Title: Control de la demanda el
1Control de la demanda eléctrica
Junio 2001
2Contenido
- 1. Antecedentes (SEN)
- 2. Tarifas horarias
- 3. Alternativas de ahorro
- 4. Metodología Conae
- 5. Asistencia Técnica
31. Antecedentes
- A. Sistema Eléctrico Nacional (SEN)
- Áreas, estructura y comportamiento
- B. Programas de DSM
- Razones, objetivos y tipos
4A. Sistema Eléctrico Nacional (SEN)
- En las últimas décadas, el SEN ha evolucionado a
un ritmo acelerado - En 1960 la capacidad instalada de generación en
México era de 3,021 MW , alimentado por sistemas
eléctricos independientes entre sí
5Evolución del SEN (1)
- Utilización de mayores tensiones de transmisión
(230 y 400 kV) - Interconexión de sistemas
- Desarrollo de grandes proyectos hidroeléctricos y
termoeléctricos
6Evolución del SEN (2)
- Aprovechamiento de la energía geotérmica, la
energía nuclear, el carbón y la energía eólica - Se ha incorporado el uso de tarifas con
diferenciación horaria como instrumento para
administrar la demanda eléctrica.
7Áreas del Sistema Eléctrico Nacional
El SEN se divide en nueve áreas
1.- Noroeste 2.- Norte 3.- Noreste 4.-
Occidental 5.- Central
- 6.- Oriental
- 7.- Peninsular
- 8.- Baja California
- 9.- Baja California Sur
Las siete primeras se encuentran interconectadas
entre sí y forman el Sistema Interconectado
Nacional (SIN)
8Áreas del SEN Planeación de capacidad
9Observaciones del SEN (1)
- Las dos áreas de la península de Baja California,
permanecen como sistemas independientes - El sistema eléctrico de Baja California tiene
interconexiones con la red eléctrica de EUA para
importar y exportar
10Observaciones del SEN (2)
- Esto le ha permitido a la CFE, realizar
transacciones internacionales de energía con
varias compañías eléctricas de EUA y recibir
apoyo en situaciones de emergencia - Para 1999 el SEN tenía una capacidad de
generación de 35,667 MW y 425,408 km de líneas de
transmisión en niveles de tensión de 2.4 a 400 kV
11Principales centrales de generación
12Capacidad efectiva por área en (MW) diciembre de
1999
Estructura del SEN por tipo de generación
13Capacidad efectiva al 31-dic-99
14Generación bruta de electricidad en 1999
15- Regionalización tarifaria
Baja California
Norte
Noreste
Noroeste
Baja California Sur
Peninsular
Sur
Central
16Demanda en periodo punta SEN
17Demandas punta Región norte del país
18B. Programas de DSM(Administración del lado de
la Demanda)
- Fenómeno que se presenta en el contexto del
ahorro de energía a nivel mundial - Para las suministradoras, es más barato invertir
en modificar los consumos de los usuarios que en
construir nuevas plantas de generación - La DSM es una actividad plenamente desarrollada
en EUA
19Razones para la DSM (1)
- La DSM se originó fundamentalmente como
resultados de los incrementos en los costos de
generación eléctrica durante el shock petrolero
de 1973 - Impactos en los costos de generación
- Aumento del precio del petróleo (principal costo
de operación) - Aumento del costo del capital (principal costo de
inversión)
20Razones para la DSM (2)
- Estos incrementos de costos fueron reflejados en
las tarifas que se cobran por el servicio - Las preocupaciones ambientales se convirtieron en
una razón complementaria para justificar la DSM
21Razones para la DSM (3)
- Las empresas eléctricas tienen condiciones únicas
para ayudar a usuarios a mejorar la eficiencia en
su uso de la electricidad - Conocen quienes son los usuarios
- Conocen sus hábitos de consumo
- Se comunican con ellos por lo menos una vez al mes
22Objetivos de los programas de DSM
- Eficiencia energética
- Reducción de picos de demanda
- Desplazamiento de picos
- Llenado de valles
23Tipos de programas de DSM
- Información
- Instalación directa
- Incentivos económicos
- Tarifas alternativas
24Tipos de programasde DSM Información
- Folletos
- Maneras de ahorrar energía
- Auditorias energéticas
25Programas de DSM Instalación
- Equipos eficientes en el uso de la electricidad
- Hacer uso de las tecnologías existentes que
contribuyan al ahorro de energía
26Programas de DSMIncentivos económicos
- Subsidios a compra de equipos de alta eficiencia
- Bonificaciones a fabricantes y distribuidores de
estos equipos y/o préstamos de bajo interés
27Programas de DSMTarifas alternativas
- Las tarifas alternativas más comúnmente aplicadas
en programas de DSM son las tarifas horarias
282. Tarifas horarias
- Funciones de las tarifas
- Señal de las tarifas horarias
- Costos marginales
- Tarifa HM
29Tarifas horarias
- CFE diseña tarifas horarias que dan señales
económicas claras a los usuarios (principalmente
industriales) para hacer un uso más racional de
la electricidad - Las tarifas horarias reflejan los costos que para
la CFE representa el proveer electricidad en
horas pico (que es la hora en la cual CFE tiene
que tener el mayor número de plantas en
operación)
30Funciones de las tarifas
- Función Económica
- Señal de costo marginal para influir en el perfil
de la demanda, y promover la eficiencia económica
- Función Financiera
- Generación de recursos para sufragar costos
totales y ampliaciones futuras
- Función Productiva-Social
- Decisiones del Gobierno Federal
- Mecanismo Económico-Redistributivo
- Subsidios a usuarios de menores recursos y/o
sectores productivos
31Señal de las tarifas horarias
- El consumo de energía en las horas base es más
económico que en el periodo punta - El pago por concepto de energía en el periodo
punta es mayor debido a que CFE tiene que operar
sus equipos más caros para el suministro de
energía en este periodo
32 Costos marginales de capacidad
- redes
- transmisión
- subtransmisión
- distribución .
- costo incremental promedio . de largo
plazo
- generación
- turbogás .
- sistema adaptado
33Uso de costos marginales de suministro
- La tarificación de la energía eléctrica basada en
los costos marginales de largo plazo del sistema
eléctrico, da una señal económica a la clientela
que favorece la eficiencia económica global -
- Costos Marginales de Capacidad
- Costos Marginales de Energía
- Reconocen diferencias horarias, regionales y
estacionales
34Diseño de las tarifas
costos marginales energía capacidad
cargos tarifarios energía demanda
35Tarifa HM (horaria media tensión)
- Aplicación
- Esta tarifa se aplicará a los servicios que se
destine la energía a cualquier uso, suministrados
en media tensión, con demanda de 100 kW o más.
36Tendencia de la Tarifa HM
- Con el transcurso del tiempo, va incorporando a
un mayor número de usuarios - noviembre de 1991 1000 kW
- noviembre de 1996 500 kW
- diciembre de 1997 300 kW
- diciembre de 1998 100 kW
37Conceptos de facturación
- Demanda eléctrica por periodos
- Consumo de energía por periodos
- Demanda facturable
- Factor de carga
- Periodos base, intermedio y punta
38Demanda eléctrica por periodos
- Es la demanda máxima medida para cada uno de los
periodos - Demanda base (DB)
- Demanda intermedia (DI)
- Demanda punta (DP)
39 Consumo de energía por periodos
- Es el consumo de energía medido en cada uno de
los periodos - Consumo base (CB)
- Consumo intermedia (CI)
- Consumo punta (CP)
40Demanda facturable
- Definida por la relación de demandas en los
diferentes periodos fórmula - DF DP FRI max(DI - DP,0) FRB max(DB -
DPI,0) - DPI es la demanda máxima de los periodos punta e
intermedio - FRI y FRB son factores de reducción que dependen
de la tarifa y región
41Qué pasa sí? DB lt DP gt DI
- Datos DP 1,000 Región Central
- DI 800 FRI 0.300
- DB 600 FRB 0.150
- DF DP FRI max(DI - DP,0) FRB max(DB -
DPI,0) - DF 1,000 FRI (- 1,000, 0) FRB (- 1,000, 0)
- DF 1,000
- es decir, DF DP
42Qué pasa sí? DB lt DI gt DP
- Datos DP 800 Región Central
- DI 1,000 FRI 0.300
- DB 600 FRB 0.150
- DF DP FRI max(DI - DP,0) FRB max(DB -
DPI,0) - DF 800 0.300 max(1,000 - 800, 0) 0.150
max(600 - 1,000, 0) - DF 800 0.300 (200) 0.150 (0)
- DF 800 60 860
- es decir, DF gt DP, pero DF lt DI
43Qué pasa sí? DIltDBgtDP y DIltDP
- Datos DP 800 Región Central
- DI 600 FRI 0.300
- DB 1,000 FRB 0.150
- DF DP FRI max(DI - DP,0) FRB max(DB -
DPI,0) - DF 800 0.300 max(600 - 800, 0) 0.150
max(1000 - 800, 0) - DF 800 0.300 (0) 0.150 (200)
- DF 800 0 30 830
- es decir, DF gt DP, pero DF lt DB
44Qué pasa sí? DIltDBgtDP y DIgtDP
- Datos DP 600 Región Central
- DI 800 FRI 0.300
- DB 1000 FRB 0.150
- DF DP FRI max(DI - DP,0) FRB max(DB -
DPI,0) - DF 600 0.300 max(800 - 600, 0) 0.150
max(1000 - 800, 0) - DF 600 0.300 (200) 0.150 (200)
- DF 600 60 30 690
- es decir, DF gt DP, pero DF lt DB
Nota La DF es menor que en cualquiera de los
casos anteriores
45Factor de Carga (F.C.)
- Indicador de la forma en que se usa la energía
eléctrica en una instalación - Se puede interpretar como una medida de
aprovechamiento de la energía consumida con
relación a la demanda máxima
46Fórmulas del F.C.
47Efectos al incrementar el F.C.
- Se busca reducir la facturación eléctrica, para
lo cual trataremos de disminuir principalmente DP - Al aumentar el F.C. se obtiene una reducción en
el precio unitario de la energía.
48Periodos tarifarios (1)
- Ejemplo Tarifa HM, Región Noroeste
- Del 16 de mayo, al sábado anterior al último
domingo de octubre
49Periodos tarifarios (2)
- Del último domingo de octubre al 15 de mayo
50Tarifa HM Cuotas aplicables (may/01)
51Factores de reducción
- FRI.- Factor de reducción en el periodo
intermedio - FRB.- Factor de reducción en el periodo base
52Principales cargos en la facturación
- Cargo por demanda facturable
- Cargo por consumo
- Bonificación por alto factor de potencia o cargo
por bajo factor de potencia, según sea el caso - Derecho de alumbrado público (DAP)
- Impuesto (IVA)
533. Alternativas de ahorro
- a) Administración de la energía
- Medidas operacionales
- Medidas tecnológicas
- Normas de eficiencia
- b) Control de la demanda
- Alternativas tecnológicas
- Sistemas de control
54a) Administración de la energía
- Son todas aquellas medidas que permiten optimizar
el uso de la energía, mejorando (o sin afectar)
la operación el proceso o el confort de la
instalación - La aplicación de estas medidas permiten reducir
el consumo de energía, pero no siempre la demanda
eléctrica
55Ejemplo Admón. de la energía
56Sistema de iluminación (1)
- Medidas operacionales
- Apagado de luces cuando no se requieran
- Seccionamiento de circuitos / apagadores
- Adecuar niveles de iluminación
- Uso de tragaluces
- Limpieza de luminarios
- Pintar interiores con colores claros
- Nota Consultar medidas operacionales, indicadas
el el Programa de Ahorro de Energía en Inmuebles
de la Administración pública Federal, página
Conae en Internet
57Sistema de iluminación (2)
- Medidas tecnológicas
- Equipo eficiente
- Lámparas compactas fluorescentes y T8
- Balastros electrónicos
- Reflectores especulares
- Controles automáticos
- Sensores de presencia
- Sensores de luz, etc.
- Nota Consultar Módulo de iluminación
- (página Conae en Internet)
58Sistema de iluminación (3)
- Normas aplicables
- NOM-007-ENER-1995
- Eficiencia energética para sistemas de alumbrado
en edificios no residenciales - NOM-013-ENER-1996
- Eficiencia energética para sistemas de alumbrado
en vialidades y exteriores de edificios - NOM-017-ENER-1997
- Lámparas fluorescentes compactas de uso
residencial - Nota Consultar normas de niveles de iluminación,
NOM-025-STPS-1994 y el Handbook IESNA, capítulo
11 (once)
59Sistema de fuerza motores (1)
- Medidas operacionales
- Equipos
- Evitar equipos sobredimensionados
- Conexiones
- Revisar empalmes y aprietes
- Operación
- Evitar que operen en vacío
- Evitar fugas (bombas y compresores)
- Checar niveles de aceite
- Mantenimiento (limpieza)
60Sistema de fuerza motores (2)
- Medidas tecnológicas
- Equipos
- Motores de alta eficiencia
- Controles
- Variadores de velocidad (bombas y ventiladores)
- Sensores de operación (presión, nivel, etc.)
- Operación
- Corregir el factor de potencia
- Bandas dentadas (transmisión)
- Aceites especiales
61Sistema de fuerza motores (3)
- Normas aplicables
- NOM-001-ENER-1995
- Eficiencia energética de bombas verticales
- NOM-006-ENER-1995
- Eficiencia energética electromecánica en sistemas
de bombeo para pozo profundo - NOM-010-ENER-1996
- Eficiencia energética de bombas sumergibles
- NOM-014-ENER-1996
- Eficiencia energética de motores monofásicos
- NOM-016-ENER-1997
- Eficiencia energética de motores trifásicos
62Sistema de aire acondicionado (1)
- Medidas operacionales
- Diseño
- Ubicación correcta del termostato
- Aislamiento de ductos y tuberías
- Controles
- Ajuste de la temperatura de confort (set point)
- Operación
- Eliminar fugas de aire
- Limpiar filtros de aire
- Mantenimiento continuo
63Sistema de aire acondicionado (2)
- Medidas tecnológicas
- Envolvente
- Aislamiento térmico (techos y paredes)
- Cubrir cristales con películas reflejantes
- Ventanas doble cristal
- Equipos
- Compresores de alta eficiencia
- Operación de chillers en etapas
- Sistemas
- Distribución de aire variable
- Economizador de aire
64Sistema de aire acondicionado (3)
- Normas aplicables
- NOM-073-SCFI-1994
- Eficiencia energética en acondicionadores tipo
cuarto - NOM-009-ENER-1995
- Eficiencia energética en aislamientos térmicos
industriales - NOM-011-ENER-1996
- Eficiencia energética de acondicionadores de aire
tipo central
65b) Control de la demanda
- Son aquellas medidas que tienden a limitar los
niveles de demanda máxima facturable, en razón de
los precios tarifarios - La aplicación de estas medidas permiten reducir
la demanda eléctrica facturable, pero no siempre
el consumo de energía
66Establecer límites de demanda máxima
67Traslado de cargas (1)
- Operar equipos en horarios dónde la energía sea
más económica - Horario base e intermedio
- Evitar operar cargas no necesarias en el proceso
- Anuncios publicitarios
- Bombas para almacenamiento de agua
- Establecer niveles de demanda máxima y mínima
68Traslado de cargas (2)
Evitar o trasladar cargas del periodo punta al
intermedio
69Incremento del factor de carga
- Se pretende aprovechar la energía consumida con
relación a la demanda máxima - Se busca reducir la facturación eléctrica
- Disminuir principalmente DP
- Al aumentar el F.C. se obtiene una reducción en
el precio unitario de la energía
70Incremento del factor de carga
Al incrementar el F.C., evitamos picos excesivos
de demanda
71Cómo se puede incrementar el F.C.? (1)
- 1. Aumentando el consumo de energía
- Se mantiene constante la demanda
- Observaciones
- Los equipos deben operar más horas
- El costo por kWh disminuye, sin embargo,
- La facturación aumenta
72Cómo se puede incrementar el F.C.? (2)
- 2. Disminuyendo la demanda eléctrica
- Se mantiene constante el consumo de energía
- Observaciones
- Se pueden establecer los niveles de demanda
máxima (control de la demanda) - El costo por kWh disminuye, y
- La facturación eléctrica también disminuye
73Métodos para limitar la demanda
- b.1) Alternativas tecnológicas
- Termoalmacenaje
- Autoabastecimiento
- Cogeneración
- b.2) Sistemas de control
- Control manual
- Control automático
74b.1) Alternativas tecnológicas (1)
- Termoalmacenaje
- Es la práctica de utilizar un Chiller o una
planta de refrigeración para fabricar y almacenar
hielo fuera de las horas de demanda punta, para
proveer parcial o totalmente los requerimientos
de enfriamiento en las horas de demanda pico - Se aplica en una amplia gama de sistemas de aire
acondicionado y de enfriamiento para procesos
industriales
75Almacenaje parcial
76Almacenaje total
77b.1) Alternativas tecnológicas (2)
- Autoabastecimiento
- Es la generación de energía eléctrica para las
satisfacciones de las necesidades propias - Los generadores podrán destinar toda o parte de
su producción
78b.1) Alternativas tecnológicas (3)
- Cogeneración
- La producción de energía eléctrica conjuntamente
con vapor u otro tipo de energía térmica
secundaria, o ambas. - La producción directa o indirecta de energía
eléctrica a partir de energía térmica no
aprovechada en los procesos de que se trate, o - La producción directa o indirecta de energía
eléctrica utilizando combustibles producidos en
los procesos de que se trate
79Cogeneración vs. Generaciónde energía eléctrica
convencional
80Sistemas de Cogeneración
81b.2) Sistemas de control
- Control manual
- Controles de encendido y apagado
- Control automático
- Controles programables
- Sistemas de control inteligente
82Control manual
- Se realiza con los propios equipos de
arranque/paro (inversión cero) - La secuencia de paro la realiza el propio
personal (acciones momentáneas) - No se cuenta con monitoreo de la demanda
(incertidumbre de beneficios)
83Control automático (1)
- Controles programables
- Sistema modular que actúa sobre una señal, que
temporalmente desconecta cargas eléctricas
predeterminadas - Manejan niveles de prioridad para distintos
horarios y fechas
84Control automático (2)
- Sistemas de control inteligente
- Sistema que integra a un conjunto de módulos
- Provee el control sobre procesos para que sean
seguros, confiables, precisos y eficientes, lo
cual es posible monitoreando y controlando los
sistemas mecánicos y eléctricos - Pueden incorporarse otras opciones, como señales
de falla de equipos, niveles de confort por
horario y clima exterior, etc.
85Sistema de control inteligente
86Estrategias de Control
- Tiempos y horarios
- Horarios calendario
- Días festivos
- Ciclos de carga
- Monitoreo de la demanda
- Límite de demanda
87Programación del controlador
- Definir el punto de referencia sobre el cual se
basarán sus funciones - El punto de referencia se determina conjuntamente
con el personal de producción, mantenimiento e
ingeniería - Durante la operación del sistema se establecen
los rangos de ajuste (arriba y abajo),
dependiendo de las cargas seleccionadas y la
flexibilidad del proceso
88Operación del controlador
89Métodos de operación de un controlador
- Método de carga instantánea
- Método de la demanda acumulada
- Proyección de la curva de demanda
90Método de carga instantánea
- La potencia demandada se mide continuamente y se
compara con el punto de referencia - Se recomienda en instalaciones con régimen de
operación continua - El nivel de operación normal esta muy cerca del
punto de referencia superior preseleccionado - Desventaja cada vez que entra alguna nueva
carga, el controlador actúa poniendo fuera alguna
otra carga
91Método de carga instantánea
92Método de la demanda acumulada
- Esta basada en la relación de la demanda
acumulada y los límites de alta y baja demanda
permisible - Por lo tanto, las líneas de referencia (superior
e inferior) no son horizontales, sino inclinadas - La línea de referencia superior corresponde a la
demanda acumulada máxima permisible en un momento
dado
93Método de la demanda acumulada
94Proyección de la demanda
- Predicción del valor de la demanda en un tiempo
t1 de manera que el controlador se anticipa al
momento de rebasar el punto de referencia - Al tomar acciones anticipadas, se asegura
prácticamente que en ningún momento se rebase el
límite superior de referencia - Se recomienda en instalaciones donde las
características del proceso presentan variaciones
continuas en el nivel de demanda
95Proyección de la demanda
964. Metodología Conaepara el control de la demanda
- Aspectos relevantes
- Objetivos
- Campo de aplicación
- Actividades para realizar un estudio
- Requerimientos de uso
- Análisis de información
- Potenciales de ahorro
- Informe final
97Aspectos relevantes
- Se plantea como una alternativa de ahorro, en
sistemas ya eficientes - Se requiere de un alto conocimiento del proceso
productivo y su capacidad de flexibilidad - Demanda un mayor conocimiento sobre los consumos
horarios, particulares y totales (mediciones) - Conocimiento claro sobre costos de producción,
energía y su balance
98Objetivos
- Determinar los potenciales de ahorro al aplicar
medidas de control, manual o automático, que
modifiquen los patrones de consumo y/o demanda
eléctrica en periodo punta - Estimar los posibles potenciales de ahorro al
aplicar medidas de administración de la energía,
a través de índices energéticos
99Campo de aplicación
- Empresas con suministro de energía en tarifa
(H-M) - Empresas que tengan la factibilidad de modificar
sus patrones de consumo y/o demanda eléctrica, o
bien controlar la operación de cargas en periodo
punta, por lo menos 15 minutos
100Actividades para realizar un estudio
- Actividades del Usuario
- Realizar el levantamiento de datos
- Capturar la información, y
- Enviar la información vía e-mail a la Conae
- Actividades de la Conae
- Analizar la información proporcionada por el
Usuario - Estimar los potenciales de ahorro
- Elaborar y entregar al Usuario un informe final
101Requerimientos de uso
- Una computadora, requisitos mínimos
- Procesador 486
- 5 MB de memoria libre en disco duro (máximo)
- 16 MB de memoria en Ram
- Windows 95
- Conexión a Internet
- Correo electrónico (e-mail)
102Análisis de información
- Facturaciones eléctricas
- Producción mensual
- Censo de cargas que operan actualmente en periodo
punta y que pueden ser desconectadas - Nota La precisión de los resultados dependerá
de la veracidad de la información
103Potenciales de ahorro
- Ahorro por administración de la energía
- Índices energéticos
- Ahorro por control de la demanda
- Desconexión parcial de cargas eléctricas en
periodo punta -
104Índices energéticos
- Relación entre la producción y consumo de energía
eléctrica en un mismo periodo - Comparación histórica durante 1 año (mínimo)
- Determina rangos de eficiencia (máximos y
mínimos) - Permite establecer metas de eficiencia
- Detecta fallas en la operación o información
105Gráfica de índices energéticos
106Ejemplo 3. Tabla de datos
_at_ Índice energético de máxima eficiencia,
utilizado como valor de referencia (línea de
referencia) A Ahorros en consumo de energía
calculados a partir de la diferencia entre el
índice energético actual y el índice de máxima
eficiencia, multiplicada por la producción del
mes correspondiente
107Potenciales de ahorroAdministración de la energía
B Ahorro económico calculado con el costo
unitario anual de la energía
108Potenciales de ahorro Control de la demanda
eléctrica
109Potenciales de ahorro Control de la demanda
eléctrica
110Potenciales de ahorro Control de la demanda
eléctrica
111Informe final estudio control demanda
- I. Resumen ejecutivo
- II. Estudio de control de la demanda eléctrica
- Situación actual de la empresa
- Ahorro por administración de la energía
- Ahorro por control de la demanda
- III. Anexos
- Consideraciones del estudio
1125. Asistencia técnica
- Unidades de Enlace para la Eficiencia Energética
(U3E) - Puertos de atención
- Página de Conae en Internet
- Correo electrónico
113Unidades de Enlacepara la Eficiencia Energética
Las U3E están establecidas por convenio con
cámaras y asociaciones de industriales locales y
operan para dar servicio de asistencia técnica a
los miembros de las mismas.
Valle de México
114Página de Conae en Internet
http//www.conae.gob.mx
- Directorio de consultores y fabricantes
- Precios de la energía
inm_at_conae.gob.mx
cde_at_conae.gob.mx