Desarrollo de una Metodología Basada en Lógica Difusa para Evaluar la Sustentabilidad de Tecnologías de Generación Eléctrica Cecilia Martín del Campo,

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1 Desarrollo de una Metodología Basada en Lógica Difusa para Evaluar la Sustentabilidad de Tecnologías de Generación Eléctrica Cecilia Martín del Campo, Juan Luis François. Universidad Nacional Autónoma de México Latin American Section of the American Nuclear Society 2005 Annual Symposium. Rio de Janeiro, Brazil

2 RESUMEN Se presenta una metodología para evaluar la sustentabilidad de las fuentes de generación eléctrica. Se aplicó una matriz de indicadores de sustentabilidad que considera principios y criterios de sustentabilidad. A cada criterio se asocia un indicador de sustentabilidad. Se desarrolla de una metodología para calificar globalmente la sustentabilidad de cada opción de generación eléctrica, combinando todos los indicadores de sustentabilidad. La metodología utiliza Lógica Difusa para construir la Función de Calificación Global de Sustentabilidad dependiente de todos los indicadores. Resultados: la energía nuclear, junto con la eólica, representan las opciones más sustentables.

3 INTRODUCCIÓN El desarrollo sustentable fue definido en 1987 en el informe Brundtland como “Un desarrollo que satisface las necesidades de las generaciones presentes sin comprometer la capacidad de futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades". Consenso internacional de la necesidad de buscar el desarrollo social y tecnológico de cada nación bajo el principio de la sustentabilidad para reducir el riesgo de la destrucción de la humanidad sobre la Tierra. La elección de las diferentes fuentes energéticas para la generación eléctrica se ha convertido en una tarea de planeación estratégica para el desarrollo sustentable de cada nación. Tarea realmente complicada ya que existe una gran diversidad de fuentes de generación eléctrica con una amplia gama de calificaciones sobre sus diferentes cualidades.

4 INTRODUCCIÓN (Cont.) De manera ilustrativa, refiriéndonos a las fuentes de energía para la generación eléctrica podemos distinguir al menos 30 características que influyen en la calificación de sustentabilidad de la fuente energética. 1.renovables - no renovables; 2.muy abundantes - muy escasas; 3.muy limpias - muy contaminantes; 4.muy maduras - en desarrollo incipiente; 5.que han madurado velozmente – que han madurado lentamente; 6.con producción intermitente - con producción planeada y confiable; 7.muy concentradas - muy dispersas o difusas; ……… 30.pueden servir tanto para generar energía como para deshacerse de materiales de desecho que de otro modo tendrían que ser degradados por mecanismos naturales lentos – producen desechos al generar energía.

5 INTRODUCCIÓN (Cont.) No existe ninguna fuente de generación eléctrica que sea la mejor, en todas las características, sobre todas las otras fuentes. Tampoco existe alguna fuente que sea la peor en todos las características. La selección de la fuente de energía o la combinación de fuentes de energía que pueden conducir a una nación hacia el desarrollo sustentable depende de muchas variables con dimensiones diferentes y con órdenes de magnitud muy diferentes. Algunas variables son cualitativas y muy difíciles de evaluar de manera objetiva. Es necesario elaborar una metodología simple pero lo más completa posible. Lo más sencillo es definir indicadores de sustentabilidad que califiquen las diferentes características de las fuentes energéticas. Utilizar una herramienta que permita obtener una calificación global de sustentabilidad a partir del conjunto de indicadores de sustentabilidad.

6 INTRODUCCIÓN (Cont.) La herramienta que se ha seleccionado es la Lógica Difusa. Se construyó un Sistema de Inferencia Difuso cuya salida es la Función de Calificación Global de Sustentabilidad dependiente de la combinación de todos los indicadores de sustentabilidad considerados. Se utilizó la herramienta de Lógica Difusa del programa Matlab. Se escribió un programa en lenguaje C que tiene como entradas el archivo que contiene codificada la Función de Calificación Global de Sustentabilidad, y el archivo que contiene los valores de los indicadores de cada fuente de energía considerada. La salida es la lista de valores numéricos de la Calificación Global de Sustentabilidad para cada fuente de energía. Finalmente se hace una aplicación.

7 MATRIZ DE INDICADORES DE SUSTENTABILIDAD

8 VALORES DE INDICADORES DE SUSTENTABILIDAD Y REFERENCIAS

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13 CALIFICACIÓN GLOBAL DE SUSTENTABILIDAD SISTEMA DE INFERENCIA DIFUSO Interfaz de fusificación. Transforma las variables de entrada en variables difusas. Para esta interfaz se deben tener definidos los rangos de variación de las variables de entrada y los conjuntos difusos asociados con sus respectivas funciones de pertenencia. Base de conocimientos. Contiene las reglas lingüísticas del control y la información referente a las funciones de pertenencia de los conjuntos difusos. Motor de inferencia. Realiza la tarea de calcular las variables de salida a partir de las variables de entrada, mediante las reglas del controlador y la inferencia difusa, entregando conjuntos difusos de salida. Interfaz de defusificación. Obtiene una salida global difusa a partir de la agregación de las salidas difusas y realiza la desfusificación.

14 SISTEMA DE INFERENCIA BASADO EN LÓGICA DIFUSA Indicadores 1, 2, …..14 Sustentabilidad Global

15 Conjuntos difusos “Excelente”, “Bueno” y “Malo” para las variables de entrada 1 (Disponibilidad de reservas) y 10 (Costo Interno) Implicación de las variables 1 y 10 sobre la Sustentabilidad Global al aplicar las reglas.

16 REGLAS DE INFERENCIA 1.Si “Entrada 1”es AND “Entrada 2”es AND ……“Entrada 14” es Entonces “Salida” es (W) 2.Si “Entrada 1”es AND “Entrada 2”es AND ……“Entrada 14” es Entonces “Salida” es (W) 3.Si “Entrada 1”es AND “Entrada 2”es AND ……“Entrada 14” es Entonces “Salida” es (W) 4.Si “Entrada 1”es Entonces “Salida” es (W) 5.Si “Entrada 1”es Entonces “Salida” es (W) 6.Si “Entrada 1”es Entonces “Salida” es (W).... 44.Si “Entrada 14”es Entonces “Salida” es (W) 45.Si “Entrada 14”es Entonces “Salida” es (W) 46.Si “Entrada 14”es Entonces “Salida” es (W) Notas: Se utilizó el Producto Cartesiano para el operador AND. El peso relativo W de las reglas puede ser cambiado al usar valores entre 0 y 1.

17 RESULTADOS: CALIFICACIÓN GLOBAL DE SUSTENTABILIADAD (base10) Caso con peso W=1 en todas las reglas en las que intervienen los costos Internos y/o Externos, y el peso W=0.5 al resto de las reglas. Con esto se les da mayor importancia a los indicadores que tienen que ver directamente con costos económicos. Para la agregación de salidas difusas se utilizó el operador Sumatoria. Para la desfusificación se utilizó el método Centroide.

18 COMENTARIOS Y CONCLUSIONES Se mostró potencial de la Lógica Difusa para calificar los sistemas energéticos en los cuales se tiene una gran competencia entre sus diversas cualidades y más bien se espera que sean calificados por la combinación de sus cualidades. La gran ventaja que tiene la metodología basada en Lógica Difusa, es que se pueden manejar un número ilimitado de indicadores expresados en cualquier unidad de medida (volumen, masa, superficie, moneda, años, etc.). Como cualquier otra metodología, es fuertemente dependiente de la exactitud con que los indicadores hayan sido calculados o determinados. La metodología que se desarrolló es fácil de manejar, de visualizar y puede servir para realizar múltiples análisis de sensibilidad ante diferentes cambios en los valores de los indicadores de sustentabilidad.

19 COMENTARIOS Y CONCLUSIONES La sustentabilidad de las opciones nuclear y eólica es prácticamente la misma, mientras que para las otras energías se aprecian valores inferiores, siendo la carboeléctrica la menos sustentable. La sustentabilidad de la energía nuclear es comparable a la de la energía eólica, sin embargo la segunda es altamente preferida por el público sobre la primera. Pero no debe olvidarse que la energía eólica es intermitente y fuertemente dependiente del potencial eólico geográfico. En cambio, actualmente la energía nuclear representa una opción sustentable que se pueda utilizar a gran escala como energía de base con alta confiabilidad en cuanto a su suministro.