Desarrollo de una evaluación de ciclo de vida de la electricidad

    Page 1 of 6    Desarrollo de una evaluación de ciclo de vida de la electricidad   Ángel  D.  Ramirez 1, ,  Andrea  Boero 2 ,  Ana  María  Melendres 2 ,  Francisco  Izurieta 2 ,  Sebastián  Espinoza 2 , Jorge Duque 1     1 Escuela Superior Politécnica del Litoral, ESPOL, Guayaquil-Ecuador.  2 Instituto Nacional de Eficiencia Energética y Energías Renovables, INER, Quito-Ecuador.      Autor corresponsal: [email protected]   RESUMEN Evaluación  de  Ciclo  de  Vida  (LCA)  es  una  herramienta  para  la  cuantificación  de  la sostenibilidad ambiental de un producto o servicio a lo largo de su ciclo de vida. LCA ha sido muy utilizada en la evaluación de sistemas energéticos a nivel de tecnología, país o región. La producción de electricidad es un aspecto central en el desarrollo sostenible de un país, por lo tanto  se  requiere  llevar  a  cabo  estudios  que  permitan  describir  el  estado  del  desarrollo  del sistema eléctrico de un país  y evaluar cambios importantes en la generación o consumo. No existen estudios de este tipo para la electricidad en el Ecuador.  El objetivo es cuantificar el desempeño ambiental del sistema eléctrico del Ecuador desde una perspectiva  de  ciclo  de  vida.  El  producto  estudiado  es  el  kWh  producido  en  Ecuador disponible para los usuarios en la red de distribución. Se incluyen la extracción de recursos y procesos  de  transformación  y  distribución  utilizados  en  el  sistema  eléctrico  ecuatoriano.  Se incorpora las actividades de operación y actividades asociadas.  Datos de componentes mayores del sistema son obtenidos de estadísticas nacionales y de los estudios  de  impacto  ambiental  y  auditorías  ambientales  de  las  principales  plantas  de generación. Datos de componentes menores del sistema son obtenidos de bases de dato como Ecoinvent y NREL entre otras. El cálculo de flujos del inventario e impacto ambientales será asistido por el software Simapro. Metodologías de evaluación de impacto de ciclo de vida a considerarse serán Eco-indicator y The Greenhouse Gas Protocol, entre otras.  PALABRAS CLAVE Evaluación de Ciclo de Vida, Electricidad, Sostenibilidad, Impacto ambiental  INTRODUCCIÓN La  evaluación  de  ciclo  de  vida  (LCA  por  sus  siglas  en  inglés)  es  considerada  una  de  las herramientas más cuantitativas en la evaluación ambiental. Se define la Evaluación de Ciclo de  Vida  como  “la  compilación  y  evaluación  de  entradas,  salidas  y  lo  impactos  ambientales potenciales  de  sistema  de  producto  durante  su  ciclo  de  vida”,  en  donde  el  ciclo  de  vida  se define como  “las etapas consecutivas e interconectadas de un sistema de producto, desde la adquisición  de  materias  primas  o  generación  desde  recurso  naturales  hasta  su  disposición final” (ISO, 2006a, b).  Considerando  a  la  producción  de  electricidad  como  un  aspecto  clave  en  el  desarrollo sustentable de un país, los cambios propuestos para la variación de la matriz productiva deben contar  con  un  respaldo  basado  en  LCA,  la  cual  puede  cuantificar  el  beneficio  ambiental asociado,  por  esto  LCA  es  una  herramienta  muy  utilizada  en  la  evaluación  de  sistemas energéticos a nivel de tecnología, país o región. 

    Page 2 of 6  LCA  ha  sido  aplicada  a  la  producción  de  electricidad  en  varios  países,  regiones  y/o tecnologías  (Ribeiro  y  da  Silva,  2010;  Santoyo-Castelazo  et  al.,  2011).  Las  bases  de  datos comerciales  como  Ecoinvent  incluyen  el  inventario  de  ciclo  de  vida  de  la  producción  de electricidad en cada país de Europa Occidental.  El  desarrollar  un  inventario  de  ciclo  de  vida  de  la  electricidad  en  Ecuador  es  un  paso fundamental  en  el  desarrollo  de  un  estudio  de  este  tipo  debido  a  que  la  electricidad  es  un insumo  usado  en  la  producción,  procesamiento,  uso  o  disposición  de  practicamente  todo producto.  El  estudio de  evaluación  de ciclo de vida de la  electricidad producida en Ecuador servirá  para  comprender  los  aspectos  ambientales  del  sector  eléctrico  del  Ecuador  actual  y futuro con una perspectiva sistémica.  El  proyecto  “Evaluación  de  Ciclo  de  Vida  de  la  Electricidad  del  Ecuador”  se  encuentra actualmente en desarrollo, en la fase de estudio del sistema de producto y los resultados aquí presentados son los obtenidos hasta la fecha.  MÉTODOS La unidad funcional definida es el kWh producido en Ecuador disponible para los usuarios en la red de distribución.  Los  límites  del  sistema  en  estudio  incluyen:  la  extracción  de  recursos  y  tecnologías  de transformación  y  distribución  utilizadas  en  el  Sistema  Nacional  Interconectado  -  SNI,  se incorporan las actividades de operación y se encuentra en análisis la necesidad de la inclusión de  actividades  asociadas  con  la  producción  y/o  construcción  y  mantenimiento  de  bienes  de capital.  Además  de  las  plantas  de  potencia  ubicadas  dentro  del  Ecuador,  el  Sistema  Nacional Interconectado  comprende  infraestructura  para  la  importación  de  electricidad  de  sus  países vecinos  Colombia  y  Perú;  y  por  tanto  la  producción  eléctrica  de  estos  países  está  incluida como parte del sistema en estudio.  La primera fase del proyecto, actualmente en ejecución, es del tipo atribucional y contempla la  evaluación  del  ciclo  de  vida  de  la  electricidad  en  el  Ecuador  tomando  como  base información de los últimos 5 años. En cambio, la segunda fase del proyecto se considerará el uso  de  la  metodología  consecuencial  que  comprende  la  estimación  de  los  impactos ambientales de la producción marginal de electricidad en el Ecuador en base a proyecciones de la generación y la demanda.  En gran medida la primera fase del proyecto comprende el estudio del sistema de producto, en este  caso  el  sistema  eléctrico  ecuatoriano.  El  estudio  del  SNI  identifica  los  procesos principales de generación, mediante un análisis retrospectivo de 5 años, del 2008 al 2012, de los  promedios  de  generación  anual  de  las  centrales  que  componen  el  sistema.  De  igual manera, el análisis del SNI derivó en la identificación de la tecnología marginal, en base a un análisis multivariado, se determinó aquella tecnología que con mayor probabilidad responde a un cambio en la demanda, en este caso cambios a corto plazo, hora a hora (Lund et al., 2010).  Los  datos  han  sido  obtenidos  de  estadísticas  nacionales  (CONELEC,  2011)  y  contactos  del sector eléctrico, productores de energía y bases de datos (CONELEC, 2013a). Actualmente se trabaja en la  recolección de datos  referente a los estudios de  impacto  ambiental  y auditorías ambientales  de  las  principales  plantas  de  generación.  Datos  de  componentes  menores  del 

    Page 3 of 6  sistema  (como:  manufactura  de  equipos,  fungibles,  entre  otros)  serán  obtenidos  de  bases  de dato comerciales como Ecoinvent y NREL entre otras.  Los datos compilados incluyen: el uso de combustibles, energía, químicos y otras entradas, la producción  de  energía,  las  descargas  líquidas,  la  emisión  de  gases  y  su  composición,  los desechos  sólidos  y  otras  salidas,  de  las  plantas  de  potencia  del  sector  eléctrico  ecuatoriano. Aspectos ambientales  y  eficiencias a nivel de transmisión  y distribución  de energía eléctrica también han sido considerados.  Para  llevar  a  cabo  la  compilación  del  inventario  de  ciclo  de  vida  se  analizará  el  uso  de  las siguientes guías y/o modelos (entre otros):      ISO 14040:2006. Environmental management - life cycle assessment - principles and framework (ISO, 2006a).     ISO  14044:2006.  Environmental  management  -  life  cycle  assessment  -  requirements and guidelines (ISO, 2006b).     PAS 2050: Specification for the assessment of the life cycle greenhouse gas emissions of goods and services (BSI, 2008).     Guidelines  for  National  Greenhouse  Gas  Inventories  desarrollado  por  el  Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático     GEMIS,  acrónimo  de  Global  Emission  Model  of  Integrated  Systems,  es  un  modelo computacional  capaz  de  realizar  simulaciones  de  ciclo  de  vida  para  sistemas energéticos, de transporte, entre otros (IINAS, 2013).   El  cálculo  de  flujos  del  inventario  e  impacto  ambientales  será  asistido  por  el  software Simapro.  Las  metodologías  de  evaluación  de  impacto  de  ciclo  de  vida  a  considerarse  serán Eco-indicator  (Ministry  of  Housing  Spatial  Planning  and  the  Environment  of  The Netherlands, 2000) y The Greenhouse Gas Protocol (WBCSD y WRI, 2011), entre otras.  RESULTADOS PRELIMINARES El sector eléctrico Ecuatoriano a diciembre de 2012 registra una capacidad instalada total de 6164  MW  y  una  capacidad  efectiva  total  de  5750  MW  (CONELEC,  2013b).  A  esa  misma fecha,  el  Sistema  Nacional  Interconectado  SNI  representa  el  87%  y  el  90%  de  la  potencia nominal y efectiva, respectivamente.  La Figura 1 presenta la distribución de la potencia efectiva que conforma el SNI a diciembre de 2012 por tipo de tecnología.  Durante  el  periodo  de  estudio,  2008  –  2012,  la  electricidad  neta  disponible  en  el  SNI (incluyendo la energía importada a través de las interconexiones con Colombia y Perú) se ha incrementado  21%,  con  una  variación  anual  promedio  de  5%.  La  variación  anual  de  la producción nacional de electricidad ha fluctuado de -1% a 11%; lo cual ha sido compensado con  las  importaciones  de  electricidad,  desde  Colombia  principalmente.  Del  2008  al  2009  se registró  una  pequeña  contracción  en  la  producción  nacional  de  electricidad  en  el  SNI,  del  -1.14%  (debido  a  un  déficit  de  lluvias  en la  región  durante  el  último  trimestre  del  año  2009, que  provocó  una  reducción  de  la  producción  hidroeléctrica  en  el  país);  a  partir  del  2009  se mantiene una tendencia positiva, hasta llegar a 11.23% entre el 2011 y 2012.    

    Page 4 of 6    Figura  1.  Capacidad  de  generación  por  tipo  de  tecnología  del SNI, año 2012 (CONELEC, 2013b).   Del total de electricidad generada en el SNI durante los cinco años que comprende el periodo de estudio (85068 GWh), el 61% de la electricidad provino de centrales hidroeléctricas. En la Figura  2  se  observa  que  en  los  años  2009  y  2010  la  participación  de  la  generación hidroeléctrica  disminuye  levemente.  En  contraste,  la  contribución  de  las  centrales  térmicas con motores de combustión interna se incrementó en 126% del 2008 al 2012.     Figura 2. Electricidad Neta producida en el SNI por tipo de tecnología, Periodo 2008-2012 (CONELEC, 2013a).   Identificación de los procesos principales La  Figura  3  presenta  la  contribución  anual  promedio  para  el  periodo  2008  –  2012  de  las centrales  de  generación  que  conforman  el  SNI,  identificando  a  las  principales  centrales  que representan  el  60%  de  la  electricidad  producida  en  el  Ecuador  durante  el  mismo  periodo. Cinco corresponden a centrales hidroeléctricas, mientras que las cinco restantes son centrales térmicas  que  usan  combustibles  derivados  de  hidrocarburos,  Fuel  Oil  principalmente.  Del 40% restante, las centrales térmicas Jaramijó de CELEC EP Termoesmeraldas y Quevedo II 

    Page 5 of 6  de CELEC EP Termopichincha, que recientemente iniciaron sus operaciones en el 2012, son las unidades que más aportaron durante el 2012 al SNI, 2.33% y 2.23% respectivamente.    Figura  3.  Contribución  de las principales  centrales  de  generación  eléctrica del  SNI.  Periodo  2008  – 2012 (CONELEC, 2013b).    Identificación de la Tecnología Marginal La  Figura  4  presenta  los  resultados  de  un  análisis  multivariado  para  la  identificación  de  la tecnología marginal. Se observa que la generación hidráulica presenta mayor estabilidad en la primera  mitad  del  año;  sin  embargo,  a  partir  de  agosto,  con  el  inicio  de  la  época  de  estiaje, ésta disminuye. Esto  explica el  incremento en la generación  y la estabilidad de la misma en los últimos meses del año de las centrales que utilizan diésel, gas natural, y residuo FO6.     Figura 4. Comparación de generación en meses de lluvia y estiaje  por Tecnología y combustible, año 2012 (CENACE, 2013).   Sobre  la  base  del  porcentaje  de  contribución  al  total  de  la  energía  generada  y  el  patrón  de generación  a  lo  largo  del  año,  se  ha  considerado  a  las  centrales  térmicas  con  motores  de combustión interna que utilizan residuo, y aquellas centrales térmicas con turbinas de gas que utilizan gas natural, como tecnologías marginales.    

    Page 6 of 6  TRABAJO FUTURO Compilación  de flujos  ambientalmente relevantes  y de  recursos de cada  proceso  del  sistema de producto actual a partir de información primaria y secundaria.  Cuantificación de indicadores de impacto ambiental de ciclo de vida.  Compilación  de flujos  ambientalmente relevantes  y de  recursos de sistemas de  generación  a implementarse a partir de modelos e información secundaria.  Análisis consecuencial del impacto de cambios en matriz energética.  RECONOCIMIENTOS El  trabajo  presentado  es  un  proyecto  de  investigación  entre  la  ESPOL,  Escuela  Superior Politécnica  del  Litoral  y  el  INER,  Instituto  Nacional  de  Eficiencia  Energética  y  energías renovables,  financiado  por  la  Secretaria  Nacional  de  Planificación  y  Desarrollo SENPLADES.  REFERENCIAS BSI Britanish Standards Institucion (2008). PAS 2050 Specification for the assessment of the  life cycle greenhouse gas emissions of goods and services. Londres: BSI.  CENACE Centro Nacional de Control de Energía (2013).  Energía  Bruta  Generada  Horaria  Enero 2010-Marzo2013. Quito.  CONELEC  Consejo  Nacional  de  Electricidad  (2011).  Boletín  Estadístico  Sector  Eléctrico  Ecuatoriano,  2011.  Recuperado  de  http://www.conelec.gob.ec/documentos.php?cd=3050&l=1, en Marzo 25 de 2013.  CONELEC Consejo Nacional de Electricidad (2013a). Estadísticas del SISDAT.  CONELEC  Consejo  Nacional  de  Electricidad  (2013b).  SISDAT  Público.  Recuperado  de  http://www.conelec.gob.ec/contenido.php?cd=115&l=1, en Abril de 2013.  IINAS  Internationales  Institut    fur  Nachhaltigkeitsanalysen  und  Strategien  (2013).  GEMIS  -  Global  Emissions  Model  for  integrated  Systems.  Recuperado  de  http://www.iinas.org/gemis.html, en Octubre 29 de 2013.  ISO  International  Organisation  for  Standardization  (2006a).  ISO  14040:2006  Environmental  Management - life cycle assessment - principles and framework. Geneva: ISO.  ISO  International  Organisation for Standardization  (2006b).  ISO 14044:2006 Environmental  Management - life cycle assessment - principles and framework. Geneva: ISO.  Lund,  Henrik,  et  al.  (2010).  Energy  system  analysis  of  marginal  electricity  supply  in  consequential LCA. The International Journal of Life Cycle Assessment 15(3):260-271.  Ministry  of  Housing  Spatial  Planning  and  the  Environment  of  The  Netherlands  (2000).  Product  Life  Cycle  Accounting  Reporting  Standard.  La  Haya:  Ministry  of  Housing Spatial Planning and the Environment Communications Directorate.  Ribeiro,  Flávio  de  Miranda  y  Gil  Anderi  da  Silva  (2010).  Life-cycle  inventory  for  hydroelectric generation: a Brazilian case study. Journal of Cleaner Production 18(1):44-54.  Santoyo-Castelazo, Gujba, y Azapagic (2011). Life cycle assessment of electricity generation  in Mexico. Energy 36(3):1488-1499.  WBCSD  World  Business  Council  for  Sustainable  Development  y  WRI  World  Resource  Institute  (2011).  The  GHG  Protocol  Product  Life  Cycle  Accounting  and  Reporting Standard. USA: WBCSD y WRI.