Artículo Académico / Academic Paper
Recibido: 14-05-2018), Aprobado tras revisión: 25-07-2018
Forma sugerida de citación: Ríos, A.; Guamán, J.; Vargas, C. (2018). “Análisis de la Implementación de una Estrategia de
Reducción del Consumo Energético en el Sector Residencial del Ecuador: Evaluación del Impacto en la Matriz Energética”. Revista
Técnica “energía”. No. 15, Issue I, Pp. 98-109
ISSN On-line: 2602-8492 - ISSN Impreso: 1390-5074
© 2018 Operador Nacional de Electricidad, CENACE
Analysis of the implementation of a Strategy for Energy Consumption
Reduction in the Residential Sector of Ecuador: Impact Evaluation in the
Energy Matrix
Análisis de la Implementación de una Estrategia de Reducción del Consumo
Energético en el Sector Residencial del Ecuador: Evaluación del Impacto en la
Matriz Energética
Alberto Ríos
1
Jesús Guamán
1
Carlos Vargas
1
1
Universidad Técnica de Ambato, Ambato, Ecuador
E-mail: a.rios@uta.edu.ec; jguaman0585@uta.edu.ec; cvargas0028@uta.edu.ec
Abstract
In this article an evaluation of the impact on the
energy matrix of the implementation of a strategy to
optimize energy consumption in the residential sector
of Ecuador was made. The proposal for the
optimization of residential energy consumption
considers the electrification of cooking and water
heating systems in homes, by means of high efficiency
systems replacing LPG cylinders. Likewise, the
reduction of energy consumption in homes is
evaluated due to the integration of bioclimatic criteria
in the construction of houses and buildings, as well as
the replacement of inefficient electric refrigeration
and lighting equipment with the help of the
Simulation and Analysis software. the Energy Matrix,
SAME. In the LPG replacement scenario, which
implies the consumption of electricity for the home
that requires the construction of new power plants to
cover the expected increase in demand. The
implementation of energy efficiency strategies,
efficient generation of refrigeration and lighting, as
well as the integration of solar thermal systems, would
allow the construction of new hydroelectric plants,
avoiding the importation of electricity from
neighboring countries and the environmental impact
of hydroelectric dams.
Index terms SAME, simulation scenarios,
bioclimatic architecture, optimization.
Resumen
En el presente artículo se realiza una evaluación del
impacto en la matriz energética de la implementación
de una estrategia de Reducción del consumo
energético en el sector residencial del Ecuador. La
propuesta de Reducción del consumo energético
residencial considera la electrificación de los sistemas
de cocción y calentamiento de agua en las viviendas,
por medio de sistemas de alta eficiencia en sustitución
de los cilindros de GLP. Asimismo, se evalúa la
reducción del consumo energético en las viviendas
debido a la integración de criterios bioclimáticos en la
construcción de viviendas y edificios, así como, a la
sustitución de equipos eléctricos ineficientes de
refrigeración e iluminación con ayuda del software de
Simulación y Análisis de la Matriz Energética,
SAME. En el escenario de sustitución del GLP revela
que implicaría un incremento del consumo eléctrico
doméstico lo que exigiría la construcción de nuevas
centrales eléctricas para cubrir el incremento de
demanda esperada. La implementación de estrategias
de eficiencia energética, basada en la integración de
equipos eficientes de refrigeración e iluminación, así
como la integración de sistemas solares térmicos,
permitiría reducir sustancialmente la construcción de
nuevas centrales hidroeléctricas, evitando la
importación de electricidad de países vecinos y el
impacto medioambiental de las represas
hidroeléctricas.
Palabras clave: SAME, escenarios de simulación,
arquitectura bioclimática, Reducción
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Revista Técnica “energía”, Edición No. 15, Issue I, Julio 2018
1. INTRODUCCIÓN
El Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda define
la vivienda como un recinto de alojamiento
estructuralmente separado, con entrada independiente,
construida, edificada, transformada o dispuesta para ser
habitada. Para definir las políticas habitacionales del
Ecuador cada 10 años se realizan censos de viviendas,
que permiten definir el estado, calidad, tipo y tenencia de
las viviendas. En el año 2010, el Censo de Población y
Vivienda estableció que existen 4 654 540 viviendas. El
70,6% de las viviendas corresponden a casas o villas y el
11,7% son departamentos en edificios [1]. El 17,7% de
las viviendas corresponden a ranchos, mediaguas,
cuartos, covachas, chozas u otras viviendas particulares,
Fig. 1.
Figura 1. Tipo de viviendas en el Ecuador según el censo del
año 2010.
En el año 2014, aproximadamente el 12% del
consumo final de energía correspondió al sector
residencial, aproximadamente 11 921 kbep [2]. El GLP
es el combustible fósil predominante en la demanda final
de energía, en el sector residencial, con un 53% del total,
destinado prioritariamente a la cocción de alimentos y al
calentamiento de agua. Por otro lado, el consumo de leña
para usos de cocción en zonas rurales representa el 14%
del total de la demanda de energía. El Estado ecuatoriano
apuesta por un cambio en la matriz de consumo de GLP
para la cocción y calentamiento de agua, promoviendo la
masificación de cocinas de inducción y calentadores
eléctricos kbep [3]. Finalmente, el consumo de
electricidad representa el 33% de la demanda total de
energía del sector residencial, Fig. 2.
Figura 2: Estructura del consumo final de energía por sectores
económicos y de la demanda en el sector residencial en el año 2014
[2].
El Ecuador importa el 84% de la demanda total de
GLP. Por tanto, uno de los desafíos del sector energético
ecuatoriano es sustituir al máximo el consumo de GLP en
el sector residencial por tecnologías menos
contaminantes, que garanticen el suministro energético
sin depender de la volatilidad de los precios
internacionales de los combustibles fósiles.
Por otro lado, la ubicación geográfica del Ecuador
hace que esté presente una diversidad de climas los
cuales se ven reflejados en el consumo de energía,
incrementando el consumo de energía en las zonas más
cálidas para climatización y el consumo de GLP en la
zona sierra o templada para calentamiento de agua. Como
se puede ver los consumos más altos del sector
residencial se distribuyen el uso de energía eléctrica y
GLP. Sin embargo, los consumos finales de esta energía
se pueden minimizar al emplear estrategias de reducción
del consumo energético como la arquitectura
bioclimática. La ONU y el Consejo Mundial de la
Energía en su Informe Mundial de la Energía reconocen
que el uso de estas estrategias puede reducir hasta un 30%
de la energía que se malgasta por el uso ineficiente en
casas, edificios, empresas y vehículos. Esto es aplicable
al Ecuador, por lo que el ahorro energético tiene potencial
para contribuir al desarrollo sostenible de la matriz
energética del país [1].
2. METODOLOGIA
La metodología propuesta de evaluación del impacto
de la matriz energética de la implementación de una
estrategia de reducción del consumo energético en el
sector residencial se realizó, con ayuda del software de
simulación y análisis de la matriz energética, SAME
desarrollada por OLADE. La metodología utilizada por
el software de simulación parte de un año base con un
proyecto de desarrollo sostenible, y se proyecta el
escenario planteado en un horizonte de años
determinados con el fin de analizar el comportamiento de
la matriz energética en un año futuro, Fig. 3.
99
A. Ríos et al. / Estrategia para la Reducción del Consume Eléctrico en el Sector Residencial del Ecuador
Figura 3: Metodología de simulación usado por el software SAME
Asimismo, entre sus principales funcionalidades
destacan:
Estructura parametrizable de la matriz energética.
Desagregación del ámbito geográfico de estudio por
subregiones.
Reportes agregados y detallados del balance de
energía.
Ingreso de datos y reporte de resultados en formato
de Excel.
Basados en esta metodología se ha realizado los
siguiente:
Un análisis del consumo energético en el sector
residencial con la finalidad de identificar la distribución
del consumo final de la energía en los últimos años en
el Ecuador. El estudio permitirá analizar el consumo
promedio por abonado en el mercado eléctrico
ecuatoriano, basado en evaluar la diversidad de
consumo y la distribución energética en el país.
Una vez que se ha identificado el consumo eléctrico
promedio por abonado se realiza una estimación de
consumo en un horizonte de 20 años, basado en la
estimación de la tasa de crecimiento de la población y
de la demanda eléctrica.
Con los datos obtenidos del estudio se ha realizado la
simulación en función de las siguientes fases.
Se realizó una simulación de la proyección del
consumo eléctrico en el sector residencial desde el año
2014 hasta el año 2035. Los datos del año 2014, año
base, se obtuvieron del balance energético del 2014. La
simulación no incluyó ninguna estrategia de Reducción
del consumo eléctrico residencial. Los resultados
obtenidos permitieron definir un valor promedio del
consumo eléctrico por abonado, en un escenario sin
modificaciones del consumo eléctrico residencial,
denominado Bussiness as Usual, BAU.
Se realizó una simulación de la proyección del
consumo eléctrico residencial desde el año 2014 hasta
el año 2035, considerando la sustitución de GLP por
equipos eléctricos de cocción y calentamiento de agua
doméstica. En este escenario de sustitución de GLP se
comprueba un significativo incremento del consumo
eléctrico promedio por abonado, debido a la sustitución
de sistemas de cocción eléctrico por los de consumo de
GLP, que se analizarán a más detalle en el documento.
Con el objetivo de reducir el consumo eléctrico promedio
por abonado, se realizaron subsecuentes simulaciones, en
el horizonte analizado 2014-2035, basadas en las
siguientes estrategias de reducción:
-Reducción por integración de criterios bioclimáticos
arquitectónicos en la construcción de edificaciones.
-Reducción por sustitución de sistemas de
refrigeración ineficientes.
-Reducción por sustitución de aparatos eléctricos
domésticos ineficientes.
-Reducción de sistemas de iluminación ineficientes,
basados en la integración de sistemas inteligentes de
control y tecnología LED.
-Reducción del consumo eléctrico por integración de
sistemas solares térmicos en el para calentamiento de
agua.
Finalmente, se presentaron los resultados obtenidos
con las subsecuentes reducciones del consumo eléctrico
residencial, gracias a las estrategias de reducción
implementadas, en comparación con el escenario BAU y
el escenario de sustitución de GLP.
Se realizó un análisis de la necesidad de construcción
de un significativo número de centrales hidroeléctricas
para el suministro eléctrico residencial asociado a la
sustitución de GLP por cocinas de inducción y equipos
eléctricos de calentamiento de agua. Las subsecuentes
propuestas de Reducción del consumo eléctrico
residencial permiten reducir sustancialmente el volumen
de generación de energía eléctrica y, por tanto, se reduce
el número de centrales eléctricas a construir en el
horizonte 2014-2035
2.1. Consumo energético de las viviendas en el
Ecuador
El consumo energético del sector residencial en el
Ecuador depende de la situación geográfica de las
viviendas. En la tabla 1, se observa una clasificación
simplificada de las características de la demanda
energética de las viviendas en el Ecuador, actuales y
futuras, en función de las condiciones climatológicas de
las zonas geográficas del país – clima cálido-húmedo o
templado a templado frío – y de los recursos económicos
de los moradores de la vivienda – limitados o con mayor
poder adquisitivo [4]. Por tanto, la caracterización del
consumo energético de las viviendas del Ecuador está
fuertemente condicionado por la capacidad económica de
las familias para adquirir servicios y bienes energéticos
de primera necesidad, así como por las condiciones
geográficas de la ubicación de las viviendas – insular,
costa, sierra u oriente – mismas que se ven reflejadas en
las condiciones climáticas del país.
100
Revista Técnica “energía”, Edición No. 15, Issue I, Julio 2018
Tabla 1: Clasificación de las características de la demanda
energética de las viviendas en función de las zonas climáticas del
país [4].
El consumo energético del sector residencial se
conforma por el empleo de un combustible fósil como el
GLP para las actividades domésticas de cocción y el
calentamiento de agua y de un recurso renovable como la
leña para la cocción de alimentos, preferentemente en
zonas rurales. Además, la electricidad es una energía
secundaria indispensable para el funcionamiento de los
aparatos domésticos del hogar [3]. En el último censo del
año 2010, el Ecuador tenía 14 483 499 habitantes y 3 810
548 familias [5]. El 91% de las familias utilizan GLP
como combustible para la cocción de alimentos y
calentamiento de agua mientras que un 7,5% de familias
emplean leña o carbón, tabla 3 y figura 3. El restante
1,5% se reparte entre gas centralizado, electricidad,
residuos vegetales y/o animales y otros combustibles
como gasolina, kerosene o diésel, Fig. 4.
Figura 4: Distribución porcentual del uso de fuentes de
energía para cocción y calentamiento de agua en los hogares del
Ecuador [5].
Otro rubro del consumo de energía en el sector
residencial es la demanda de energía eléctrica. En los
hogares del Ecuador, el principal consumo de
electricidad corresponde a los dispositivos de
iluminación, un 43% en la Costa, y un 55% en la Sierra
del consumo eléctrico total del sector residencial con un
porcentaje promedio en la amazonia [6]. En segundo
lugar, en porcentaje de consumo eléctrico en los hogares
ecuatorianos, se encuentran los sistemas de refrigeración
de alimentos, con el 23% en la Costa y el 14% en la
Sierra. El tercer uso doméstico más importante de la
energía eléctrica corresponde al aire acondicionado con
el 13%, en la costa, mientras que, en la Sierra, el
calentamiento de agua representa el 7% del consumo
eléctrico doméstico.
Tabla 2: Consumo eléctrico promedio anual por abonado del
sector residencial para diferentes regiones del país [6]
El consumo eléctrico promedio anual por abonado
por región del sector residencial, tabla 2, fue estimado en
base a estadísticas del año 2010. El mayor consumo
eléctrico promedio residencial corresponde a la región
Insular, mientras que el menor se produce en la región
Sierra. El mayor consumo eléctrico en las regiones Costa,
Insular y Oriente se debe principalmente a los consumos
asociados a los equipos de aire acondicionado y
refrigeración, empleados con mayor asiduidad debido a
las condiciones climáticas de estas zonas. Es importante
indicar, que en el sector residencial se han implementado
algunas iniciativas del Ministerio de Electricidad y
Energía Renovable, MEER, para reducir el consumo
energético, entre las que destacan [6]:
• “Programa para la Renovación de Equipos de
Consumo Energético Ineficiente – Proyecto N° 1
Sustitución de Refrigeradoras ineficientes” que prevé
sustituir a nivel nacional 330 000 refrigeradoras de
consumo ineficiente (mayor de 10 años de uso) por otras
de alta eficiencia energética.
• Proyecto de “Sustitución de focos ahorradores por
incandescentes”, se inició en el 2008 con la sustitución
de 6 000 000 de focos ahorradores, destinada al sector
residencial con consumos menores a 150 kWh/mes. En el
año 2010, se sustituyó 10 000 000 de focos ahorradores
en sectores como salud, educación y servicio social y
usuarios residenciales con consumos de hasta 200
kWh/mes.
• “Programa de cocción eficiente”, ejecutado por
MEER, que aspiraba hasta el 2016 la sustitución de 3 000
000 de cocinas en los hogares ecuatorianos. Para
promocionar la masiva instalación de cocinas de
inducción se ha promocionado la entrega de un incentivo
tarifario hasta de 80 kWh en la planilla de consumo de
electricidad, a todos los usuarios del sector residencial
que utilicen cocinas de inducción y de 20 kWh por el uso
de los nuevos calentadores de agua y duchas eléctricas.
101
A. Ríos et al. / Estrategia para la Reducción del Consume Eléctrico en el Sector Residencial del Ecuador
En el Ecuador, la vivienda es un derecho garantizado
por la Constitución Política del Estado del año 2008. No
obstante, en el país, existe un preocupante incremento del
déficit acumulado de viviendas. Actualmente, en el
Ecuador, el 45% de los 3 800 000de hogares ecuatorianos
habitan en viviendas inadecuadas. Así, en el año 2006, el
déficit de viviendas se ha incrementado de 1 430 000
unidades hasta 1 700 000 viviendas en el año 2012 sobre
total de 3 800 000 hogares y una población de casi 15 000
000 de habitantes [7]. Existen 1 730 000 hogares con
déficit cualitativo, que residen en viviendas cuya tenencia
es insegura, construidas con materiales inadecuados, con
carencia de servicios sanitarios básicos, o con problemas
de hacinamiento.
2.2. Estimación del consumo eléctrico residencial al
año 2035
Para el cálculo de la tasa de crecimiento poblacional
hasta el año 2035, se empleó como dato base el número
de habitantes del año 2010 y la tasa de crecimiento
tendencial al año 2014, se redujo de 3,10% en el 1974 a
1,95% en el año 2010. Esa tendencia de decrecimiento
será verificada en el cálculo de la tasa de crecimiento
poblacional entre el año 2010 y 2035. La ecuación (1),
permite calcular la tasa de crecimiento poblacional entre
los años 2010 y 2035 [8]. En la Fig. 5, se observa el índice
de crecimiento poblacional de los últimos 50 años y una
proyección al año 2040 [9].
Figura 5: Evolución de la tasa de crecimiento poblacional del
Ecuador entre 1962 y 2010; y población esperada al año 2040 [9].
𝒕 = (
𝑽
𝒇
𝑽
𝒐
)
𝟏
𝒏
− 𝟏 (1)
Donde:
t = Tasa promedio de crecimiento actual
Vf = Valor en el año final del periodo histórico
Vo =Valor en el año inicial del periodo histórico
n = año final - año final
La tasa de crecimiento poblacional del Ecuador entre
el año 2035 y el año 2010 resultó igual a 1,46. Por tanto,
la población del Ecuador al año 2035 superaría los 20 866
000 habitantes. Por otro lado, el cálculo de la tasa de
crecimiento del número de abonados eléctricos al año
2035 se realizó considerando diferentes tasas de
crecimiento por década. Así, el cálculo de la tasa de
crecimiento del año 2000 al 2010 fue de 4,93%. Entre al
año 2010 y 2014 la tasa de crecimiento se redujo de
4.93% a 4.2%. Para el lapso de 2020 al 2030 y se han
considerado las siguientes tasas de crecimiento, 3,5% y
del 2030 al 2035 el 2,5%. Esta reducción en la tasa de
crecimiento de abonados se debe a la cobertura eléctrica
y la reducción de la tasa de crecimiento poblacional.
Empleando las tasas de crecimiento anteriormente
indicadas, se calculó que el número de abonados
eléctricos al año 2035 sería de 8 417 364 abonados.
Con la ayuda de la herramienta SAME, software de
Simulación y Análisis de la Matriz Energética,
desarrollado por OLADE, Organización
Latinoamericana de la Energía, se ha proyectado el
crecimiento del consumo de energía eléctrica en el sector
residencial hasta el año 2035. La tasa de crecimiento
entre el año 2014 y 2035 se ha considerado igual a la
calculada para el periodo 2010 – 2014, obtenido de la
tabla 1, e igual 5,2%. La herramienta SAME permite
proyectar la demanda eléctrica con una tasa de
crecimiento anual igual al 5,2%, sin considerar ninguna
modificación en los patrones de consumo de la sociedad
ecuatoriana, escenario Business As Usual, BAU. Por
ejemplo, no se considera ningún cambio en el consumo
de GLP en el sector residencial. Así, el consumo eléctrico
residencial en el Ecuador se incrementa de 3 945,68 kbep
a 12 434,25 kbep, equivalente a un consumo de 6 364,0
GWh, en el año 2014, a 20 068,19 GWh, en el año 2035.
Por tanto, se observa un incremento de 13 704,2 GWh
que se deberá asumir con la construcción de nuevas
centrales eléctricas. El consumo eléctrico por abonado al
año 2035 será igual a 2 384,14 kWh/año, en comparación
con el año 2014, se incrementaría en 838,66
kWh/abonado.
2.3. Análisis de la implantación de una estrategia de
reducción del consumo energético en el sector
residencial
El sector residencial es el principal consumidor de
GLP en el país. La sustitución de 3 000 000 de cocinas
de GLP por cocinas eléctricas de inducción, y 750 000
calefones a gas por sistemas eléctricos de calentamiento
permitirá una importante reducción del consumo
energético de derivados de petróleo en el sector
residencial [2]. Al año 2014 se han instalado más de 350
000 cocinas de inducción. Todos los usuarios que migren
del gas a la electricidad para cocción de alimentos y
calentamiento de agua recibirán gratuitamente desde
agosto de 2014 hasta diciembre de 2020:
•Tarifa de 0.04 USD/kWh por el consumo
incremental de hasta 80 kWh/mes para la cocción por
inducción.
•Tarifa de cero USD/kWh por el consumo
incremental de hasta 20 kWh/mes, para el calentamiento
eléctrico de agua. La proyección de un escenario
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Revista Técnica “energía”, Edición No. 15, Issue I, Julio 2018
tendencial BAU del consumo de GLP, en el sector
residencial, al año 2035 implica un consumo de energía
en GLP equivalente a 12.911,65 kbep.
La sustitución de GLP por electricidad permitirá
reducir en un 90% las importaciones de GLP,
equivalentes a 13 955,08 kbep.
La reducción a cero del consumo de GLP en el sector
residencial generaría un desbalance energético, puesto
que el GLP, desplazado del sector residencial, ya no se
importaría, además, el equivalente energético de la
sustitución del GLP deberá ser asumido por el sistema de
generación eléctrico nacional. La introducción masiva de
cocinas y calentadores eléctricos implicaría la necesidad
de la producción adicional de energía eléctrica para
cubrir la nueva demanda eléctrica, procedente de nuevas
centrales eléctricas a construir, principalmente
hidroeléctricas [10]. En el sector residencial, en el año
2035, la demanda total de energía eléctrica se
incrementaría de 12 414,41 kbep a 18.574,46 kbep,
debido a la sustitución de GLP por electricidad. El
volumen de energía necesaria para la sustitución del GLP
por energía eléctrica sería igual a 9 909,96 GWh/año,
equivalente a 6 140,21 kbep. Al año 2035, en el Ecuador,
se deberán generar 23 599,97 GWh para satisfacer la
nueva demanda eléctrica, asociada tanto al incremento
del consumo eléctrico, en el escenario BAU, como a la
sustitución de GLP doméstico. En este sentido, se
deberán construir 3 933,32 MW de nuevas centrales
eléctricas, funcionando 6000 horas anuales en promedio.
Una estrategia de sustitución masiva de cocinas de
inducción y calentadores eléctricos permitiría reducir a
cero el consumo de GLP del sector residencial, en un
escenario simulado de sustitución de GLP con ayuda del
software SAME [11]. En la Fig. 6 se muestra la evolución
de la reducción del consumo de GLP, en el sector
residencial, y el incremento de energía eléctrica para
sustitución del GLP, entre el año 2014 y 2035. El
escenario de sustitución del consumo de GLP doméstico
reduce a cero su participación en el sector residencial al
año 2035. En este sentido, se presenta una comparativa
de la participación de las diversas fuentes de energía en
el ámbito residencias tanto para el escenario tendencial y
el escenario de sustitución de GLP por sistemas
tecnológicos de alta eficiencia. Como se puede observar
en la tabla 3, la energía requerida en un escenario de
sustitución sería inferir a la del escenario tendencial,
debido a que los sistemas eléctricos presentan una mayor
eficiencia que los sistemas tradicionales de cocción y
calentamiento de agua sanitaria.
Tabla 3: Porcentaje de participación de las fuentes en el caso
tendencial y el escenario con sustitución de GLP.
Escenario Tendencial
Escenario de sustitución
de GLP por nuevas
tecnologías
Consumo total de
Energía en el sector
residencial
27 474 563 kbep
18 574 46 kbep
Porcentaje Consume
eléctrico
43,80%
94%
Porcentaje de consumo
de GLP
50,50%
0,00%
Porcentaje de consumo
de Energía Solar
2,00%
2,00%
Porcentaje de consumo
de gas natural
2,00%
2,00%
Porcentaje de consumo
de leña
1,70%
1,70%
Figura 3. Escenario BAU y escenario de sustitución de GLP por energía eléctrica en el horizonte 2014-2035.
103
A. Ríos et al. / Estrategia para la Reducción del Consume Eléctrico en el Sector Residencial del Ecuador
2.4. Integración de Criterios de Arquitectura
Bioclimática en la Edificación.
El incremento del consumo de energía eléctrica en el
sector residencial se refleja en el aumento del consumo
anual por abonado. Así, el consumo de electricidad por
abonado del año 2014 de 2 384,14 kWh/año se
incrementaría a 3561,46 kWh/año en el año 2035. El
sector de la edificación, que incluye tanto edificios
residenciales como no residenciales, presenta un elevado
potencial de ahorro energético, solamente superado por
el sector energético. En Europa, a pesar de que la
demanda de energía en los edificios se puede reducir a la
mitad, e incluso hasta un 75%, empleando las actuales
soluciones e innovaciones tecnológicas, los niveles de
rehabilitación, restauración y renovación de edificios se
mantienen muy bajos, aproximadamente del 1,2%.
Asimismo, los edificios sostenibles pueden reducir en un
50% el consumo de agua y hasta en un 70% los desechos
constructivos.
Un importante volumen de ahorro de energía en el
sector de la edificación se puede obtener con la
reparación y adaptación de edificios antiguos a edificios
nuevos de emisiones casi nulas – reducciones mínimas en
la demanda de energía de aproximadamente 50-60%, en
comparación con niveles anteriores a la rehabilitación,
restauración o renovación – y con la construcción de las
edificaciones bajo criterios de arquitectura bioclimática,
sostenibilidad energética, gestión inteligente de la
demanda y óptima integración con las redes de
distribución de energía: específicamente de electricidad
y calor. En la Unión Europea entre el 75%-90% de los
edificios actualmente existentes seguirán funcionando en
el año 2050.
Los edificios sostenibles deberán garantizar elevados
niveles de confort – confort térmico, calidad del aire, etc.
–. Asimismo, se deberán optimizar los programas
informáticos de certificación, así como los
procedimientos de auditoría energética y acreditación.
Existen un conjunto de beneficios adicionales
relacionados con una política de implementación de
medidas de eficiencia energética e integración de
sistemas renovables de generación de electricidad, calor
y frío en los edificios: generación de puestos de trabajo,
mayor seguridad energética, incremento de la
competitividad industrial, mejora de calidad de vida y de
la salud, reducción de la pobreza energética.
La Directiva de Eficiencia Energética en los Edificios
2010/31/EU reemplazo a la Directiva 2002/91/EC y
establece un marco normativo más ambicioso para
mejorar la eficiencia energética de los edificios de la
Unión Europea. Esta establece que todos los edificios
nuevos deberán ser edificios de consumo de energía casi
cero a partir del 31 de diciembre del 2020. Para los
edificios públicos, será el 31 de diciembre del 2018 [12].
La arquitectura bioclimática tiene como principal objeto
reducir el consumo energético, mediante la máxima
captación de energía y control de pérdidas energéticas
que puedan producirse debido al diseño arquitectónico.
Para el diseño del edificio, con una buena
implementación de arquitectura bioclimática, es
importante controlar las pérdidas energéticas. Para poder
realizar un buen diseño bioclimático se deberá estudiar la
ubicación y los parámetros meteorológicos y geográficos
del emplazamiento. La arquitectura bioclimática
conlleva la implantación de sistemas de captación solar
pasiva, galerías de ventilación controladas, sistemas
reguladores de la temperatura y de la humedad. El diseño
arquitectónico del edificio tiene como objetivo
aprovechar el clima y las condiciones del entorno con el
fin de conseguir una situación de confort térmico en su
interior, así como, reducir la demanda energética [12]. El
aprovechamiento máximo del sol implica una orientación
hacia el sur, que optimiza la entrada de radiación solar en
invierno, cuando el sol está bajo, y la impide en verano,
momento en el cual sobra la energía solar. Un edificio
con grandes ventanales orientados hacia el sur y pocas
ventanas hacia el norte utiliza alrededor de un 30%
menos de energía que un edificio que no está orientado
de esta manera.
Los despachos y áreas de trabajo de mayor área se han
establecido en contacto con la fachada sur, de este modo,
en estas zonas, se reducirá la demanda energética, así
como la demanda de iluminación. Otro factor importante
de la arquitectura bioclimática, aparte de la captación
solar, es el almacenamiento de la misma. Se implantarán
materiales de elevada capacidad de absorción térmica,
para así almacenar la energía diurna y evitar las
oscilaciones de temperatura, durante las horas nocturnas
[13].
Tras la aparición de la arquitectura bioclimática se
han realizado gran cantidad de proyectos de este tipo de
arquitectura, que ha permitido comprobar la viabilidad
económica de estos planteamientos, y las grandes
ventajas medioambientales y de ahorro a medio y largo
plazo. Un estudio sobre el diseño de un edificio de
oficinas modelo propuesto por GSA para construir en
Manchester por la Consultoría Ingeniería Dubin-
Mindell-Bloome evaluó las necesidades energéticas en
función de un diseño convencional [14]. Entre las
mejoras energéticas propuestas y los ahorros de energía
obtenidos las que destacan:
• El incremento de la resistencia térmica de paredes,
suelos y techos permite obtener ahorros del 21,5% al 28%
en relación al consumo energético de un edificio
convencional.
• La utilización de acristalamiento doble mejora un
15% y triple hasta un 21%.
• La reducción de la cantidad de sombra permite
obtener ahorros de un 4,5%.
• La reducción del acristalamiento, la proporción de
ventanas-pared hasta un 16%.
• La adecuada orientación y la relación longitud-
104
Revista Técnica “energía”, Edición No. 15, Issue I, Julio 2018
anchura a 1:1 puede ahorros de hasta un 13% en relación
a edificios convencionales.
La integración de criterios constructivos basados en
arquitectura bioclimática permitiría una reducción del
50% del consumo total de electricidad en sistemas de
climatización como aire acondicionado y calefactores,
que representan el 7,5% del consumo de la energía
eléctrica total en el sector eléctrico residencial de al año
2035. En la figura 7, se presenta la comparación del
consumo eléctrico residencial del año 2014, considerado
año base, con la proyección al año 2035, escenario BAU,
y la reducción en el consumo eléctrico por la
implementación de criterios constructivos basados en una
arquitectura bioclimática. Se observa que el consumo
eléctrico por abonado se reduciría de 3561,46 kWh/año a
3472,07 kWh/año, en el año 2035. Es decir, se obtendría
una reducción de 89,4 kWh/año por abonado, Fig. 7.
Figura 4: Reducción del consumo eléctrico por abonado debido a
arquitectura bioclimática
2.5. Reducción del Consumo Energético en Sistemas
de Refrigeración
El reemplazo de refrigeradoras de uso doméstico
ineficientes por equipos de refrigeración nuevosy
eficientes permitirá reducir el consumo eléctrico en el
país, así como promover hábitos adecuados de uso
racional de la energía. Por otro lado, la integración de la
industria nacional en un proceso de renovación
tecnológica de equipos proporcionará ingentes beneficios
económicos por el ahorro de importaciones y la
generación de empleos. Según datos del INEC, tomados
de la Encuesta Nacional de Ingresos y Gastos de Hogares
Urbanos y Rurales 2011-2012, ENIGHUR, existen 2 964
148 refrigeradores, representando un índice de
penetración del 75,96% en los hogares del Ecuador [15].
En el año 2009, entra en vigencia el Reglamento Técnico
Ecuatoriano RTE INEN 035:2009 “Eficiencia energética
en artefactos de refrigeración de uso doméstico. Reporte
de consumo de energía, métodos de prueba y etiquetado”
sean de fabricación nacional o importados,
comercializados en la República del Ecuador. El
mencionado reglamento técnico establece la
obligatoriedad de que los equipos de refrigeración
doméstica de hasta 850 litros, 30 pies cúbicos
aproximadamente, proporcionen información del
consumo energético y clasifiquen la eficiencia del equipo
con letras de la A a la G, siendo A el equipo más eficiente
y G el menos eficiente. Las refrigeradoras clasificadas
con las letras E a G presentan un consumo promedio de
735 kWh/año. Posteriormente, se introduce la primera
modificatoria que permite únicamente la
comercialización de refrigeradores del tipo A, B y C en
equipos menores o iguales a 500 litros, con consumos
entre 250 a 450 kWh/año; y de la categoría a A, a la D en
artefactos mayores a 500 litros. Las refrigeradoras de
clase A permiten obtener ahorros promedios de 350
kWh/año en la gran mayoría de equipos de refrigeración.
Se estima que el número de refrigeradoras existentes en
los hogares del Ecuador que consumen hasta 200
kWh/mes superan 1 380 000 unidades.
El programa RENOVA promueve la sustitución de
330.000 refrigeradoras ineficientes en 5 años a nivel
nacional. Hasta el 31 de diciembre de 2014, las Empresas
Eléctricas de Distribución han recibido un total de 72 733
solicitudes de posibles beneficiarios del proyecto,
realizándose la sustitución de 51145 refrigeradoras a
nivel nacional, lo que produce un ahorro aproximado de
33 755,7 MWh al año de electricidad. El consumo
promedio en un escenario simulado al año 2035 sería de
3 561,46 kWh/año, debido a la sustitución de GLP por
sistemas eléctricos eficientes para la cocción de
alimentos y calentamiento de agua. La sustitución de
sistemas convencionales ineficientes de refrigeración por
sistemas de refrigeración de categoría A permitiría
obtener una reducción de aproximadamente el 6,14% del
consumo de energía eléctrica. El consumo eléctrico
promedio por abonado se reduciría de 3 561,46 kWh/año
a 3 342,79 kWh/año, Fig. 8.
Figura 5. Reducción del consumo energético por la
implementación sistemas de refrigeración eficiente.
2.6. Reducción del Consumo Energético en Equipos
Eléctricos Domésticos.
La masiva instalación de equipos eléctricos
domésticos con etiqueta de eficiencia energética A, así
como una cultura de consumo energético, basado en la
sencillez y sobriedad energética, permitiría importantes
ahorros en el consumo eléctrico residencial. Se estima
105
A. Ríos et al. / Estrategia para la Reducción del Consume Eléctrico en el Sector Residencial del Ecuador
que el ahorro energético anual de viviendas con
electrodomésticos de eficiencia energética A podría
alcanzar valores superiores al 50%, comparado con el uso
de aparatos antiguos y de reducida eficiencia energética
[16]. Por tanto, la masiva integración de
electrodomésticos de elevada eficiencia en los hogares
ecuatorianos tendrá un impacto muy significativo en la
matriz energética nacional y reducirá a necesidad de
construir nuevas centrales eléctricas y afectar al medio
ambiente, además de reducir la conflictividad social ante
la construcción grandes centrales hidroeléctricas.
La sustitución de electrodomésticos de reducida
eficiencia por aparato y equipos altamente eficientes,
preferentemente de categoría A, permitiría reducir el
consumo total de energía eléctrica en un 8,92%. La
instalacion de electrodomésticos de elevada eficiencia
reduciría el consumo total de energía anual por abonado
de 3 561,46 kWh/año a 3 243,78 kWh/año, Fig. 9.
Figura 9. Reducción del consumo energético por la
implementación de electrodomésticos eficientes categoría A.
2.7. Reducción del Consumo Energético en
Iluminación
La iluminación representa el mayor volumen del
consumo de energía en las viviendas y edificios del
Ecuador. Los sistemas de iluminación deberán garantizar
niveles apropiados de iluminación en los espacios, acorde
a las condiciones físicas de las personas y a la actividad
que desarrollan. Asimismo, en la actualidad existen
innovadoras soluciones tecnológicas que implican un
menor consumo de energía para iluminar los espacios y
una reducción de los costes de mantenimiento y de
desechos, debido a una mayor vida útil de los equipos.
Por otro lado, la implementación de diferentes estrategias
de Reducción y eficiencia del consumo energético como:
• el máximo aprovechamiento de la luz solar
• el control de la luminosidad
• el apagado automático y control del espacio con
sistemas de programación horaria y sensores de
ocupación
• el establecimiento de un límite máximo de
operación
• el uso de cortinas automatizadas
• el uso de iluminarias de alta eficientes basadas en
LEDs
Permitiría reducir el consumo total de energía en los
sistemas de iluminación hasta un 50% del consumo
anual. La implementación de un sistema de iluminación
de alta eficiencia, que incluya el máximo
aprovechamiento solar, control de luminosidad y horario,
límites máximos de operación y el uso de cortinas
automatizadas y luminarias LEDs, permitiría reducir el
consumo eléctrico residencial por abonado de 3 561,46
kWh/año a 2 881,94 kWh/año. Se obtendría un ahorro
equivalente al 19,08 % del consumo total de la energía
eléctrica en un escenario con sustitución del GLP por
electricidad para la cocción de alimentos en el año 2035,
Fig. 10.
Figura 10. Reducción del consumo de energía por la
implementación de sistemas de iluminación inteligente.
2.8. Calentamiento de ACS con colectores solares
térmicos y electricidad
Ecuador posee excepcionales recursos naturales, por
tanto, la energía solar térmica es una excelente opción
para la sustitución del consumo de GLP y electricidad en
el calentamiento de agua. Una instalación solar para una
familia de 4 personas, con una demanda de 40 litros de
agua caliente por día y persona, necesitaría de un colector
solar plano y una superficie de 3 m², con vidrio simple y
superficie selectiva, y con circuito abierto sin
intercambiador de calor sería suficiente para cubrir un
porcentaje significativo del consumo eléctrico o de GLP
para calentamiento del agua. En zonas cálidas como las
Islas Galápagos, la costa y Amazonía, hasta 500 m de
altura sobre el nivel del mar, la fracción solar de
suministro de energía para calentamiento de agua podría
superar el 90 % del total. Además, se considera que el
calentamiento de agua con energía auxiliar no es
necesario en la mayoría de las viviendas, dada la alta
temperatura del aire exterior. En cualquier caso, la
demanda auxiliar es muy reducida, Tabla 6. En zonas de
altura intermedia, entre 500 y 1 500 metros, la fracción
solar oscila entre 85 a 90 %. En zonas de mayor altura de
la sierra, por encima de los 1 500 metros, la fracción solar
de las localidades analizadas se encuentra en un rango de
106
Revista Técnica “energía”, Edición No. 15, Issue I, Julio 2018
68 y 75 %, exigiendo un sistema auxiliar de
calentamiento. El ahorro de energía eléctrica oscila entre
1 100 kWh y 1 200 kWh anuales en zonas cálidas hasta
500 metros sobre nivel del mar. En zonas templadas,
entre 500 y 1 500 metros, el ahorro de energía eléctrica
varía entre 1 200 kWh y 1 300 kWh anuales. Finalmente,
en las ciudades de la sierra, el ahorro de energía
convencional es mayor, alcanzando entre 1 300 kWh y 1
400 kWh anuales. La tabla 4, presenta el comportamiento
de colectores solares planos en distintas localidades del
Ecuador.
Tabla 4: Consumo eléctrico promedio anual por abonado del
sector residencial para diferentes regiones del país
De la tabla 6, se puede deducir que, en el Ecuador, el
promedio de energía ahorrada con la implementación de
sistemas térmicos solares sería de 1010 kWh/año. En
algunas provincias del país, especialmente en zonas por
encima de los 500 metros sobre el nivel del mar, es
necesario disponer de un sistema auxiliar de energía
eléctrica para suministrar la demanda no cubierta por el
sistema solar. El promedio de consumo de energía
eléctrica en los sistemas térmicos solares es
aproximadamente de 260 kWh/año. El consumo eléctrico
en calentamiento de agua se puede reducir hasta en un
85%, equivalente a una reducción del 11,36% del
consumo eléctrico total en una vivienda, Fig. 11. La
integración de sistemas solares térmicos de
calentamiento de agua en las edificaciones permitiría
reducir el consumo eléctrico residencial por abonado de
3 561,46 kWh/año a 2 949,60kWh/año.
Figura 611: Reducción del consumo de energía por el uso de
sistemas térmicos solares.
3. RESULTADOS
Una vez calculados los porcentajes de reducción del
consumo eléctrico, con las diferentes estrategias de
Reducción del consumo de energía, se puede concluir
que la implementación de todas las estrategias representa
una reducción total de 1 917,12 kWh/año por abonado.
En la tabla 6 se puede observar la reducción de la
implementación de las diferentes estrategias de
Reducción energética en el sector residencial.
En la Fig. 11, se presenta la evolución del consumo
eléctrico residencial, con la implementación de las
diferentes estrategias de Reducción energética para las
viviendas al año 2035. Se observa que en el año base, año
2014, el consumo eléctrico promedio por abonado es
igual a 1 545,48 kWh/año. En el escenario tendencial
BAU proyectado al año 2035, el consumo eléctrico se
incrementaría en 838,66 kWh/año alcanzando en el año
2035 un consumo de 2 384,14 kWh/año. Es importante
indicar, que en el escenario BAU no se realiza ningún
tipo de implementación de planes de eficiencia
energética o integración de energías renovables.
En el escenario simulado, se considera una estrategia
a largo plazo de sustitución de sistema de GLP por
cocinas y calentadores de agua eléctricos de la Fig. 12, se
observa que el consumo eléctrico promedio por abonado
se incrementa hasta alcanzar 3 561,46 kWh/año. El
incremento de consumo eléctrico experimentado hacia el
año 2035, se explica por el reducido número de abonados
que en la actualidad han sustituidos sus cocinas de GLP
por cocinas de inducción. La implementación de una
serie de propuestas de Reducción en el sector de
edificaciones, en un horizonte desde al año 2014 al 2035,
permitiría obtener una reducción del consumo eléctrico
del 53,83%. La reducción del consumo energético
previsto se basaría en la implementación de estrategias de
eficiencia energética entre las que destacan: arquitectura
bioclimática, refrigeradoras eficientes de categoría A,
electrodomésticos eficientes, sistemas de iluminación
eficiente y la implementación masificada de iluminarias
LEDs, así como, la integración de sistemas solares
térmicos en el calentamiento de agua. Estas estrategias
permitirían reducir el consumo eléctrico de 3 561,46
kWh/año a 1 644,34 kWh/año por abonado, Fig. 12. Esta
importante reducción en el consumo eléctrico residencial
evitaría la construcción de nuevas centrales eléctricas.
Figura 12: Evolución del consumo de electricidad en los diferentes
escenarios y con las diferentes estrategias de Reducción.
A nivel nacional, el incremento del consumo eléctrico
en el escenario BAU, adicionado al escenario de
107
A. Ríos et al. / Estrategia para la Reducción del Consume Eléctrico en el Sector Residencial del Ecuador
sustitución del consumo de GLP en el sector residencial,
proyectado al año 2035, requeriría un consumo eléctrico
adicional de 23 599,97 GWh. Ese incremento de volumen
de energía eléctrica implicaría la construcción de
centrales eléctricas con una potencia instalada
equivalente a 3 933,32 MW, una potencia instalada
equivalente a construir 2,6 centrales de Coca Codo
Sinclair al año 2035.
Las estrategias de la Reducción del consumo eléctrico
permitirían obtener una reducción en el consumo
eléctrico de 2 9978,14 GWh a 13 841,01 GWh al año
2035. La reducción total sería de 16 137,13 GWh. Ese
volumen de energía eléctrica reducida evitaría la
construcción de 2 689,52 MW de nuevas centrales
eléctricas, equivalentes a 1,79 Coca Codo Sinclair, figura
13. Para satisfacer la demanda total de energía eléctrica
al año 2035, incluidas todas las propuestas de Reducción
simuladas, en el Ecuador, se deberá suministrar 7 472,9
GWh. Por tanto, será necesario construir 1 245,48 MW
de nuevas centrales hidroeléctricas tan sólo para
satisfacer el incremento de la demanda eléctrica
residencial, en el escenario BAU, y la sustitución de GLP
doméstico, Fig. 13.
Figura 13: Evolución del consumo de electricidad en los diferentes
escenarios y con las diferentes estrategias de Reducción.
Una vez calculados los porcentajes de reducción del
consumo eléctrico, con las diferentes estrategias de
Reducción del consumo de energía, se puede concluir
que la implementación de todas las estrategias representa
una reducción total de 1 917,12 kWh/año por abonado.
En la tabla 5 se puede observar la reducción de la
implementación de las diferentes estrategias de
Reducción energética en el sector residencial.
Tabla 5: Consumo total de energía eléctrica en escenario con sustitución del GLP, año
2035: 3561.46 kWh/año
Estrategias de
Reducción
Porcentaje de
reducción en el
consumo total de
electricidad [%]
Ahorro de energía
eléctrica en kW/año
Reducción del
Consumo Total en
kWh/año
A) Arquitectura
Bioclimática
2,51
89,41
3472,06
B) Refrigeradoras
Eficientes A
6,14
218,63
3253,43
C)
Electrodomésticos
eficientes
8,92
317,81
2935,63
D)Iluminación LED
19,08
679,48
2256,15
E) ACS Solar
17,18
611,81
1644,34
TOTAL
53,83
1917,12
1644,34
4. CONCLUSIONES
El consumo de energético del sector residencial
presenta una importante participación de recursos fósiles,
debido al consumo de GLP. La implementación de
cocinas de inducción y calentadores eléctricos, en el
sector residencial, permitirá al país reducir el elevado
volumen de importaciones de GLP. La sustitución de
cilindros de GLP en el sector residencial implicaría un
significativo incremento en la generación de energía
eléctrica proveniente de centrales hidroeléctricas. La
implementación de estrategias de Reducción en el sector
de la edificación permitiría disminuir el consumo total de
energía eléctrica hacia el año 2035, evitando la
construcción de nuevas centrales hidroeléctricas y
reduciendo el consumo eléctrico promedio anual por
abonado en un 53,83%.
5. AGRADECIMIENTOS
Los autores desean agradecer a la Secretaría de
Educación Superior, Ciencia, Tecnología e Innovación,
SENESCYT, por su especial apoyo en el desarrollo de la
presente propuesta, gracias a la financiación del Proyecto
de Investigación PROMETEO: “Evaluación Técnico-
Económica y Medioambiental de la Integración de
Energías Renovables y Técnicas de Diseño y Gestión
Eficiente en Sistemas de Edificación y Transporte
Sostenibles Aplicación Práctica a la Ciudad de Ambato”,
y a la Dirección de Investigación y Desarrollo, DIDE de
la Universidad Técnica de Ambato por su especial apoyo
en el desarrollo de la presente propuesta gracias a la
financiación del proyecto " Diseño e Implementación de
un Sistema de Monitoreo Remoto para las Instalaciones
Fotovoltaicas Aisladas de las Comunidades Amazónicas
en el Ecuador".
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Organización Latinoamericana de Energía,,» pág.
170-176., 2015.
Jesús Guamán Molina. Nació en
Latacunga, Ecuador en 1990. Recibió
su título de Ingeniero Electrónico y
Comunicaciones de la Universidad
Técnica de Ambato en el año 2015. Es
Investigador en la Facultad de
Ingeniería en Sistemas, Electrónica e
Industrial de la Universidad Técnica de Ambato.
Actualmente se encuentra cursando sus estudios de
posgrado en el Escuela Politécnica Nacional en la
Maestría de Energía Eléctrica mención Smart Grid.
Carlos Vargas Guevara. Nació en
Ambato, Ecuador en 1991. Recibió
su título de Ingeniero Electrónico y
Comunicaciones de la Universidad
Técnica de Ambato en el año 2015.
Es Investigador en la Facultad de
Ingeniería en Sistemas, Electrónica e
Industrial de la Universidad Técnica de Ambato.
Actualmente se encuentra cursando sus estudios de
posgrado en el Escuela Politécnica Nacional en la
Maestría de Energía Eléctrica mención Smart Grid.
Alberto Ríos Villacorta.
Ingeniero Eléctrico en Sistemas y
Redes Eléctricas por el Instituto
Politécnico de Bielorrusia, 1993.
Master en Energías Renovables
por la Universidad Europea de
Madrid, 2004. Dr. Ingeniero
Eléctrico por la Universidad
Carlos III de Madrid, 2007.
Profesor Ayudante de la Universidad Carlos III de
Madrid, 1998-2001. Profesor Adjunto de la Universidad
Europea de Madrid, 2001-2014. Director Técnico de
Energy to Quality, Laboratorio de Ensayos de Turbinas
Eólicas y Simulaciones de parques Eólicos, 2005-2006.
Director del Máster Oficial de Energías Renovables dela
Universidad Europea de Madrid, 2007-2011.
Actualmente es profesor principal de la Universidad
Técnica de Ambato en la facultad de Ingeniería en
sistemas electrónica e Industrial
109
