Análisis de la incidencia del uso de cocinas eléctricas de inducción

Antecedentes

El Estado representante de la sociedad ejerce una serie de funciones que influyen en la mejoría de la eficiencia. Los órganos gubernamentales responsables de la formulación e implementación de políticas deben tener una articulación adecuada con las instituciones que promueven la eficiencia energética. Los órganos de mayor incidencia en el Ecuador son el Ministerio de Electricidad y Energía Renovable y el Instituto de Eficiencia Energética y Energías Renovables.

La Secretaria Nacional de Planificación y Desarrollo – SENPLADES en coordinación con diferentes instancias gubernamentales elaboró el Plan Nacional del Buen Vivir (PNBV) 2009 – 2013 al que deben sujetarse en forma obligatoria las instituciones y órganos del Gobierno. Dentro de este Plan en forma específica en la Estrategia 6.7. que se refiere al Cambio de la Matriz Energética, indica lo siguiente: El programa de sustitución de cocinas a gas (GLP) por cocinas de inducción deberá ejecutarse tan pronto como exista la factibilidad de la generación eléctrica para este plan.

Con miras a preparar el programa de implementación de sustitución de cocinas a gas licuado de petróleo (GLP) por cocinas eléctricas de inducción, el Ministerio de Electricidad y Energía Renovable (MEER) hizo conocer que se encuentra desarrollando el Plan Nacional de Cocción Eficiente, razón por la cual se mantienen reuniones entre representantes del sector energético, eléctrico y productivo del país, con el objeto de establecer los requerimientos técnicos del proyecto y definir acciones de corto y mediano plazo para la implementación del mismo, acciones que permitirán estar plenamente preparados para la sustitución tecnológica.

Bajo este contexto, las universidades como actores sociales que propulsan el conocimiento deben verter sus opiniones coadyuvando para que los programas de uso eficiente de energía se lleven a cabo de la mejor manera en beneficio de la sociedad.

Uso del GLP como energético en el Ecuador

Según informes de los organismos gubernamentales, el 96% de la demanda del Gas Licuado de Petróleo (GLP) se destina al sector doméstico o residencial y el restante 4% se destina para uso industrial y comercial. No obstante, se estima en forma real que el 59% se destina para el sector doméstico, 11% al uso industrial y comercial, 8% al vehicular y el 22% hacia el contrabando por las fronteras.

Los precios de producción e importación del GLP son altamente superiores a los precios de venta interna, por lo que el gas tiene un subsidio muy alto; pues el cilindro de 15 kg se vende a USD 1.60 mientras que el costo real es alrededor de USD 12.00, lo que equivale a un subsidio del 650% frente a su precio real. En Colombia el cilindro de 15 kg su valor se quintuplica a USD 7.65, y en Perú su valor asciende a USD 15.30.

En el cuadro siguiente (Tabla 1) se presenta el uso del GLP en función de los estratos socioeconómicos, donde se aprecia que el estrato más pobre usa el GLP mayoritariamente (97.65%) para la preparación de los alimentos en tanto que el más rico para otros propósitos como el negocio (9.23%, vehículo 0.28%, calefón 12.46%).

Tabla 1: Quintiles del uso del GLP en hogares en el Ecuador

Fuente: INEC-ECV

Analizando las cifras del sector petrolero ecuatoriano y específicamente el GLP, se determina que en el 2012 el volumen importado fue de 9.01 millones de Barriles (Bls), la producción nacional fue de 2.67 millones de Bls y el consumo interno de 11.83 millones de Bls. El precio medio de importación fue de USD 71.84 por Bl y el precio medio de venta fue de USD 13.47 por Bl considerando el precio oficial de venta de un cilindro de 15 kg en USD 1.60 (ver Tabla 2).

Tabla 2: Balance económico y energético del GLP en el Ecuador

Fuente: BCE – Cifras del Sector Petrolero Ecuatoriano

Debido a la diferencia de precios, el Estado subsidió en el 2012 el valor de USD 522.3 millones que corresponde a la diferencia entre USD 643.7 millones por concepto de pago en la importación y USD 121.4 millones que el Estado recibió por la venta del GLP.

Analizando las cifras del Censo del 2010 realizado por el Instituto Nacional de Estadísticas y Censos – INEC, se determinó que de 3,810,548 hogares ecuatorianos, el 90.98% usa el GLP como combustible para cocinar, en tanto que el 9.02% usa otros tipos de combustibles (ver Tabla 3).

Tabla 3: Uso del GLP y otros energéticos en los hogares del Ecuador

Fuente: INEC – CENSO DE POBLACIÓN Y VIVIENDA 2010

Con la información de los cuadros anteriores, se puede determinar que el consumo medio y aproximado de GLP de cada uno de los hogares en el Ecuador es de 3.41 Bls al año, equivalente a 447.45 kg o expresado en números de cilindros de 29.83 al año. Este último valor a su vez equivale a 2.49 cilindros mensuales (de 15 kg).

Sin embargo, considerando el uso real del GLP para cocción, en el sentido que el 59% del consumo interno se lo destina para uso doméstico, el consumo promedio de GLP de cada uno de los hogares en el Ecuador es de 2.01 Bls al año, equivalente a 263.99 kg o expresado en números de cilindros de 17.60 al año o 1.47 cilindros mensuales (de 15 kg), valor calificado como real en razón del alto porcentaje de contrabando.

Analizando el consumo de los hogares urbanos del Ecuador, el INEC en el Censo de 2010 determinó que 2,359,523 usan GLP, esto representa el 68.1% del total de los hogares ecuatorianos que usan GLP (ver Tabla 4).

Tabla 4: Uso del GLP y otros energéticos en los hogares urbanos del Ecuador

Fuente: INEC – CENSO DE POBLACIÓN Y VIVIENDA 2010

Equivalente energético electricidad – gas licuado de petróleo (GLP)

La equivalencia entre combustibles comienza con la consideración de los contenidos caloríficos de la electricidad y del gas licuado de petróleo (GLP). Por ejemplo, si la electricidad y el GLP fueran utilizados al 100% de eficiencia, 1 kilogramo de GLP equivale a 13.66 kWh de electricidad.

Tanto la electricidad como el GLP poseen diferentes eficiencias de aprovechamiento, por tanto las comparaciones entre ellos no pueden ser realizadas solamente con el contenido calorífico.

Con la consideración antes mencionada en la Figura 1 se presenta el equivalente de un cilindro de 15 kg de GLP que es el más utilizado en la cocción doméstica.

Figura 1: Equivalente energético entre GLP y electricidad

Fuente: El autor

A continuación se presenta en forma resumida el principio de funcionamiento de la cocina eléctrica de inducción.

La cocina de inducción está constituida básicamente por una bobina de hilos de cobre ancha y plana que es el corazón de la cocina. La corriente eléctrica que circula por esta bobina genera un campo electromagnético de tal intensidad que, al a travesar sobre un material adecuado, como una cazuela de hierro, genera en él un exceso de energía tal que se transforma en calor. El incremento de la temperatura es más rápido que en una cocina eléctrica convencional y el control de la temperatura es instantáneo, como el de apagar una llama de gas.

Los únicos recipientes adecuados para una cocina de inducción son los de hierro fundido. Este material está compuesto de una infinidad de microimanes que responden a los campos magnéticos variables, incluso débiles, reorientando sus cargas eléctricas e incluso moviéndose físicamente si los trozos de hierro son lo bastante pequeños. El intenso campo alterno creado por la bobina de inducción de la cocina provoca reorientaciones continuas de los microimanes del hierro, que se transforman en calor. Ningún otro material (cobre, aluminio o cerámica) responde así al campo, aunque se venden adaptadores que permiten usarlos en este tipo de cocinas, si bien perdiendo de paso buena parte de su eficiencia.

Eficiencia de las cocinas de inducción y de GLP

Un estudio realizado en la Facultad de Ingeniería de la Escuela Politécnica Nacional a través de la realización de una tesis de grado en mayo de 2010 [1], determinaron experimentalmente la eficiencia de las cocinas de inducción y las de GLP.

De esta manera, la cocina de inducción tiene una eficiencia del 80.6% (incertidumbre del ± 1.93%) en tanto que la cocina de GLP del 51.26% (incertidumbre del ± 3.36%).

Rendimiento de la cadena energética para el uso de las cocinas de inducción y de GLP

Analizando la cadena energética que contempla desde la generación hidroeléctrica hasta el uso final de la cocina de inducción se determina que el rendimiento del conjunto, para usar 0.806 kWh en el uso final debe tenerse un potencial hidroeléctrico de 1.424 kWh. Esto representan un rendimiento total del 56.6% (ver Figura 2).

Figura 2: Cadena de eficiencia con central hidroeléctrica

Fuente: El autor

Con el propósito de determinar la eficiencia de la cadena de la generación termoeléctrica en el Ecuador, de la información estadística se obtuvo la energía eléctrica generada por centrales que utilizan combustibles fósiles y biomasa llegando a 9.407 GWh durante el 2011 (ver Tabla 5), esto representó el 43.1% de la producción total.

Tabla 5: Generación termoeléctrica en el Ecuador

Fuente: CONELEC – Estadísticas del Sector Eléctrico Ecuatoriano 2011

Los combustibles fósiles y biomasa usados para la generación termoeléctrica en toneladas equivalentes de petróleo (TEP) durante el 2011 fueron los siguientes (ver Tabla 6):

Tabla 6: Combustibles fósiles y biomasa usados en generación termoeléctrica en el Ecuador

Fuente: CONELEC – Estadísticas del Sector Eléctrico Ecuatoriano 2011

De la información anterior se determina que el rendimiento de las centrales termoeléctricas ecuatorianas desde el punto de vista energético es del 30.4%.

Analizando la cadena energética de termoelectricidad hasta el uso final de energía en cocinas de inducción se determina que el rendimiento total es del 21.8%. En la figura siguiente se detalla el proceso (Figura 3).

Figura 3: Cadena de eficiencia con central termoeléctrica

Fuente: El autor

Analizando la eficiencia energética desde la refinación del GLP hasta el uso final de energía en cocinas de GLP se determina que el rendimiento total es del 42.99%. En la figura siguiente se detalla el proceso (Figura 4).

Figura 4: Cadena de eficiencia con GLP

Fuente: [2] y el autor

La diferencia entre las eficiencias en el uso de la electricidad y del GLP para cocción es muy significativa. Esta diferencia se debe principalmente a la etapa de generación de electricidad que usa como combustibles los derivados del petróleo con una eficiencia de conversión calorífica de aproximadamente el 30.4% para el parque termoeléctrico ecuatoriano.

Sin embargo, asumiendo que la generación de electricidad sea eminentemente hidroeléctrica se determina una eficiencia del 68.91% (generación 95.0%; transmisión y distribución 90.0%; y, cocinas de inducción 80.6%) hasta el uso final de la energía, en tanto que, la eficiencia para la cadena del GLP es del 42.99%. Esto representa una relación de 1.6 que coincide con la literatura de American Gas Association [3].

Cambio de electricidad por GLP como energético de cocción

La implementación de programas de uso eficiente de energía requiere conocer las necesidades de los consumidores para gestionar en forma razonable la manera de satisfacer tales necesidades en términos de costos. Así mismo es necesario capacitar a los consumidores energéticos la adopción de las nuevas tecnologías o el uso de los energéticos alternativos.

La utilización de la energía eléctrica en forma más eficiente podría disminuir la dependencia de las importaciones de los combustibles como el GLP. El costo de aumentar esta eficiencia debe ser considerada en el balance de las estrategias.

6.1. ASPECTOS SOBRE LA DEMANDA DE ENERGÍA

Considerando que el consumo medio de los hogares ecuatorianos es de 1.47 cilindros de 15 kg al mes y que todos entrarían al programa de uso eficiente de energía, el consumo de electricidad se incrementaría en 7,800.45 GWh al año (la demanda de energía facturada en el 2012 fue de 16,090.02 GWh al año), lo que representa el crecimiento del 48.5%.

Por otro lado, considerando que el consumo medio de los hogares urbanos ecuatorianos es de 1.47 cilindros de 15 kg al mes y que todos entrarían al programa de uso eficiente de energía, aplicando la mejora en el rendimiento (de 42.99% a 68.91%) y el equivalente energético, cada uno de los hogares urbanos incrementaría su consumo eléctrico en 187.51 kWh por mes o 5,309.13 GWh al año a nivel de país lo que representa el crecimiento del 33.0%.

Los costos de la energía eléctrica para las empresas eléctricas distribuidoras, según estudio del CONELEC, tiene un valor de 8.265 cUSD/kWh (sin tasas e impuestos para el 2012); por tanto, cada uno de los hogares insertos en el programa de uso eficiente de energía pagará mensualmente USD 15.50 adicionales por el consumo de electricidad (valor equivalente a 1.47 cilindros de 15 kg).

Escenario 1

Se elimina el subsidio al GLP (precio del cilindro USD 12.00) y no se contempla un subsidio a la electricidad, el usuario con una cocina de inducción pagaría el 11.9% más bajo que con una cocina de GLP (relación de pago mensual entre USD 15.50 y USD 17.60).

Escenario 2

Baja el precio de la electricidad por la puesta en operación de las nuevas centrales hidroeléctricas en construcción, el pago adicional a realizar por un hogar ecuatoriano inserto en el programa de uso eficiente será de USD 9.87 por mes (sin tasas e impuestos), lo que representa el 43.9% más bajo que el uso del GLP (USD 17.60 sin subsidio).

El estudio de costos realizado por el CONELEC determinó que el costo de la energía eléctrica para el 2012 fue de 8.265 cUSD/kWh y el precio medio de venta de 7.746 cUSD/kWh, lo que significa que el déficit tarifario es de 0.519 cUSD/kWh equivalente a USD 81.63 millones en el año 2012.

No obstante, debe tomarse en cuenta que actualmente el cilindro tiene subsidio y su precio al público es de USD 1.60. Los hogares ecuatorianos siempre tomarán como referencia este valor, razón por la cual debe considerarse un subsidio al GLP dirigido a los sectores socioeconómicos más desfavorecidos económicamente.

Funcionarios del CONELEC han manifestado la idea de subsidiar 100 kWh mensuales a los hogares que usen las cocinas de inducción, esta cantidad de energía representa aproximadamente el 53.3% del consumo mensual de un hogar (187.51 kWh por mes).

El programa será efectivo cuando el servicio energético con electricidad pueda ser abastecido con menor costo que el costo real del cilindro de GLP (en caso de eliminarse el subsidio).

6.2. ASPECTOS SOBRE LA DEMANDA DE POTENCIA

Usando la información de la referencia [2] se determina que la demanda máxima de cada una de las cocinas de inducción sería de 1.81 kW para la preparación de los alimentos (desayuno, almuerzo o merienda). La capacidad instalada de la cocina de inducción es de 4.8 kW.

Asumiendo la probabilidad de simultaneidad en el uso de las cocinas de inducción del 69.9% para la preparación del desayuno, del 77.7% para el almuerzo y del 88.2% para la merienda, el valor unitario de demanda máxima sería el siguiente: 1.26 kW; 1.40 kW: y, 1.59 kW, respectivamente. De esta manera el crecimiento de la demanda del sistema eléctrico ecuatoriano entre las 06h00 a 08h00 sería de 2,979 MW, entre las 11h00 a 13h00 de 3,311 MW y entre las 18h00 a 20h00 de 3,759 MW, esto en caso de implementación del programa dirigido exclusivamente al sector urbano.

El incremento en la demanda de 3,759 MW representa el 117.1% en relación a la demanda máxima registrada en diciembre de 2012 (3,209.2 MW)

Tomando valores de los estudios de costos marginales a largo plazo, el valor para la transmisión y distribución es de USD 148.50 por kW-año o USD 1,164.71 por kW en el tiempo de la vida útil, esto significa que deberán realizarse inversiones por USD 4,378.13 millones en estas etapas funcionales para suplir la nueva demanda por la aplicación del programa de uso eficiente de energía.

Ahorros para el Estado ecuatoriano

De la información anteriormente presentada se determina que el subsidio del Estado al uso del GLP en el 2012 fue de USD 522.3 millones y el subsidio por déficit tarifario de USD 81.63 millones lo que suma USD 603.9 millones.

En caso de eliminarse el subsidio al GLP, implementarse el programa de uso eficiente en el sector urbano, el Estado deberá reconocer por concepto de déficit tarifario el valor de USD 109.2 millones, es decir se habrá ahorrado el valor de USD 494.7 millones al año.

En caso que se otorgue el subsidio total a los 100 kWh de los hogares insertos en el programa, el Estado deberá reconocer por este concepto el valor de USD 234.0 millones que sumado al déficit tarifario de USD 109.2 millones resulta el valor total de USD 343.2 millones. Existiendo un ahorro para el Estado de 260.7 millones al año.

Conclusiones

De lo anterior se desprende que al eliminar el subsidio al GLP y tratar de implementar un programa de sustitución de este combustible por electricidad, necesariamente deberá haber un subsidio directo a la electricidad especialmente al quintil más pobre de los hogares urbanos ecuatorianos.

El cambio a cocinas de inducción en todos los hogares ecuatorianos hará crecer la demanda de energía facturada en 7,800.45 GWh al año. Considerando los hogares urbanos, el crecimiento de la demanda de energía será de 5,309.13 GWh al año lo que representaría un crecimiento del 33.0% (valor comparable con la producción del proyecto Coca Codo Sinclair estimada en 10,000 GWh/año y 1,500 MW de capacidad). Mientras que la demanda de potencia por la implementación del programa en el sector urbano tendría un crecimiento de 3,759 MW equivalente al 117.1%.

El sector de la transmisión y distribución requiere una inversión aproximada de USD 4,378.13 millones para poder suplir el incremento de la demanda producida por el programa de las cocinas eléctricas de inducción.

De lo expuesto se estima que el proyecto de cambio de cocinas de inducción estará dirigido a ciertos segmentos o estratos de la población ecuatoriana sin que se conozca mayores detalles al respecto por parte de los organismos rectores del sector energético.

El uso de las cocinas de inducción tiene su mayor impacto en los "picos" de la curva de carga dado que las horas de cocción coinciden con la misma, perjudicando al factor de carga y al óptimo operacional del sistema eléctrico de potencia.

Con los antecedentes citados es necesario direccionar adecuadamente las políticas para la aplicación del programa ya que los ahorros para el Estado por la eliminación del subsidio al GLP, pueden significar grandes inversiones en el sector eléctrico para suplir el crecimiento de la demanda de potencia y energía.

Bibliografía

[1] PEÑA IDROVO, Adrián, Tesis Estudio Técnico-Comparativo para la Introducción de Cocinas Eléctricas de Inducción Magnética en el Ecuador, Escuela Politécnica Nacional, Quito, mayo de 2010.

[2] HERRERA HERRERA, Alfonso, Tesis Gerenciamento da Demanda Mediante Substituição Energética na Cocção Residencial, Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidades de São Paulo, São Paulo, 1996.

[3] http://www.asge-national.org/Content/Library/Flue_Gas_Analysis.pdf

[4] CONSEJO NACIONAL DE ELECTRICIDAD, Análisis de Costos para Empresas Eléctricas Sujetas a Regulación de Precios, CONELEC, Quito, 2012.

Autor:

Jorge Patricio Muñoz Vizhñay

Loja, marzo de 2013