Consumos de energía eléctrica bajo un contexto de temperaturas extremas e isla de calor en el norte de México

Resumen

Los usuarios de energía eléctrica del norte de México tienen altos consumos con una marcada estacionalidad frente a otras regiones del país, lo que permite modelar la relación entre el consumo de energía eléctrica y las variables climáticas.

Este estudio se aplica para las entidades federativas en México y para la ciudad de Monterrey, Nuevo León, utilizando series del Sistema de Información Energética (SIE) de la Secretaría de Energía (SENER) y del Servicio Meteorológico Nacional (SMN) de la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) entre enero de 2002 y noviembre de 2017. Los indicadores corresponden al consumo mensual nacional de electricidad para cada año, el consumo mensual por usuario, el consumo mensual por usuario por entidad federativa. Se estudia la relación entre el consumo mensual de electricidad por usuario y el promedio mensual de temperatura máxima diaria por entidad federativa.

Para el caso de Monterrey se incluyen para el análisis las siguientes variables: número de usuarios, precio de la electricidad, promedio mensual de temperatura máxima diaria, promedio mensual de temperatura mínima diaria, número de días con temperatura máxima superior a 35 °C por mes y número de días con temperatura mínima superior a 23 °C por mes. La representatividad de los datos de Monterrey y su área conurbada se evaluó calculando la densidad de población a nivel municipal utilizando datos del Censo Nacional de Población y Vivienda del INEGI en 2020.

Inicialmente se realizó un análisis exploratorio de datos, antes de pasar al análisis de regresión que incluye el número de usuarios, el precio y las variables climáticas para comprender su influencia en el consumo de electricidad.

Los resultados nacionales por entidad federativa revelan una variabilidad significativa en el consumo de electricidad en México a lo largo del año, con un pico durante el trimestre de verano. Esta variabilidad interanual tiene una clara estacionalidad y refleja diferencias regionales en los niveles de consumo y variabilidad entre entidades federativas.

La heterogeneidad regional se explica por la influencia de las diferencias geográficas y climáticas: los estados del norte presentan mayor consumo eléctrico y variabilidad interanual, derivado de las altas temperaturas en el período julio a septiembre, época en la que hay un mayor uso de dispositivos eléctricos para mitigar el calor extremo, como ventiladores y equipos de aire acondicionado.

Los resultados para Monterrey muestran que el consumo de electricidad tiene tendencia creciente a lo largo del tiempo, con un marcado aumento en el mes de agosto. El número de usuarios de electricidad y el precio de la electricidad también muestran tendencias crecientes, con fluctuaciones notables en el precio, que reflejan las políticas tarifarias de la Comisión Federal de Electricidad. Las variables climáticas, como la temperatura máxima y mínima diaria, así como el número de días con temperaturas extremas, presentan una clara estacionalidad, con picos durante los meses de verano.

Del análisis de regresión, se observa una fuerte correlación entre las variables climáticas y el consumo mensual de electricidad, con impactos significativos en el consumo por cada unidad adicional de temperatura o día con temperatura extrema. En particular, un grado adicional en el promedio mensual de temperatura máxima diaria añade al consumo mensual de electricidad 23 598 megawatts-hora, equivalente a los requerimientos de electricidad de 47 mil viviendas promedio. Finalmente, se destaca que los efectos del clima, incluyendo el fenómeno de la isla de calor urbana (ICU), pueden tener un impacto en el consumo de electricidad, en el que un incremento de 3 °C en el promedio mensual de temperatura máxima diaria puede significar, en términos de consumo de energía eléctrica, el proporcionar el servicio a medio millón de habitantes adicionales.

Los hallazgos de esta investigación son importantes para la política energética ya que muestran la necesidad de considerar la ubicación de la capacidad de generación y de la infraestructura de transmisión, la elección de tecnologías de generación y la evaluación del potencial de generación distribuida.

Para la planificación urbana, los resultados ofrecen perspectivas para el análisis costo-beneficio de medidas de mitigación de la isla de calor urbana (ICU) que podrían generar ahorros significativos en el consumo de electricidad e impactos positivos en la salud pública, lo que implica beneficios tanto privados como sociales.

Se concluye además que pese al extenso estudio del ICU en México aún persisten desafíos en su medición y en la comprensión de sus múltiples consecuencias, incluyendo, más allá del consumo de electricidad, el consumo de agua y los riesgos para la salud pública. Esto abre una línea de investigación promisoria que aporte a la toma de decisiones y que permita abordar los desafíos asociados al impacto del clima en el consumo de energía eléctrica a nivel nacional, regional y local.