterial(valorfin

al,umc)

Relacin entre stock inic ial no renovables y capital material

Figura 15


17/22

Sensibilidad del crecimiento ante la escasez. No se aprecian muchas diferenciasentre una economa poco, medianamente o muy sensible a la escasez de energa.

Lmite extraccin recursos (curva de Hubbert). S parece que hay mayor nmerode simulaciones con valores altos del capital material final con una extraccin en formade meseta, pero la correlacin no es tan clara como con otras variables.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

scarcity(3)


Relacin entre sensibilidad del crecimiento y capital material

oco sensiblemoderadomu sensible

Figura 16

0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

limit-non-renew (ue/yr)

capitalmateria

l(valorfinal,umc)

Relacin entre ritmo extraccion no renov. y capital material

pico meseta

Figura 17


18/22

Relacin de varias variables a la vez. Por los resultados de las figuras anteriores dala impresin de que hay tres factores clave: el ritmo de implantacin de las renovables,el retorno energtico de stas y el ritmo de extraccin de las no renovables. Vamos acomparar el producto de estas tres variables con el valor final del capital material. Enla figura podemos ver que la correlacin es buena, parece que estos tres factores sonrelevantes a la hora de decidir entre un comportamiento de crisis o de catstrofe.

-0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

limit non renew*energy%*rnw.return

capitalmaterial(valor

final)

Relacin entre el producto renew-return*limit-extraction-non-renew*renew%

Figura 18


19/22

-0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.20

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

limit non renew*energy%*rnw.return

capitalmaterial(valorfinal)

Relacin entre el producto renew-return*limit-extraction-non-renew*renew%

Lmite de energas renovables superior al actual consumo. Si el lmite mximo delas renovables lo situamos en 1.3ue (el inicial es 1ue) tenemos 72 simulaciones decatstrofe nicamente. En este caso tambin parece que las tres variables del retornoenergtico de las renovables, el ritmo de implantacin de estas y el ritmo de extraccindel stock no renovable parecen ser influyentes, como se puede ver en la figura.

En estos casos el capital material puede llegar al lmite que le permiten las renovableso no llegar, y quedarse por debajo del valor inicial, como se puede ver en las figuras.

Figura 19

0 100 200 300 4000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

tiempo (yr)

umc

material capital

0 100 200 300 4000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

tiempo (yr)

ue/yr


0 100 200 300 4000

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

tiempo (yr)

umc/yr


'scarcity factor poco sensible', 'renw lenta' , 'meseta'renew_return = 1 (TRE=30 /30 aos)non_renew_init = 40

Figura 20


20/22

Puede haber, incluso, escenarios en los que prcticamente no hay crisis, porque lainversin en renovables es muy rpida (un 20% del crecimiento cuando se tiene un30% ms de energa de la necesaria renew rpida).

En este caso tenemos un colapso. La implantacin de renovables es rpida, pero elretorno energtico es menor que uno y al final no se puede evitar la crisis.

'scarcity factor poco sensible', 'renw rpida' , 'pico'renew_return = 1 (TRE=30 /30 aos)non_renew_init = 100

0 100 200 300 4000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

tiempo (yr)

umc

material capital

0 100 200 300 4000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

tiempo (yr)

ue/yr

renewable, non renewable extr. (.. )

0 100 200 300 4000

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

tiempo (yr)

umc/yr


Figura 21

'scarcity factor poco sensible', 'renw rpida' , 'meseta'renew_return = 0.03 (TRE=0.9 /30 aos)non_renew_init = 40

0 100 200 300 4000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

tiempo (yr)

umc

material capital

0 100 200 300 4000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

tiempo (yr)

ue/yr


0 100 200 300 4000

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.2

tiempo (yr)

umc/yr


Figura 22


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5.Conclusiones

Las simulaciones del modelo enerficcin intentan describir la transicin entre unasociedad industrial y con crecimiento exponencial basada en energas no renovableshacia otra basada en energas renovables.

Los datos de las simulaciones son bastante reveladores. Muestran que el sistemapuede evolucionar tanto hacia un escenario de civilizacin industrial sostenible ybasado en energas renovables como hacia un escenario de decrecimiento continuo ydesmantelamiento de la civilizacin industrial. Las simulaciones muestran laimportancia de los ritmos en el resultado final: el ritmo de implantacin de lasrenovables y el ritmo de extraccin de los recursos no renovables son factores clave.Tambin es importante el retorno energtico de las tecnologas renovables.

En casi todas las simulaciones se observa un decrecimiento inicial, cuando seempieza a ver el lmite de extraccin de energa no renovable, que luego puede

recuperarse cuando las renovables empiezan a instalarse o no. En algunos escenarios(lmite mximo de renovables mayor que el consumo actual e implantacin muyrpida) se consigue que la crisis inicial sea muy pequea, pero hay que tener encuenta que el parmetro renew rpida es una implantacin de las energasrenovables muy exigente (poco realista en la actualidad).

Esto slo es un inicio, y no deja de ser un juego, pero puede ayudar a echar luz sobreun problema complejo y acuciante. Quiz con datos ms realistas y con dinmicasms realistas este tipo de estudios podra realmente decirnos si tiene futuro unasociedad tecnolgica basada en renovables o si es slo una quimera. En principio losresultados de este modelo sencillo muestran que es posible, pero depende dedecisiones estratgicas poltico-econmicas, como las inversiones en renovables, y de

factores como el retorno energtico o el declive de la energa fsil que no podemoscontrolar tan fcilmente.


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RESUMEN

Simulacin energtica :Es posible la transicin de una economa fsil auna renovable?

Qu pasa con una sociedad industrial basada en energas no renovables que se vaquedando sin ellas? Cmo puede realizarse la transicin de un mundo basado enenergas no renovables a otro basado en renovables? Es imposible? Hay muchosque opinan que s, que sin la energa de los combustibles fsiles los aerogeneradores,las redes elctricas y los paneles solares no se pueden construir y todo se viene abajo.

Enerficcin es una simulacin por ordenador basada en la herramienta usada porMeadows y col. en sus informes sobre los lmites del crecimiento: la dinmica desistemas. Se han intentado describir los comportamientos elementales de un mundoindustrial que tiende a crecer exponencialmente y donde las no renovables declinan ypueden ser sustituidas por energas renovables.

Los resultados muestran claramente dos comportamientos bsicos: crisis y catstrofe.El capital material (es decir, el nmero mquinas y objetos de todo tipo que requierenenerga para funcionar y ser construidos) puede disminuir inicialmente cuando lasenergas no renovables tienden a escasear, pero luego recuperarse cuando lasrenovables se van implantando y llegar a un estado estacionario. Esto es lo que se hallamado una crisis. O bien puede no hacerlo. Es posible que, al empezar a disminuir elcapital material empecemos a no tener mquinas con las que construir otras mquinasy tampoco lleguemos a implantar una sociedad basada en energas renovables. Es loque se llama un comportamiento de catstrofe. Los factores que determinan si sealcanza uno u otro tienen que ver con los diferentes ritmos y parmetros del sistema.

Simulación energética

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