Ponencia presentada en: VI Congreso Internacional de la Asociación Española de Climatología celebrado en Tarragona del 8 al 11 de octubre de 2008.[ES]El índice de grados-día de calentamiento y el índice de grados-día de enfriamiento dan una
estimación básica de la demanda doméstica de electricidad. En este trabajo se calcula la
evolución de dichos índices para España en el período 1970-2004. Se estudia la incidencia que
la evolución de la población puede tener en estos índices y se comparan los valores obtenidos
para la región mediterránea con los calculados para todo el territorio nacional.[EN]The heating degrees-day index and the cooling degrees-day index are climatic indices that
estimate the energy demand of the homes. In this work, we estimate both indices for Spain and
the period 1970-2004. We study the impact that the population evolution (increase and
redistribution) has on those indices, and we compare the indices computed for the
mediterranean region only with those obtained for the whole Spain

López Brea, M. Carmen

Ortiz Bevia, María J.

Pérez González, Irene

Spanish

Ortiz Bevia, María José

Agencia Estatal de Meteorología

 EVOLUCION DE LA DEMANDA ENERGETICA EN LA ESPAÑA MEDITERRANEA, BASADA EN EL INDICE DE GRADOS-DIA DE CALENTAMIENTO ENFRIAMIENTO        María J. ORTIZ BEVIA1,, M. Carmen LOPEZ BREA , Irene PEREZ GONZALEZ 1    Grupo de Física del Clima, Depto de Física, Universidad de Alcalá mjose.ortiz@uah.es.   RESUMEN El índice de grados-día de calentamiento y el índice de grados-día de enfriamiento dan una estimación básica de la demanda doméstica de electricidad. En este trabajo se calcula la evolución de dichos índices para España en el período 1970-2004. Se estudia la incidencia que la evolución de la población puede tener en estos  índices y se comparan los valores obtenidos para la región mediterránea con los calculados para todo el territorio nacional.   Palabras clave: Índices climáticos, grados-día de calentamiento, grados-día de enfriamiento, población, diferencias regionales.   ABSTRACT The  heating degrees-day index and the cooling degrees-day index are climatic indices that estimate the energy demand of the homes. In this work, we estimate both indices for Spain and the period 1970-2004. We study the impact that the population evolution (increase and redistribution) has on those indices, and we compare the indices computed for the mediterranean region only with those obtained for the whole Spain.  Key words: Climatic indexes, heating degrees-day, cooling degrees-day, poplation, regional-differences.   1. INTRODUCCION  La influencia de las variables meteorológicas en  la demanda energética está bien establecida. De hecho, a medio plazo, ya existen pronósticos para esta demanda a partir de conjuntos de predicciones meteorológicas (Taylor y Buizza 2003). A más largo plazo, la metodología para evaluar la respuesta de la demanda energética al cambio climático está siendo  desarrollada (D' Amato et al 2005).  La demanda energética doméstica está muy condicionada por las necesidades de acondicionamiento (calentamiento o enfriamiento) de los hogares. La variable que controla esencialmente estas necesidades de calentamiento o enfriamiento es la temperatura diaria, mientras que otras variables físicas relacionadas con el tiempo (humedad, insolación, viento, etc.) juegan un papel menor (Engle et al 1992).Por ello es razonable tomar un índice climático basado en la temperatura como estimación de la demanda energética.   M. J. ORTIZ BEVIA, M. C. LOPEZ BREA , I. PEREZ GONZALEZ   674 En la  estimación  a partir de observaciones meteorológicas de un índice de temperatura representativo de la demanda energética se  separan las dos funciones de acondicionamiento en dos índices, el índice de grados-día de calentamiento y el índice de grados-día de enfriamiento (Le Comte y Warren 1981, Quayle y Díaz 1980): En un caso se considera sólo el defecto de grados de temperatura con respecto a una temperatura de confort, y en el otro caso, sólo el exceso. En la determinación de esta temperatura de confort es posible introducir efectos no lineales, de acuerdo con la demanda energética (Valor et al 2001), aunque de forma simplista, se puede tomar igual a 18º C. El trabajo de Valor et al 2001 es pionero en el estudio de la relación entre demanda energética doméstica y los índices de grados-día de calentamiento o enfriamiento. Este estudio utiliza datos de cuatro estaciones (Madrid, Valencia, Sevilla y Bilbao) que corresponden a cuatro climatologías fundamentales de España y también a áreas muy pobladas. El estudio abarca el periodo 1983-1999, para el que los datos de la demanda eléctrica del proyecto OMEL de Red Eléctrica Española estaban disponibles, y los datos de la población se calculan como un promedio a los vaores del censo de ese periodo.   Las observaciones  de la demanda energética doméstica no están disponibles más que como promedio nacional (es decir no suele estar desglosada por regiones, ..etc). Por lo tanto en esta demanda intervienen factores socioeconómicos, además de los puramente climáticos, como la demografía. La necesidad de calibrar de acuerdo con datos reales de demanda energética ha llevado a introducir factores tales como el ratio de población como pesos en la construcción de los indices climáticos que dan cuenta de la demanda energética. Sin embargo gracias a esta introducción tenemos un índice representativo de la  sostenibilidad de las demandas energéticas en una situación determinada.    En este trabajo no sólo se tiene en cuenta el impacto de la evolución demográfica, sino que también se estudian posibles diferencias regionales. La utilización de datos regionales es necesaria,  debido la existencia de diferencias regionales en el impacto del cambio climático  en la Península, y también a diferencias regionales en las infraestructuras de suministro eléctrico (D'Amato et al, 2005)   2. CAMPOS  DE DATOS  Y METODOLOGIA UTILIZADA.  Los índices de temperatura se han calculado a partir de las medias diaria de esta variable, obtenidas a partir de los valores máximos y mínimos diarios en 30 estaciones   meteorológicas seleccionadas, una por provincia, por todo el territorio español. Las observaciones fueron suministradas por el Instituto Nacional de Meteorología  (INM)  español. Se seleccionaron las estaciones que suministraban una cobertura con menos de un 2 % de ausencias en el dato diario, durante el período del reanálísis ERA (1958-2004).  La localización de las estaciones aparece representada en nuestra figura 1.  Para el cálculo de los índices grado-día los valores diarios ausentes  se rellenaron por un procedimiento de interpolación basado en la descomposición en valores singulares (SVD) de la matriz regional de correlación.    Para el cálculo de los ratios de población que intervienen en los grados-día se tuvieron en cuenta los datos censales publicados por el Instituto Nacional de Estadística (INE) español.  EVOLUCION DE LA DEMANDA ENERGETICA EN LA ESPAÑA MEDITERRANEA, BASADA EN      A partir de estos datos se calculan los índices grados-día de calentamiento o enfriamiento. Para cada estación j y cada año i se calcula un índice de calentamiento  Hij  como                                                Hij= ∑k(Tc-Tkij) H( Tc-Tkij )  donde Tkij es la  media  diaria  del  día k  del año i  en la estación j, y Tc es una temperatura de  confort , en la que se estima que la demanda energética es despreciable. Esta temperatura se toma en el presente trabajo como Tc=18 C.  H(s) es la función escalón, que vale 1 para valores s>0, y  0 para s<0.  La ∑k promedia a todos los días de los meses comprendidos entre Agosto (mes 8) del año (i-1) y Julio (mes 7) del año i.   Igualmente, tendremos para el índice de enfriamiento                                               Cij= ∑k(Tklij-Tc) H( Tkij-Tc )  y ahora  la ∑k promedia a todos los días de los meses del año i.  El índice grados-día de calentamiento se calcula como la media ponderada por el ratio de población wij de estos índices calculados a partir de la temperatura.                                                      wij= pij/Pt   donde pij es la población de la provincia j en el año i y Pt es la población total considerada, de forma que el índice de grados-día de calentamiento vendrá dado por                                                         HDDi= ∑j Hij wij  y para los grados-día de enfriamiento tendremos                                                           CDDi= ∑j Cij wij   3. RESULTADOS  En los experimentos cuyos resultados se presentan aquí, los valores Pt de población se fijan a los del primer año de censo incluido. Para  poner de manifiesto la incidencia de la evolución de población se han calculado los grados-día en distintos supuestos. En el primer y tercer supuesto , los ratios de población se calculan de acuerdo con el censo de uno de los años  incluidos, el primero en un caso (1970) y el último en el otro (2004), y se mantienen fijos. En el segundo supuesto los ratios de población se dejan evolucionar  de acuerdo con los datos censales entre 1970 y 2004. El resultado de estos experimentos aparece en la fila superior de la Figura 2. Además  hemos construido unos  índices para la región Mediterránea, que se muestran igualmente  en  la fila inferior de la Figura 2  Los valores obtenidos en el caso realista (línea intermedia) están en buen acuerdo con los calculados por Valor et al 2001, en el período en que ambos estudios se solapan. Observamos en todos los casos una disminución de los grados-día de calentamiento y un aumento de los    M. J. ORTIZ BEVIA, M. C. LOPEZ BREA , I. PEREZ GONZALEZ   676  Fig. 1: Localización de las estaciones utilizadas para el cálculo de los grados-día de calentamiento y grados-día de enfriamiento para España.   Fig. 2: Fila superior izquierda: grados-día de calentamiento . Fila superior  derecha: Grados-día de enfriamiento .Fila inferior izquierda: Grados-día de calentamiento en la zona mediterránea. Fila inferior derecha: Grados-día de enfriamiento en la zona mediterránea. En  todos los casos, la línea fina continua representa grados-días  calculados con el censo fijo a los valores de 1970, la línea gruesa, grados-días calculados con la evolución realista del censo , la línea discontinua  con los valores del censo de 2004. EVOLUCION DE LA DEMANDA ENERGETICA EN LA ESPAÑA MEDITERRANEA, BASADA EN      grados-día de enfriamiento. Esto responde indudablemente a la evolución de las temperaturas en las últimas décadas. Aunque tal efecto ya se apreciaba en el trabajo de Valor et al 2001, aquí es más patente, al haber aumentado la longitud de la serie temporal de dieciséis a treinta y cinco años.   Con el fin de cuantificar este efecto, hemos calculado los coeficientes de las rectas de regresión que ajustan estos datos en todos los casos. Los valores obtenidos para la pendiente  (en grados-día /año ) se reflejan en nuestra tabla 1.     España          -12.3            -5.5           -15.1 Grados-día de calentamiento Region  Med.           -8.9            -2.8            -10.3 España             4.6              9.5              6. Grados-día de enfriamiento Region Med.             2.5               6.              3.  Tabla 1: VALORES DE LA PENDIENTE DE LAS RECTAS DE REGRESIÓN QUE AJUSTAN LOS DATOS DE LA FIGURA 2.  LA PRIMERA COLUMNA ES PARA EL CASO EN QUE SE TOMAN VALORES DE POBLACIÓN COMO EN EL CENSO DE 1970.  LA SEGUNDA COLUMNA CORRESPONDE A VALORES DE POBLACIÓNREALISTA, Y LA TERCERA A VALORES DE POBLACIÓN CON CENSO DE 2004.   Vemos que la disminución de los grados-día de calentamiento y el aumento de los grados-día de enfriamiento es más patente en el dominio completo que en la región mediterránea. También observamos que el efecto es más patente para los grados-día de enfriamiento (tanto en al caso del promedio nacional como en el mediterráneo). La comparación de las columnas nos permite afirmar que esto es debido a las variaciones demográficas, que se oponen al efecto de disminución en el caso de los grados-día de calentamiento y sin embargo se suman al efecto de aumento en el caso de grados-día de enfriamiento.   4. CONCLUSIONES  Los índices de grados-dia de calentamiento y grados-día de enfriamiento son indicadores aceptados de la demanda eléctrica doméstica. En este trabajo se presenta una estimación de dichos índices a partir de datos diarios de temperatura de treinta y dos estaciones distribuidas por el territorio español. Se presenta también una estimación para en el subdominio mediterráneo.    M. J. ORTIZ BEVIA, M. C. LOPEZ BREA , I. PEREZ GONZALEZ   678 En el cálculo de los grados-día las series de observaciones de temperatura se pesan con  los ratios de  población de la región representada por la serie. Esto introduce en el cálculo de los grados-día correcciones demográficas, que por primera vez se tienen aquí en cuenta. Vemos por ejemplo que el aumento de las temperaturas registrado en las series meteorológicas es corregido por  la migración demográfica hacia zonas más templadas, disminuyéndolo. Sin embargo, en el caso de los grados-día de enfriamiento, los desplazamientos de la población  incrementan  la tendencia de aumento  presente en las series meteorológicas.  El aumento de los grados-día de enfriamiento y la disminución de los grados-día de calentamiento señala  un acusado desplazamiento estacional de la demanda eléctrica (que a grandes rasgos ya se ha observado).  La comparación de las tendencias apunta a un aumento de la demanda eléctrica de hasta  un 40 % .    5. AGRADECIMIENTOS  Agradecemos al Instituto Nacional de Meteorología español (en la actualidad Agencia Estatal de Meteorología) la cesión de los datos.   6.-REFERENCIAS  ENGLE R, C. MUSTAFA  Y J. RICE (1992) , Modeling Peak  Electricity Demand ,  J of Forecasting , 11  pp. 241-251. D' AMATO A, M. RUTH, P. KIRSHEN y J. HORWITH (2005) , Regional Energy Demand Responses to Climate Change, Climatic Change,7  pp. 171-201. LECOMTE D. M. y WARREN H.E. (1981) “Modeling the impact of summer temperature on national electricity comsuption”, J. Appl. Meteorol. ,20, pp 1415-1419 . QUAYLE E. y DIAZ  H. (1979). “ Heating degree-day  data applies to residential heating energy comsuption ”. J. Appl. Meteorol, 19, pp. 241-246. VALOR E, MENEU V, CASELLES V (2001). Daily air temperature and electricity load in Spain,  J Appl. Meteor. , 408, 1413-1421. TAYLOR J W y BUIZZA  R  (2003). Using weather ensemble prediction in electricity demand forecasting ,  .Int J. Forecasting , 19, 57-70.   

Evolución de la demanda energética en la España mediterránea, basada en el índice de grados-día de calentamiento enfriamiento

https://repositorio.aemet.es/bitstream/20.500.11765/8682/1/0063_VI-2008-ORTIZ_BEVIA.pdf

Evolución de la demanda energética en la España mediterránea, basada en el índice de grados-día de calentamiento enfriamiento

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