CIENCIAS NUCLEARES
Perspectivas de desarrollo energético en Cuba
Cuban energy development perspectives
Ilse Berdellans
Escobar, David Pérez Martín, IJeana López López,
Henry Ricardo Mora, Yoandys Gómez De la Torre
Centro de Gestión
de la Información y Desarrollo de la Energía (CUBAENERGÍA)
Calle 20 N°411
1 el 18-A Y47, Playa, Ciudad de La Habana, Cuba
RESUMEN
A partir del escenario base de demanda de energía calculado para el país hasta el año 2025, en este trabajo se analizaron opciones para su cubrimiento. Se tuvieron en cuenta proyecciones de desarrollo económico y social, así como las opciones de desarrollo actuales previstas en el tema de la energía. Se evaluaron tres escenarios de desarrollo energético: un escenario denominado de referencia, donde se incluyen las proyecciones actuales de desarrollo energético, un escenario donde se consideró el desarrollo a partir de un uso intensivo de los recursos fósiles nacionales y un tercero donde se consideró el desarrollo a partir del uso extremo de los potenciales renovables. Se realizó el análisís de los resultados y se plantean recomendaciones para futuros estudios.
ABSTRACT
In this paper from energy demand scenario caleulated for the eountry until 2025, energy supply options were assessed. Three energy development seenarios eonsidering eeonomie and social development projections and diffi:¡rentenergy options were evaluated: a reference scenario whieh ineludes the nowadays energy development projeetions;a second scenario basing the development on intensiva use of domestic fossil fuels; and a third seenario, where the development is based on the maximum use of domestie renewableenergy potential. The results are analyzed and 1 reeommendations are formulated.
Key words: energy demand, energy efficiency, socio-economic factors, energy sources, energy policy, sustainable development, planning
INTRODUCCIÓN
El comportamiento
energético de las últimas décadas ha planteado a la humanidad
retos de consideración en el tema de la explotación de los recursos
naturales, situando a los recursos energéticos en el centro de mayor
atención. El carácter finito de los recursos fósiles, los
ritmos actuales de su uso y de crecimientos de su precio, así como el
desarrollo de las tecnologías para el aprovechamiento de las energías
renovables hacen que las proyecciones a largo plazo para la satisfacción
o cubrimiento de la demanda de energía reciban particular importancia,
aún cuando otros consideran que las leyes del mercado pueden jugar ese
mismo papel. Sin embargo, la práctica ha demostrado que las proyecciones
energéticas ofrecen a los Estados elementos de suma importancia para
la regulación y para influir; en los mercados energéticos.
Durante años
el Organismo Internacional de Energia Atómica (OIEA) ha ayudado a los
Estados Miembros en la realización de estudios de desarrollo energético
integrales. El objetivo fundamental de estos estudios es la evaluación
de diferentes estrategías de desarrollo energético que permitan
cubrir la demanda futura de energía
en un país o región determinada. Para esto el OIEA ha desarrollado
diferentes modelos que permiten una evaluación integral de las decisiones
energéticas [1].
Los estudíos
de desarrollo energético revisten una gran importancia, ya que los proyectos
energéticos son costosos y con largos períodos de construcción.
Los estudios a largo plazo permiten optimizar los recursos financieros de que
dispone el país al poder determinar las estrategias de desarrollo más
adecuadas y el momento en que deben ser realizadas las inversiones para satisfacer
la demanda de energía creciente.
Con la desaparición
del Consejo de Ayuda Mutua Económica (CAME) en el año 1990, el
país enfrentó una crisis económica que determinó
la introducción de cambios en la economía y el desarrollo del
país. Con relación a la energía, se pasó a realizar
la planificación a corto plazo para poder satisfacer las necesidades
minimas debido
a la carencia de recursos financieros para adquirir combustibles en el mercado
internacional.
En 1993 para dar
respuesta a esta situación el parlamento cubano aprobó el Programa
de Desarrollo de las Fuentes Nacionales de Energía [2], que constituyó
un pilar de la política energética del país con énfasis
en el máximo aprovechamiento de lo.s recursos nacionales y la elevación
de la eficiencia energética. Por otra parte, mediante la ejecución
de proyectos nacionales, proyectos y contratos de investigación con el
OIEA, Cuba adquirió las herramientas y experiencia para llevar a cabo
los estudios de desarrollo eléctrico y energético.
En este trabajo
se analizan tres escenarios de desarrollo energético futuro del país
elaborados sobre la base de la utilización extrema de las reservas y
potenciales estimados para los recursos energéticos nacionales. Los escenarios
se calcularon utilizando el modelo MESSAGE (Model for Energy Supply Strategy
Alternatives and their General Environmental impacts) [3] y se muestran las
alternativas óptimas para el cubrimiento de la demanda en cada escenario,
los costos y las emisiones de contaminantes asociadas a estos.
MATERIALES Y
MÉTODOS
Una etapa en los
estudios de desarrollo energético es propiamente la elaboración
de los pronósticos de demanda de energía, para lo cual se requiere
de escenarios a mediano y largo plazo de desarrollo socio-económico,
tecnológico y demográfico.
Para el cálculo
de la demanda de energía se utilizó el modelo MAED versión
Windows (Model for Analysis of Energy Demand) [4]. El período para el
que se realizó este estudio fue 2002-2025. Se consideró un desarrollo
económico y social moderado, en el cual se tuvieron en cuenta las proyecciones
de población elaboradas por el Centro de Estudios Demográficos
[5] y las proyecciones de crecimiento socio-económico y de cambios tecnológicos
elaboradas por el Instituto Nacional de Investigaciones Económicas [6].
La tasa de crecimiento
anual promedio del Producto Interno Bruto (PIB) considerada fue de 4,13%, partiendo
de que se mantendrá el bloqueo de los Estados Unidos a nuestro país,
lo cual influye negativamente en las inversiones. No ocurren cambios sustanciales
en la estructura de los sectores económicos. La población tendrá
un crecimiento lento hasta el año 2015, año a partir del cual
comenzará a disminuir. Este comportamiento tiene en cuenta que las tasas
de fecundidad y mortalidad de nuestro país son comparables con las de
los países desarrollados y que la tasa de migración se mantendrá
constante a lo largo del período.
En el crecimiento
del sector industria (manufactura, agricultura y construcción) se prevé
que las intensidades energéticas tendrán una reducción
del 1,1% anual. En el sector transporte se considera un crecimiento en las actividades
de transportación de pasajeros y de carga a lo largo del período
de estudio. Para el sector residencial
se considera que en el año 2010 el 100% de la población tendrá
acceso a la electricidad. El uso de los combustibles no comerciales (leña
y carbón vegetal) en los sectores residencial y de servicios disminuirá
qurante el período, al ser sustituí.los por gas licuado del petróleo
y electricia3d fundamentalmente.
Definición
de los escenarios de desarrollo energético
Para el estudio
de las diferentes alternativas de desarrollo energético se utilizó
el modelo MESSAGE, de optimización lineal, que permite determinar los
recursos energéticos necesarios para cubrir una demanda de energía
teniendo en cuenta las tecnologías y recursos energéticos considerados
en el estudio.
Se evaluaron en
esta oportunidad tres escenarios de cubrimiento de la demanda: el escenario
de referencia, el escenario fósil y el escenario renovable. En cada uno
de los escenarios, se establecieron premisas para evaluar las
proyecciones' de estos hasta el 2025, tomando como año de referencia
el 2002.
Escenario de
referencia:
este escenario sigue la tendencia de desarrollo energético que ha tenido
el país en los últimos años y en él se incluyeron
las proyecciones actuales de desarrollo energético donde se prevé
un aumento del 5% anual en la extracción del crudo y el gas acompañante
y que la capacidad de refinación se duplicará después del
2010. Para cubrir la demanda de electricidad, se analizan como posibles opciones
a incluir en el sistema eléctrico, centrales termoeléctricas convencionales
con capacidades entre 150-250 MW, plantas para la cogeneración con bagazo
de 24-32 MW, turbinas de gas utilizando diesel de 35 MW, motores diesel de 38
MW que utilizan crudo y aerogeneradores. A partir de la reestructuración
del sector azucarero, se prevé un incremento escalonado en la eficiencia
de la cogeneración de los centrales azucareros alcanzando 100 kWh por
tonelada de caña molida (tcm) al final del periodo de estudio y un aumento
de la capacidad instalada en 117 MW [7] por la reubicación de turbogeneradores.
También se prevé un aumento gradual de la producción de
alcohol llegando en el 2010 a 4 millones de hectolitros, producción que
se mantiene constante hasta el final del periodo. Se implementa la instalación
gradual hasta el final del periodo de 37,7 MW en hidroeléctricas [8].
Escenario fósil:
en este escenario se mantienen las opciones evaluadas en el escenario de referencia
y se consideran nuevos criterios para intensificar la explotación de
combustibles fósiles. Con el objetivo de incrementar la producción
y el uso nacional de combustibles fósiles se supone que comienza la extracción
en la Zona Exclusiva
Económica del Golfo de México (ZEE) y por tanto se incluyen entre
las opciones para cubrir la demanda de electricidad los ciclos combinados con
gas natural de la ZEE.
Escenario renovable:
este escenario persigue intensificar el uso del potencial estimado hasta ahora
de las fuentes renovables de energía y mantiene las opciones del escenario
de referencia. Se considera un cambio tecnológico y
que por tanto se comienza a producir alcohol combustible (etanol) a partir de
los jugos de la caña con una productividad de 85 litros de etanoll tonelada
de caña molida. El etanol se utilizará para el transporte automotor
en una mezcla del 7% con el diesel y del 25% con la gasolina.
Además,
para cubrir la demanda de electricidad se incluye todo el potencial hidroeléctrico
posible de explotar (270 MW) Y ciclos combinados de gasificación integrada
de biomasa.
RESULTADOS
La demanda total
de energía calculada mostró un crecimiento durante el período
de estudio del 3,3%, siendo al final de éste igual a 11 024 miles de
toneladas equivalentes de petróleo (Mtep).
Como resultado de las evaluaciones realizadas para el cubrimiento de la demanda se obtuvo que la oferta total de energía primaria (OTEP), la cual incluye la producción nacional y las importaciones de energía primaria, aumenta durante el período de estudio en los tres escenarios (figura 1). Sin embargo, similar tendencia de crecimiento de la OTEP presentan el escenario de referencia y el renovable y llega a ser en el año 2025 de 2 y 1,8 veces respecto al año base, mientras que en el escenario fósil se produce un acelerado crecimiento de la OTEP a partir del 2015 con la entrada de la extracción del crudo de la ZEE y es al final del periodo 3,3 veces mayor que el año base.
En el escenario
renovable la OTEP es menor que en los otros escenarios, ya que se introducen
los ciclos combinados de gasificación integrada de biomasa, muy eficientes,
y por tanto utilizan menor cantidad de bagazo para generar igual cantidad de
electricidad.
Las importaciones de energía primaria (figura 2), que se refieren solo a importaciones de crudo utilizado junto con el crudo nacional en la producción de derivados, aumentan hasta el 2015 en el escenario de referencia y en el renovable, debido al incremento previsto en la capacidad de refinación después del 2010, manteniéndose constante a partir de este año hasta el final del periodo de estudio. Aunque las importaciones de crudo crecen en estos escenarios, su participación dentro de la OTEP (valores en tanto por ciento que se muestran para cada año en la figura 2-1) disminuye, ya que los energéticos primarios como el crudo nacional y el gas asociado aumentan su contribución de un 42,1% y 6% respectivamente en el año base a un 54,5% y 17,2% en el escenario de referencia, por ejemplo.
En el escenario fósil a partir del año 2015 comienza la extracción de crudo de la ZEE. Este crudo en el estudio se consideró ligero y por tanto su uso es fundamentalmente para la producción de derivados, permitiendo que se eliminen las importaciones de crudo a partir de este año.
Las importaciones de energía secundaria, que en el estudio se refieren a las importaciones de derivados de petróleo, se muestran en la figura 3.
Debido a la sustitución
de fuel oil por crudo nacional en la generación de electricidad, estas
importaciones disminuyen del 2002 al 2005 en todos los escenarios. En el escenario
de referencia y en el renovable la producción nacional de derivados se
incrementa ligeramente en el 2010 manteniéndose constante hasta el final
del período. Como la demanda de estos combustibles aumenta y este incremento
no la satisface, las importaciones en estos dos escenarios crecen siendo en
el 2025 un 109% mayor respecto al año base. La posibilidad de extraer
el crudo de la lEE, en el escenario fósil, permite el incremento de la
capacidad de refinación del país, lo que posibilita que después
del 2015 disminuyan las importaciones, satisfaciéndose casi totalmente
la demanda de derivados de petróleo con la producción nacional.
Sólo continúan
importándose fuel oil y Gas Licuado del Petróleo (GLP) en cantidades
menores a la de los otros escenarios.
Analizando sólo el comportamiento de las importaciones de energía primaria y secundaria expuestas anteriormente, no es posible determinar cuánto depende el pais de los suministros externos de combustible. Por esta razón se introduce el indicador de desarrollo energético sostenible "dependencia neta de las importaciones" como la relación entre las importaciones totales de energía (primaria y secundaria) contra el uso total de energía primaria, que para los escenarios se considera igual a la OTEP (figura 4). Se aprecia que tanto en el escenario renovable como en el escenario de referencia este indicador solo decrece ligeramente en el 2025 con respecto al 2002. En el escenario fósil sí se logra reducir la dependencia neta de las importaciones de energía, llegando a ser de sólo el 4%, ya que en este escenario la producción de crudo ligero en la lEE permite aumentar las capacidades de refinación y abastecer en el 2025 el 96% la demanda nacional de combustibles.
Como resultado
de las evaluaciones para cubrir la creciente demanda de electricidad se obtuvo
que la capacidad eléctríca total instalada se incrementa durante
el período de estudio entre los 7637 MW para el escenario renovable y
los 7728 MW para el escenario fósil en dependencia del valor unitario
de las nuevas capacidades que se incorporan. En el año 2025 se instalan
entre 4119 MW y 4210 MW para los distintos escenarios (no incluye las capacidades
que se incorporan de forma predeterminada como son: 100 MW eólicos, completamiento
de Energas, mini hidroeléctricas, motores diesel y reinstalación
de turbogeneradores del MINAZ que se realizan en todos los escenarios). De ellos,
la estructura de capacidades en el escenario de referencia y en el fósil
es muy similar: 87% utilizando combustibles fósiles y 13% renovables,
mientras que en el escenario renovable la participación de los combustibles
fósiles se reduce hasta el 71% Y el peso de los renovables crece hasta
el 29%.
Los costos totales de inversión de las nuevas capacidades para la generación de electricidad (figura 5) varian en dependencia del tipo de tecnología que se instala y se aprecia que por lo general crecen en el período para todos los escenarios. La instalación de tecnologias de ciclos combinados, con un menor costo de inversión, hacen que en el 2025 los menores costos totales de inversión correspondan al escenario fósil llegando a ser 26% menores que para el escenario de referencia. Sin embargo, los costos de inversión del escenario renovable al final del período de estudio son los mayores y 12% superiores que para el escenario de referencia.
Los costos totales
de combustibles en la generación de electricidad son mayores en el escenario
de referencia debido a que es el escenario de más uso de crudo (figura
6), ya que en el escenario renovable predomina la
generación de electricidad con bagazo en ciclos combinados de gasificación
integrada de biomasa con elevada eficiencia y se consideró el bagazo
como un subproducto sin costo. Por otro lado en el escenario fósil la
generación predominante es con gas, que no tiene ningún costo
asociado, ya que se extrae junto al crudo y el costo se le asocia a este último.
Comportamiento
de las emisiones de contaminantes
Las emisiones de
contaminantes dependen de un grupo de factores como, tipo y cantidad de combustible
utilizado, tecnología, sector, etc. En el estudio se asumió un
solo escenario de demanda de energía (la demanda sectorial de combustibles
no varía entre escenarios) por lo que las emisiones variarán entre
los escenarios si hay cambios tecnológicos que impliquen cambio de combustible
o mejora de la eficiencia en la transformación de energia.
Al considerarse
en el estudio solo cambios tecnológicos para el sector eléctrico
las variaciones entre las emisiones de los distintos escenarios responden fundamentalmente
a este sector, con la excepción de las emisiones de metano (CH4) que
dependen de la cadena completa de petróleo y gas.
La incorporación de hidroeléctricas, aerogeneradores y ciclos combinados de gasificación integrada de biomasa hacen que los ritmos de crecimiento de las emisiones de CO2 (figura 7) en el escenario renovable sean menores que en el escenario fósil y en el de referencia, aunque el ritmo de crecimiento en el escenario fósil es muy cercano por la amplia introducción de ciclos combinados con gas. S¡n embargo, por GWh generado las emisiones de CO2 decrecen por el aumento de la eficiencia en la generación de electricidad en 13,4%, 17,5% y 26,1% en los escenarios de referencia, fósil y renovable respectivamente.
Por el alto contenido de azufre del crudo nacional, las emisiones de S02 tienen un impacto local importante en la salud humana y el medio ambiente. Las emisiones de S02 (figura 8) siguen combustibles. El menor crecimiento (210% al final del período) se observa en el escenario renovable, donde el 30% de la generación de electricidad se realiza con fuentes renovables. La diferencia entre los escenarios fósil y de referencia se debe a la inclusión de ciclos combinados de gas para la generación de electricidad en el escenario fósil.
Sin embargo, las emisiones de estos contaminantes por GWh generado, decrecen para todos los escenarios, pero especialmente en el escenario renovable como muestra la figura 9 para las emisiones de S02' demostrando esta tendencia el aumento de la eficiencia en la generación de electricidad.En el año base las emisiones de CH4 asociadas a la electricidad representaron sólo el 2,7% del total de emisiones. La extracción de petróleo en la lEE a partir del año 2015 considerada en el escenario fósil provoca un mayor crecimiento (3,6 veces al final del período) en las emisiones de CH4 con respecto al resto de los escenarios (figura 10).
CONCLUSIONES
Las evaluaciones
realizadas demuestran claramente la dependencia del país de los combustibles
fósiles y que ello se mantendrá en el futuro aún cuando
se utilice el potencial renovable.
Sin embargo, si
aparece y se logra la explotación de crudo ligero y gas de la lEE del
Golfo de México, la dependencia neta de las importaciones de energía
pudiera reducirse sustancialmente con la ampliación de las capacidades
de refinación.
Para cubrir la
demanda de electricidad hasta el 2025 es necesario instalar más de 4200
MW, de los cuales el 87% utilizan combustibles fósiles y el 13% fuentes
renovables en los escenarios fósil y de referencia, llegándose
a instalar en el escenario renovable el 29% con tecnologías que utilizan
fuentes renovables.
Como la generación
de electricidad se realiza fundamentalmente utilizando combustibles fósiles
estos escenarios de desarrollo energético tienen un importante impacto
en el crecimiento de las emisiones de contaminantes atmosféricos. Las
emisiones de CO2 crecen entre 200% y 230%, mientras que las de S02 lo hacen
entre el 210% y el 240%, pero la introducción de tecnologías eficientes,
así como las que utilizan fuentes renovables hacen que las emisiones
por GWh generado decrezcan entre el 13% y el 26% para el CO2 y entre el 12%
y el 35% para el S02
Se recomienda evaluar
escenarios en los que se analicen medidas del lado de la demanda y que para
el cubrimiento de la misma se evalúen tecnologías como la nuclear,
mayor penetración eólica, realizar escalamiento de los costos
de los combustibles fósiles, etc., lo que podría utilizarse para
la formulación de nuevas políticas energéticas.
REFERENCIAS
BIBLIOGRÁFICAS
[1] IAEA. Tools
for Tracking Progress. IAEA Bulletin. 2000; 42(2). Vienna, Austria.
[2] CNE. Fiograma de Desarrollo de las Fuentes Nacionales de Energía.
Comisión Nacional de Energía. 1993.
[3] IAEA. Model for Energy Supply Strategy Alternatives and their General Environmentallmpacts.
User manual.
IAEA, Oct. 2003.
[4] IAEA. Model for Analysis for Energy Demand. User manual. IAEA, Oct. 2002.
[5] BARROS O. Escenarios demográficos de la población de Cuba.
Período 2000-2050, Centro de Estudios
Demográficos. Ciudad de La Habana, 2002.
[6] SOMOZA J, GARCíA A. Escenarios macroeconómicos a largo plazo
del desarrollo energético y su impacto ambiental. INIE, octubre 2002.
[7] MINAZ. , Agroindustria de la Caña de Azúcar. Programa de Desarrollo
Energético Sostenible. Presentado
por el MINAZ en el III Seminario Nacional de Energía en apoyo a la adopción
de decisiones, 3-4 junio 2003.
Ciudad de La Habana. <http://www.energia.inf.cu> [consulta: 6 de diciembre
de 2005].
[8] INRH. El aprovechamiento de la hidroenergía en Cuba. Presentado porellNRH
el) el 111Seminario Nacional
de Energía en apoyo a la adopción de decisiones, 3-4 junio 2003,
Ciudad de La Habana. <http://
www.energia.inf.cu> [consulta: 6 de diciembre de 2005].
'Los valores que se encuentran en la parte superior del gráfico corresponden al escenario de referencia, los que se encuentran por debajo al escenario renovable.
ilse@cubaenergia.cu