Relational analysis of energy systems: Theory and applications

Abstract

Esta tesis presenta un marco teórico novedoso para el análisis energético biofísico de los sistemas socio-ecológicos basado ​​en la teoría de la complejidad. A través de la implementación de MuSIASEM y el análisis relacional, genera información útil para la discusión de políticas en un mundo complejo donde es necesario comprender la sostenibilidad. Además, es útil para impugnar agendas al integrar información no equivalente. Con la integración de la perspectiva funcional y estructural de los sistemas complejos, preguntas como dónde, cómo, por qué y qué son abordadas. Este marco se expone con algunos ejemplos principalmente en el contexto de la Reforma Energética Mexicana. Se puede encontrar que todos los ejemplos cubren una amplia diversidad de sistemas energéticos: biomasa, petróleo y gas, electricidad, y también se argumenta por qué este marco es necesario en comparación con las metodologías más populares en la era contemporánea. Se evita la reducción de la sostenibilidad en simples proporciones. Esta tesis abarca la complejidad al analizar las relaciones no lineales entre los diferentes sistemas socio-ecológicos con el entorno y dentro de ellos mismos. Cómo estas relaciones afectan los diferentes resultados y debido a esto, la anticipación, que es necesaria al hacer planes para los sistemas en disputa. El Primer Capítulo presenta una aplicación del Análisis Relacional y MuSIASEM al metabolismo de una aldea. Esta aldea se encuentra en la transición de la biomasa al combustible fósil, y por lo tanto implica muchos ajustes sobre los elementos funcionales y estructurales de la aldea, debido al cambio de la subsistencia a una aldea basada en el mercado. Dentro del marco analítico elegido, este cambio puede estar relacionado con el cambio del tipo de combustible y los cambios en las prácticas sociales dentro de la economía. El Segundo Capítulo presenta una aplicación del Análisis Relacional y MuSIASEM al sector de petróleo y gas de México; El análisis se utiliza para comentar sobre la actual Reforma Energética en México. Este capítulo trae un análisis biofísico del sector de petróleo y gas en México. Al observar el patrón actual de producción de petróleo y gas en México, se discute si México debería permanecer con el mismo patrón o cambiarlo. También muestra la importancia de complementar el análisis económico con otros tipos de análisis que abordan temas como la soberanía energética, el impacto ambiental y la ubicación geográfica de las actividades económicas. El tercer capítulo presenta una aplicación del análisis relacional y MuSIASEM a la producción de electricidad en México. El análisis de las relaciones entre elementos estructurales y funcionales permite estudiar el nexo entre tierra, energía y emisiones. En particular, aclara las restricciones espaciales que pueden asociarse con la expansión de fuentes alternativas de electricidad. En el pasado, nos emancipamos de la necesidad de utilizar mucha superficie terrestre con fines energéticos mediante el uso de combustibles fósiles. ¿Pero qué tan fuerte es esta emancipación cuando se depende de la electricidad intermitente (eólica y fotovoltaica)? Para responder a esta pregunta, debemos abordar la creciente demanda de importación de gas natural como respaldo de las fuentes de electricidad intermitentes y el posible efecto de rebote de esta solución, si el patrón de consumo sigue siendo el mismo. En el Cuarto Capítulo, demuestro cómo se puede usar la perspectiva funcional para introducir un enfoque novedoso para el análisis de los sistemas energéticos. Esta aplicación muestra la debilidad de las evaluaciones basadas en proporciones (EROEI, por ejemplo) si queremos abordar la complejidad asociada con la sostenibilidad. Las simplificaciones radicales de los indicadores de rendimiento energético (definiciones simplistas de energía) pueden ser útiles para aquellos interesados ​​en "tecno-composturas" pero no para comprender el funcionamiento del sistema. Por esta razón, un análisis sistémico de las relaciones estructurales y funcionales debe incorporarse en el análisis energético si queremos hacerlo útil para la comprensión de la interacción de los sistemas socio-ecológicos.

This thesis presents a novel framework for the biophysical energetic analysis of social-ecological systems based on complexity theory. Through the implementation of MuSIASEM and Relational Analysis, it generates information useful for policy discussion in a complex world where understanding sustainability is necessary. Also, it is useful for contesting agendas at integrating non-equivalent information. With the integration of the functional and structural perspective of complex systems, questions like where, how, why and what are addressed. This framework is demonstrated with some examples mainly in the Mexican Energy Reform context. You can find that al examples cover a broad diversity of energetic systems: biomass, oil and gas, electricity, and it also is argued why this framework is necessary compared to the most popular methodologies in the contemporary era. Reducing sustainability into some ratios is avoided. This thesis embraces complexity by analyzing the non-linear relations among the different social-ecological systems with the environment and within themselves. How these relations affect different outcomes and by these the anticipation which is necessary to understand when making plans for the systems under dispute. The First Chapter presents an application of the Relational Analysis and MuSIASEM to the metabolism of a village. This village is in the transition from biomass to fossil fuel, and thus implies many adjustments over functional and structural elements in the village, due to the change from subsistence into a market-based village. Within the chosen analytical framework this change can be related to the change of type of fuel and changes in social practices within the economy. The Second Chapter presents an application of the Relational Analysis and MuSIASEM to the oil and gas sector of Mexico; the analysis is used to comment on the current Energy Reform in Mexico. This chapter brings a biophysical analysis of the oil & gas sector of Mexico. Looking at the current pattern of oil and gas production in Mexico it discusses whether Mexico should remain with the same pattern or change it. It also shows the importance of complementing the economic analysis with other types of analysis dealing with issues such as energy sovereignty, environmental impact and geographic location of economic activities. In short, it shows the importance of complementing reductionist analysis when planning. Third Chapter presents an application of the Relational Analysis and MuSIASEM to the electricity production in Mexico. The analysis of the relations between structural and functional elements allow studying the nexus between land, energy, and emissions. In particular, it elucidates the spatial constraints that can be associated with the expansion of alternative sources of electricity. In the past, we emancipated from the need of using a lot of land for energy purposes by using fossil fuels. But how strong is this emancipation when relying on intermittent electricity (wind and PV)? To answer this question, we have to address the increasing demand for importation of natural gas as a back-up of the intermittent sources of electricity, and the potential rebound effect of this solution, if the pattern of consumption remains the same. In the Fourth Chapter I demonstrate how the functional perspective can be used to introduce a novel approach to energy system analysis This application shows the weakness of assessments based on ratios (EROEI for example) if we want to address the complexity associated with sustainability. Radical simplifications of indicators of energy performance (simplistic definitions of energy) can be useful for those interested in “technofixes” but not for understanding the functioning of the system. For this reason, a systemic analysis of structural and functional relations should be incorporated in the energy analysis if we want to make it useful for the understanding of the interaction of socioecological systems.