Measuring energy sustainability : a new operational framework based on weak and strong indicators

Abstract

El objetivo de esta tesis es ofrecer un marco operativo para los estudios de sostenibilidad energética capaz de describir las relaciones recíprocas entre el subsistema de energía, la sociedad y el medio ambiente que lo sustenta. Este nuevo marco se basa en un conjunto de indicadores que engloban de forma complementaria los enfoques clásicos de la sostenibilidad, es decir, débiles y fuertes, desde los que tradicionalmente se ha abordado este problema. En resumen, esta tesis quiere ofrecer un marco coherente que ayude a estructurar el objetivo, es decir, avanzar hacia un modelo sostenible, y el proceso de toma de decisiones en el sector energético. Más concretamente, se trata de una propuesta integrada para un análisis de sostenibilidad débil y fuerte basado en indicadores que aborda, por una parte, el reto de crear valor en términos agregados respetando al mismo tiempo el capital natural crítico y, por otra, el reto de asegurar una asignación justa de este valor. La compatibilidad de la propuesta débil-fuerte ha sido probada en una aplicación regional concreta, a saber, el estudio de sostenibilidad de la Costa del Sol española entre 2007 y 2015. El proceso de definición del marco adecuado y de los indicadores adecuados para el análisis de la sostenibilidad energética hace especial hincapié en dos aspectos específicos que son, por un lado, la comprensión del papel de la exergía como indicador fuerte de sostenibilidad y, por otro, el papel de la pobreza energética como variable de equidad que representa la asequibilidad de la energía. Con respecto a la primera, se ha realizado un análisis crítico del potencial de este enfoque exergético para el estudio de la sostenibilidad de los sistemas energéticos, en sus diferentes variantes. Con respecto al segundo, se han revisado críticamente y calculado los principales indicadores de pobreza energética en la literatura para España. Además, se ha propuesto una metodología alternativa para el indicador basado en el Estándar de Ingresos Mínimos (MIS) que corrige algunos de los problemas identificados. Por último, se presenta un estudio de caso que aplica el marco propuesto al sistema energético español. Para ello, se ha desarrollado un modelo computacional multiobjetivo (MASTER.MC) que ha permitido proponer hojas de ruta para la transición hacia un modelo energético más sostenible en España en 2030 y 2050.

This thesis is aimed at offering an operational framework for energy sustainability studies capable of describing the reciprocal relations between the energy subsystem, the society and the environment that supports it. This new framework is based on a set of indicators that encompass in a complementary way the classical approaches to sustainability, i.e. weak and strong, from which this problem has traditionally been addressed. In summary, this thesis wants to offer a consistent framework aimed at helping the structuring of the goal, i.e. moving towards a sustainable model, and the decision-making process in the energy sector. More specifically, this is an integrated proposal for a weak-strong sustainability analysis based on indicators that addresses, on the one hand, the challenge of creating value in aggregated terms while respecting critical natural capital and, on the other hand, the challenge of assuring a fair allocation of this value. The compatibility of the weak-strong proposal has been tested in a concrete regional application, i.e. the sustainability study of the Spanish Costa del Sol between 2007 and 2015. The process of defining the appropriate framework and the suitable indicators for energy sustainability analysis places particular emphasis on two specific aspects, namely understanding the role of exergy as a strong indicator of sustainability and the role of energy poverty as an equity variable representing energy affordability. With respect to the first, a critical analysis of the potential of this exergetic approach to the study of the sustainability of energy systems, in its different variants, has been carried out. With respect to the second, the main indicators of energy poverty in the literature have been critically reviewed and calculated for Spain. In addition, an alternative methodology has been proposed for the indicator based on the Minimum Income Standard (MIS) that corrects some of the issues identified. Finally, a case study applying the proposed framework to the Spanish energy system is presented. To this end, a multi-objective computational model (MASTER.MC) has been developed which has made it possible to propose roadmaps for the transition towards a more sustainable model in Spain in 2030 and 2050.