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Las matemáticas detrás de " La nueva economía energética: un ejercicio de pensamiento mágico "

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No pasa una semana sin que un alcalde, gobernador, legislador o experto se una a la prisa por exigir, o predecir, un futuro energético que se base completamente en la energía eólica / solar y las baterías, liberado de la "carga" de los hidrocarburos que han alimentado sociedades durante siglos. Independientemente de la opinión que uno tenga sobre si se requiere una “transformación” energética, o por qué, la física y la economía de la energía combinadas con las realidades de escala dejan en claro que no hay posibilidad de que nada se parezca a una “nueva economía energética” radicalmente en el futuro. futuro. Bill Gates ha dicho que cuando se trata de comprender las realidades energéticas, "tenemos que incorporar las matemáticas al problema".
 
El tiene razón. Entonces, en mi reciente informe del Manhattan Institute , “La nueva economía energética: un ejercicio de pensamiento mágico”, hice precisamente eso.
 
Aquí, entonces, hay un resumen de algunas de las realidades básicas de las matemáticas subyacentes. (Consulte el informe completo para obtener explicaciones, documentación y citas).
 
Realidades sobre la escala de la demanda de energía
 
1. Los hidrocarburos suministran más del 80% de la energía mundial: si todo eso estuviera en forma de petróleo, los barriles se alinearían desde Washington, DC hasta Los Ángeles, y toda esa línea crecería a la altura del Monumento a Washington cada semana. .
 
2. La pequeña disminución de dos puntos porcentuales en la participación de los hidrocarburos en el uso mundial de energía supuso más de 2 billones de dólares en gastos globales acumulados en alternativas durante ese período; la energía solar y eólica suministran hoy menos del 2% de la energía mundial.
 
3. Cuando los cuatro mil millones de pobres del mundo aumentan el uso de energía a solo un tercio del nivel per cápita de Europa, la demanda global aumenta en una cantidad equivalente al doble del consumo total de Estados Unidos.
 
4. Un crecimiento de 100 veces en el número de vehículos eléctricos a 400 millones en las carreteras para 2040 desplazaría el 5% de la demanda mundial de petróleo.
 
5. La energía renovable tendría que expandirse 90 veces para reemplazar los hidrocarburos globales en dos décadas. Se necesitó medio siglo para que la producción mundial de petróleo se expandiera “solo” 10 veces.
 
6. Reemplazar la generación eléctrica estadounidense a base de hidrocarburos durante los próximos 30 años requeriría un programa de construcción que construya la red a un ritmo 14 veces mayor que en cualquier otro momento de la historia.
 
7. La eliminación de los hidrocarburos para generar electricidad en los Estados Unidos (imposible pronto, inviable durante décadas) dejaría intacto el 70% del uso de hidrocarburos en Estados Unidos; Estados Unidos usa el 16% de la energía mundial.
 
8. La eficiencia aumenta la demanda de energía al hacer que los productos y servicios sean más baratos: desde 1990, la eficiencia energética global mejoró un 33%, la economía creció un 80% y el uso global de energía aumentó un 40%.
 
9. La eficiencia aumenta la demanda de energía: desde 1995, el uso de combustible de aviación / pasajero-milla se redujo en un 70%, el tráfico aéreo se multiplicó por más de 10 y el uso mundial de combustible de aviación aumentó más del 50%.
 
10. La eficiencia aumenta la demanda de energía: desde 1995, la energía utilizada por byte se ha reducido unas 10.000 veces, pero el tráfico de datos mundial se ha multiplicado por un millón; la electricidad global utilizada para la informática se disparó.
 
11. Desde 1995, el uso total de energía en el mundo aumentó en un 50%, una cantidad equivalente a sumar dos de la demanda total de los Estados Unidos.
 
12. Por seguridad y confiabilidad, un promedio de dos meses de demanda nacional de hidrocarburos están almacenados en cualquier momento. Hoy en día, apenas se pueden almacenar dos horas de la demanda nacional de electricidad en todas las baterías a escala de servicios públicos más todas las baterías en un millón de automóviles eléctricos en Estados Unidos.
 
13. Las baterías producidas anualmente por Tesla Gigafactory (la fábrica de baterías más grande del mundo) pueden almacenar tres minutos de la demanda eléctrica anual de EE. UU.
 
14. Para fabricar suficientes baterías para almacenar el equivalente a dos días de la demanda de electricidad de EE. UU. Se requerirían 1.000 años de producción por parte de la Gigafábrica (la fábrica de baterías más grande del mundo).
 
15. Cada mil millones de dólares en aviones producidos da lugar a unos 5 mil millones de dólares en combustible de aviación consumidos durante dos décadas para operarlos. El gasto mundial en aviones nuevos supera los 50.000 millones de dólares al año, y sigue aumentando.
 
16. Cada $ 1 mil millones gastados en centros de datos genera $ 7 mil millones en electricidad consumida durante dos décadas. El gasto global en centros de datos es de más de $ 100 mil millones al año, y está aumentando.
 
Realidades sobre la economía energética
 
17. Durante un período de 30 años, $ 1 millón en energía solar o eólica a escala de servicios públicos produce 40 millones y 55 millones de kWh respectivamente: $ 1 millón en pozo de esquisto produce suficiente gas natural para generar 300 millones de kWh en 30 años.
 
18. Cuesta aproximadamente lo mismo construir un pozo de esquisto o dos turbinas eólicas: estas últimas, combinadas, producen 0,7 barriles de petróleo (energía equivalente) por hora , la plataforma de esquisto tiene un promedio de 10 barriles de petróleo por hora.
 
19. Cuesta menos de $ 0.50 almacenar un barril de petróleo, o su equivalente en gas natural, pero cuesta $ 200 almacenar la energía equivalente a un barril de petróleo en baterías.
 
20. Los modelos de costos para energía eólica y solar asumen, respectivamente, factores de capacidad del 41% y 29% (es decir, la frecuencia con la que producen electricidad). Los datos del mundo real revelan hasta 10 puntos porcentuales menos para ambos. Eso se traduce en $ 3 millones menos de energía producida de lo que se supone durante una vida útil de 20 años de una turbina eólica de 2 MW y $ 3 millones.
 
21. Con el fin de compensar la producción eólica / solar episódica, las empresas de servicios públicos de EE. UU. Están utilizando motores alternativos de combustión de petróleo y gas (grandes motores diésel parecidos a los de un crucero); se han agregado tres veces más a la red desde 2000 que en los 50 años anteriores.
 
22. Los factores de capacidad de los parques eólicos han mejorado aproximadamente un 0,7% anual; esta pequeña ganancia proviene principalmente de la reducción del número de turbinas por acre, lo que lleva a un aumento del 50% en la tierra promedio utilizada para producir un kilovatio-hora de viento.
 
23. Más del 90% de la electricidad de Estados Unidos y el 99% de la energía utilizada en el transporte proviene de fuentes que pueden suministrar energía fácilmente a la economía en cualquier momento que el mercado lo requiera.
 
24. Las máquinas eólicas y solares producen energía en un promedio del 25% al ​​30% del tiempo, y solo cuando la naturaleza lo permite. Las centrales eléctricas convencionales pueden funcionar de forma casi continua y están disponibles cuando se necesitan.
 
25. La revolución del esquisto colapsó los precios del gas natural y el carbón, los dos combustibles que producen el 70% de la electricidad estadounidense. Pero las tarifas eléctricas no han bajado, sino que han aumentado un 20% desde 2008. Los subsidios directos e indirectos para la energía solar y eólica consumieron esos ahorros.
 
Física de la energía ... Realidades incómodas
 
26. A los  políticos y expertos les gusta invocar el lenguaje “moonshot”. Pero transformar la economía energética no es como poner a algunas personas en la luna varias veces. Es como poner a toda la humanidad en la luna, de forma permanente.
 
27. El cliché común: una disrupción de la tecnología energética se hará eco de la disrupción de la tecnología digital. Pero las máquinas productoras de información y las máquinas productoras de energía implican una física profundamente diferente; el cliché es más tonto que comparar manzanas con bolas de boliche.
 
28. Si la energía solar aumentara como la tecnología informática, una sola matriz solar del tamaño de una estampilla de correos alimentaría el Empire State Building. Eso solo sucede en los cómics.
 
29. Si las baterías se escalaran como la tecnología digital, una batería del tamaño de un libro, con un costo de tres centavos, podría impulsar un avión de pasajeros a Asia. Eso solo sucede en los cómics.
 
30. Si los motores de combustión crecieran como las computadoras, el motor de un automóvil se encogería al tamaño de una hormiga y produciría mil veces más caballos de fuerza; Los motores reales del tamaño de una hormiga producen 100.000 veces menos energía.
 
31. No existen ganancias de 10x similares a las digitales para la tecnología solar. El límite físico para las células solares (el límite de Shockley-Queisser) es una conversión máxima de aproximadamente el 33% de los fotones en electrones; las células comerciales de hoy están al 26%.
 
32. No existen ganancias de 10x similares a las digitales para la tecnología eólica. El límite de física para las turbinas eólicas (el límite de Betz) es una captura máxima del 60% de la energía en el aire en movimiento; las turbinas comerciales alcanzan el 45%.
 
33. No existen ganancias de 10x similares a las digitales para las baterías: la energía teórica máxima en una libra de aceite es 1,500% mayor que la energía teórica máxima en la mejor libra de productos químicos para baterías.
 
34. Se necesitan alrededor de 60 libras de baterías para almacenar la energía equivalente a una libra de hidrocarburos.
 
35. Se extraen, mueven y procesan al menos 100 libras de materiales por cada libra de batería fabricada.
 
36. Almacenar la energía equivalente a un barril de petróleo, que pesa 300 libras, requiere 20,000 libras de baterías Tesla (por valor de $ 200,000).
 
37. Para transportar la energía equivalente al combustible de aviación que utiliza una aeronave que vuela a Asia, se necesitarían baterías de tipo Tesla por valor de 60 millones de dólares que pesan cinco veces más que esa aeronave.
 
38. Se necesita el equivalente energético de 100 barriles de petróleo para fabricar una cantidad de baterías que puedan almacenar el equivalente energético de un solo barril de petróleo.
 
39. Un mundo de la red y el automóvil centrado en las baterías significa extraer gigatoneladas más de la tierra para acceder a litio, cobre, níquel, grafito, tierras raras, cobalto, etc., y utilizar millones de toneladas de petróleo y carbón tanto en la minería como en la fabricación. metales y hormigón.
 
40. China domina la producción mundial de baterías con su red alimentada en un 70% con carbón: los vehículos eléctricos que usan baterías chinas crearán más dióxido de carbono del que se ahorra al reemplazar los motores que queman petróleo.
 
41. Uno no usaría más helicópteros para viajes transatlánticos regulares, factibles con una logística elaboradamente costosa, que emplear un reactor nuclear para alimentar un tren o sistemas fotovoltaicos para alimentar una nación.
 
Mark P. Mills  es miembro senior del Manhattan Institute, miembro de la Facultad de Ingeniería McCormick de la Universidad Northwestern y autor de  Work in the Age of Robots , publicado por Encounter Books.
 
https://economics21.org/