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En la presente tesis se evaluó la eficiencia del nexo agua-energía (WEN) en dos casos de
estudio, utilizando indicadores exergéticos. Este trabajo se ha estructurado en tres capítulos:
en el primer capítulo, se realizó una revisión bibliográfica sobre el WEN focalizando los
principales problemas o vacíos en su evaluación; en el segundo capítulo se abordó la
evaluación del nexo entre diferentes recursos estratégicos, en particular agua, energía y suelo
utilizando como casos de estudio: el Sistema Eléctrico Nacional (CES) y el de Tratamiento
de Agua Potable (DWT) en Chile. Para ambos casos, se combinaron las potencialidades
metodológicas del Análisis de Ciclo Vida (LCA) con el análisis exergético y se obtuvieron
métricas que permitieron cuantificar el impacto del WEN. Finalmente, en el tercer capítulo,
se exponen las principales fortalezas, debilidades y desafíos del uso de la exergía como
métrica para la evaluación de la eficiencia dentro del contexto del nexo.
A partir de la revisión bibliográfica se concluye que el nexo agua-energía (WEN) ha sido
cuantificado usando numerosas herramientas, métodos y metodologías en diversos contextos
y escalas; lo que ha dificultado su replicabilidad y comparación entre casos de estudio a
diferentes escalas y/o ubicaciones geográficas. Al mismo tiempo, se observa que la eficiencia
del uso de los recursos a lo largo de toda su cadena de suministro no se ha considerado, por
lo que los estudios se limitan a la cuantificación física de cada recurso en el nexo. Por
consiguiente, esta tesis se propone la exergía como herramienta para la evaluación del WEN,
dado que ésta permite, por excelencia, cuantificar la eficiencia de distintos recursos a lo largo
de las cadenas de suministro.
En el caso de estudio del Sistema Eléctrico Nacional (CES), se evaluó la eficiencia del nexo
agua-energía-suelo (WELN) a través de los indicadores exergéticos Consumo Acumulado de
Exergía (CExC) y el Grado Acumulado de Perfección (CDP). Los resultados mostraron que
la producción de 1 MWh de electricidad requirió 17.3 GJex, siendo el componente energético
del nexo (fuentes de energía fósiles y renovables) el principal contribuyente (99%). Las
tecnologías de energía renovable representaron los mayores índices CDP (13%-46%) dentro
del nexo, asociado a un menor CExC, así como mayores eficiencias tecnológicas en relación
con las energías no renovables (14%-19%).
Por otro lado, para el sistema de Tratamiento de Agua Potable (DWT), los valores de CExC
mostraron diferencias significativas entre las regiones (1–50 MJex/m3
), dependiendo de la
calidad de las fuentes de agua cruda, los indicadores de consumo energético en el transporte
del fluido (bombeo) y la tecnología usada para el tratamiento de agua potable. Los mayores
CExC se registraron en las zonas norte (30-50 MJex/m3
) en comparación con las regiones
centro-sur (1-10 MJex/m3
) debido a la mala calidad del agua en las primeras; por lo que se
requirieron tecnologías más intensivas en energía (ósmosis inversa) para su potabilización.
En general la evaluación del nexo para ambos casos de estudio demostró que los recursos
agua y uso del suelo muestran una contribución en el CExC casi despreciable, debido a la
baja calidad de dichos recursos en comparación con el componente energético. Sin embargo,
esto no significa que sean irrelevantes para la sustentabilidad del sistema eléctrico y
potabilización, tanto a escala regional como local.
Para validar lo anterior, se aplicaron al caso de estudio DWT, el Índice de Estrés Hídrico
(WSI) y la Huella Hídrica Azul (BWF) diferenciados por regiones, para resaltar el papel
fundamental de los recursos hídricos dentro del nexo agua-energía. En este sentido, ambos
indicadores mostraron una fuerte dependencia geográfica debido a la variabilidad climática,
donde el WSI se incrementó gradualmente desde el extremo sur hasta las zonas norte,
registrando el índice de estrés hídrico más alto (0,5-1) para las zonas centro norte. Los
valores más altos de WSI y CExC demostraron que el nexo agua-energía se hace más fuerte
para la zona norte de Chile que para el resto de las regiones, lo que podría intensificarse
progresivamente hacia la zona central debido a los mayores BWF (26-50 m3
/s) y al efecto
del cambio climático.
A partir de los resultados obtenidos en el segundo capítulo, se destaca la contribución de la
exergía como una herramienta prometedora en la evaluación del nexo entre recursos, al
permitir la unificación de métricas y la evaluación de la eficiencia en el uso de los recursos.
Sin embargo, se ha encontrado una limitación: no visualiza la relevancia de los recursos
hídricos y terrestres dentro del nexo. Por lo tanto, se recomienda complementarlo con otras
herramientas asociadas a la sustentabilidad como las huellas ambientales (hídrica, ecológica)
y los índices de escasez de recursos, entre otros. A pesar que la exergía es una métrica unificadora, puede que los resultados obtenidos no sean de fácil comprensión para los
tomadores de decisiones debido a las características multidimensionales del nexo; por ende,
se recomienda complementar el análisis con otras herramientas, como es el caso del Análisis
de Decisiones Multi-Mriterio (MCDA). |
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