Administración de la Energía y Control de la Demanda · La demanda máxima medida o demanda facturable es uno de los conceptos que integran la facturación por el servicio de suministro

1

Administración de la Energía

y Control de la Demanda

Administración de la Energía y Control de la Demanda

Objetivo

Al finalizar el curso, el participante aplicará las

herramientas técnicas y metodológicas para

implementar estrategias de administración de la

energía y control de la demanda.


Contenido

1. Tarifas eléctricas

2. Administración de la demanda

3. Análisis de casos de administración de la

demanda


Tarifas eléctricas


Tarifas eléctricas

Integración de la Facturación

Eléctrica

Cargos por

Energía (70

a 80%)

Cargos por

Demanda

(20 a 30%)


Tarifas eléctricas

Sistema Interconectado Nacional

Perfil de Carga

0

20

40

60

80

100

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

PuntaIntermedioBase


Tarifas eléctricas

¿Qué es lo que genera la punta de demanda?

La coincidencia de cargas entre que se oculta el

sol y las 10 de la noche:

• Sector doméstico

• Sector comercio

• Sector industrial

• Alumbrado público


Tarifas eléctricas

¿Qué es lo que genera la punta de demanda?

La punta de demanda se genera por la coincidencia

de las siguientes cargas:

• Encendido del alumbrado público

• Encendido de alumbrado en edificios comerciales,

industriales y residenciales

• Encendido de aparatos electrodomésticos en el

sector residencial.


Tarifas eléctricas

Tarifas horarios

En las tarifas horarias el costo de la energía es

diferente en los distintos horarios:

• Muy barata en horario de base

• Muy cara en horario de punta

• Valor intermedio, pero más cercano al valor de

base en el horario intermedio.


Tarifas eléctricas

¿En que horario se aplica base, intermedia y punta?

Verano Base Intermedio Punta

Lunes a viernes 0:00 - 6:006:00 – 20:00

22:00 – 24:0020:00 – 22:00

Sábado 0:00 – 7:00 7:00 – 24:00

Domingo y festivos 0:00 – 19:00 19:00 – 24:00

Fuera de Verano Base Intermedio Punta

Lunes a viernes 0:00 - 6:006:00 – 18:00

22:00 – 24:0018:00 – 22:00

Sábado 0:00 – 8:008:00 – 19:00

21:00 – 24:0019:00 – 21:00

Domingo y festivos 0:00 – 18:00 18:00 – 24:00


Tarifas eléctricas

¿Cómo se cobra la demanda en las tarifas horarias?

El concepto de cargo es:

Demanda Facturable


Tarifas eléctricas

DF = DP + FRI x max(DI-DP, 0) + FRB x max(DB-DPI, 0)

Para la región Baja California, para las tarifas en alta tensión:

DF = DP + 0.199 x max(DS-DP,0) + FRI x max(DI-DPS,0) + FRB x max(DB-DPSI,0)

donde:

DP es la demanda máxima medida en período de punta

DS es la demanda máxima medida en período de semipunta

DI es la demanda máxima medida en período intermedio

DB es la demanda máxima medida en período de base

DPS es la demanda máxima medida en los períodos de punta y semipunta

DPSI es la demanda máxima medida en los períodos de punta, semipunta e intermedio

DPI es la demanda máxima medida en período de punta e intermedio

FRI y FRB son factores de reducción que tendrán valores, dependiendo de la región

y la tarifa.


Tarifas eléctricas

Factores de reducción:

Tarifa Región FRI FRB

HM Baja California 0.141 0.070

Baja California Sur 0.195 0.097

Resto 0.300 0.150

HS y HSL Baja California 0.066 0.033


Resto 0.200 0.100

HT y HTL Baja California 0.066 0.033


Resto 0.100 0.050


Tarifas eléctricas

Cuotas aplicables Región Peninsular (agosto 2016):

Tarifa Cargo por dem. fact.

($/kW)

Cargo porE punta

($/kWh)

Cargo porE interm($/kWh)

Cargo por E base

($/kWh)

HM 213.91 1.9400 0.8507 0.7006

HS 137.53 2.2980 0.8449 0.7185

HSL 206.21 1.5470 0.8083 0.7185

HT 121.92 2.2646 0.7605 0.6845

HTL 182.92 1.5165 0.7456 0.6845


Tarifas eléctricas

Análisis de caso:

Determinar el importe de la facturación de un servicio

contratado en alta tensión nivel sub-transmisión, que

presenta una demanda máxima en los tres períodos

(base, intermedio, punta) de 24,600 kW con un factor de

carga de 0.76, para los siguientes escenarios:

a) Tarifa HS sin paro en punta

b) Tarifa HS reduciendo la demanda en punta al 50%

c) Tarifa HSL sin paro en punta

d) Tarifa HSL reduciendo la demanda en punta 50%


Introducción a la administración de la demanda

DEFINICIÓN

La Administración de la Demanda es el conjunto de

técnicas encaminadas a optimizar el uso de la

capacidad del equipo consumidor de energía eléctrica

en una instalación industrial, comercial o de servicios.



ANTECEDENTES

La demanda máxima medida o demanda facturable es uno

de los conceptos que integran la facturación por el servicio

de suministro de energía eléctrica. Este cargo suele

representar del 20 al 30% del importe total de la factura, y en

algunos casos inclusive más del 50%. De ahí la importancia

de mantener bajo control este concepto; esto es, de

Administrar la Demanda.



ANTECEDENTES

El control de la demanda, puede convertirse en una

herramienta poderosa para reducir los cargos por

electricidad y contrarrestar los efectos del incremento

de los precios de la energía.



ANTECEDENTES

Dispositivos que van desde un simple interruptor de

reloj y un control por fotocelda, hasta equipos

altamente sofisticados, totalmente automáticos con

microprocesadores, están siendo empleados para

controlar la demanda y reducir la facturación eléctrica.



ANTECEDENTES

En numerosos casos hay oportunidades de ahorro de alta

rentabilidad al utilizar diversos sistemas de administración

de la demanda para reducir el monto de la facturación

eléctrica. Sin embargo, la administración de la demanda no

es necesariamente un sistema más o menos automatizados

que controlen el valor de la demanda máxima medida; sino

es también, una forma de control manual de dicha demanda

que logre el efecto deseado: "Un valor bajo de la demanda

máxima medida, y por la tanto de la factura eléctrica"


Definiciones

Demanda Acumulada: Es la potencia promedio

consumida durante un período de tiempo fijo.

Dem. Acum. = E(t) / DT

Donde: E(t) es la energía consumida desde el inicio del

período, hasta el tiempo t.

DT es el período de demanda


Definiciones

Período de Demanda: Es el período de tiempo, en el

cual se promedia el consumo de potencia para calcular

la demanda acumulada. En el caso de la medición de

CFE, el período de demanda "DT" es igual a 15

minutos.


Definiciones

Demanda Máxima: Es el valor más alto de la

demanda acumulada, obtenido en cualquier período de

demanda que se encuentre dentro del período de

facturación. Esta demanda máxima es la utilizada para

el cobro en la facturación eléctrica.


Definiciones

Demanda Estimada: Es el valor de la demanda

máxima que se tendría al finalizar el período de

demanda que está transcurriendo en un momento

dado, si la potencia instantánea de dicho momento se

mantiene en el mismo valor hasta el final del período de

demanda.


Determinación de la demanda máxima

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Tiempo (minutos)

La medición de la demanda se realiza por períodos de

15 minutos rolados cada 5 minutos.



Medición de la demanda:

Lo que mide el equipo de medición es la energía

consumida durante cada uno de dichos periodos

de quince minutos.

La demanda la calcula el medidor como:

Demanda = Energía / 0.25 horas

(kW = kWh / h)



La demanda máxima medida es el valor máximo

registrado de demanda durante el periodo de

facturación.

En las tarifas horarias resultan tres demandas

máximas, una por periodo (base, intermedia,

punta) y con el valor de estas se calcula la

demanda facturable:

DF = DP + FRI x max(DI-DP, 0) + FRB x max(DB-DPI, 0)


Programa de admnistración de la demanda

Los intervalos de 15 minutos utilizados para la

determinación de la demanda máxima ofrecen una

posibilidad de control, ya que existe cierto tiempo

disponible para apagar o reducir cargas que pueden estar

contribuyendo al pico de demanda.


Pasos a seguir

1) Entender la factura de energía eléctrica y

determinar si existe un potencial de reducción

de la demanda.

2) Determinar cuando ocurre la demanda

máxima, el día y hora durante el período de

facturación.

2) Identificar que cargas contribuyen a picos de

demanda e identificar cuales se pueden

disminuir o sacar de operación cuando se

presenta el pico.


Pasos a seguir

PERFILES DE DEMANDA


Pasos a seguir

PERFILES DE DEMANDA


Pasos a seguir

PERFILES DE DEMANDA


Pasos a seguir

PERFILES DE DEMANDA

Tan pronto como cualquiera de estas curvas se ha elaborado,

aparecen varias preguntas.

¿Porqué un determinado mes tuvo la mayor demanda?

¿Porqué la variación de mes en mes?

¿Las diferencias corresponden con la producción?

¿Porqué la demanda no es constante entre un día y otro?

¿Porqué el pico diario ocurre en un momento en particular?

Las respuestas a estas preguntas y muchas otras pueden permitir

identificar las medidas necesarias para controlar la demanda.


Pasos a seguir

IDENTIFICACIÓN DE CARGAS

Para controlar de demanda máxima, se deben identificar

dos tipos de cargas eléctricas:

La primera es la causada por el equipo instalado, el cual

afecta de manera importante los picos de demanda y debe

ser el primer objetivo para controlar la demanda. Las

lecturas de watthorímetros se deben recopilar para ayudar a

identificar las máquinas culpables y cuantificar su

contribución al pico de demanda.


Pasos a seguir

IDENTIFICACIÓN DE CARGAS

La segunda categoría de cargas representa las que no

contribuyen significativamente al pico de demanda, pero

deben apagarse con muy poco efecto negativo sobre el

proceso. El equipo seleccionado para el control de cargas

principalmente incluye equipos que no son de operación

continua, cargas auxiliares no esenciales, o equipos que

operan bajo controles termostáticos donde el gradiente

térmico no es crítico.


Pasos a seguir

CARGAS QUE SE PUEDEN USAR PARA EL CONTROL

DE LA DEMANDA

Equipos de Aire Acondicionado

Ventiladores

Cargadores de Baterías

Equipo de Bombeo

Molinos y Quebradoras


Métodos de control

Manual: Los equipos se paran manualmente unos minutos antes

del horario de punta y se vuelven a meter después de dicho

horario.

Manual con Monitoreo y Alarma: Se cuenta con medición de la

demanda en línea, así como con un sistema de alarma que se

activa cuando la demanda llega a cierto valor preestablecido, lo

que alerta al operador y éste realiza las operaciones de control

manualmente.

Automático: Además de la medición de la demanda, se cuenta

con un PLC programado para sacar de operación cargas bajo

determinadas condiciones de demanda y del proceso.


Métodos de control

EL CONTROLADOR DE DEMANDA.

Un controlador de demanda básicamente es un

dispositivo que actúa sobre una señal, que

temporalmente apaga cargas eléctricas

predeterminadas, para mantener la demanda máxima

bajo control. El controlador, apaga o establece ciclos

de trabajo a las cargas cuando la demanda alcanza un

valor preseleccionado, de manera tal, que la demanda

nunca sobrepase dicho valor.


Métodos de control


Existe un gran variedad de controladores de demanda disponibles,

con diferentes grados de sofisticación, complejidad y costo. La

unidad más básica tiene los componentes principales siguientes.

Transformadores de corriente.- Para proveer una señal de entrada

desde el suministro de energía al controlador de demanda.

Transductores.- Para convertir la señal de entrada en Watts a una señal de

milivolts para el panel lógico.

Controlador de la carga de demanda.- Para monitorear los niveles de

potencia a la entrada y actuar cuando éstos se aproximan al nivel de pico de

demanda preestablecido.

Panel relevador.- Para mandar señales de control a las cargas conectadas;


Métodos de control


Las unidades más sofisticadas, para ofrecer un equipo más

poderoso y versátil, añaden otros aditamentos, tales como:

Controles de reloj.- Que son usados para rotar la selección

de varias cargas sobre una base de tiempo, y también para

controlar el tiempo máximo que cada carga está apagada.

Programador de ciclos de trabajo.- Para determinar los

tiempos y períodos del ciclo de apagado de una carga durante

diferentes horas de operación.

Programador de la hora del día.- Que añade la posibilidad

de apagar equipos independientemente de la demanda.


Métodos de control

Operación del controlador

de la demandaD

em

anda

Ref. Superior

Ref. Inferior

Inicia separación

de cargas

Reincorporación de cargas


Análisis de Caso

Caso 1. Control automático de la

demanda en terminal aérea


Caso terminal aérea

Descripción del caso:

La terminal aérea cuenta con 6 equipos paquete de

aire acondicionado alimentados de un transformador,

el cual alimenta también a algunas cargas de

iluminación.

El aeropuerto opera de las 5:00 am, hasta las 24:00

horas, todos los días de la semana.


Monitoreo de la demanda durante 7 días



Perfil de Carga: La carga no es continua por las siguientes razones:

• En la noche después del último vuelo baja la actividad en el

aeropuerto, con lo que disminuye la carga a un mínimo de entre 70

y 90 Kw.

• Al ocultarse el sol la carga por iluminación se incrementa

considerablemente y es cuando se suelen presentar los valores

más altos; hasta 280 kW.

• En el transformador se tienen 6 equipos de aire acondicionado,

cada uno de los cuales trabajando con un control de temperatura

independiente, por lo que los compresores entran y salen de

acuerdo a su propio control. Lo anterior ocasiona variaciones de

carga hasta por más de 50 kW



Propuesta:

La propuesta de ahorro consiste en la implantación de un

sistema de control automático de la demanda, que

monitoree el valor de la demanda del equipo de medición

de CFE, que reciba la señal de los termostatos para el

control de la temperatura en el edificio terminal, y que

como función de estos parámetros permita o inhiba la

operación de cada uno de los compresores de los equipos

paquete.

Adicionalmente el controlador encenderá y apagará los

equipos a las 5:00 am y a las 24:00 respectivamente.





Cálculo de ahorros:

Con la implementación de la medida se espera

reducir la demanda facturable en al menos 50

kW y reducir el consumo de energía en horario

de base en 87,600 kWh/año

El costo de inversión es de: $ 245,400.00



Cálculo de ahorros:

• Ahorro por demanda: 50 kW x 213.91 $/kW = 10,695.50 $/mes

= 128,346.00 $/año

• Ahorro por energía: 87,600 kWh/año x 0.7006 $/kWh

= 61,372.56 $/año

TOTAL = 189,718.56 $/año

Evaluación económica:

• Pay-Back = I/A = 245,000.00 / 189,718.56 = 1.29 años


Análisis de Caso

Caso 2. Control manual con monitoreo

y alarma en fabrica de motores


Caso fábrica de motores

Paro en punta a ciegas

FIG. 4.1 Perfil de Demanda en el Alimentdor Principal

0

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00

24 a 25 de Julio del 2006

kW

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

F.P

.

Carga (kW) Factor de Potencia




4.13. Perfil de Carga en Alimentador Principal

(Horario de Punta)

0

4000

8000

12000

16000

19:00 20:00 21:00 22:00 23:00

Martes 25 de Julio

kW

6,603

9,804





(Horario de Punta)

0

4000

8000

12000

16000

19:00 20:00 21:00 22:00 23:00

Miércoles 26 de Julio

kW

10,82

2 7,302





(Horario de Punta)

0

4000

8000

12000

16000

19:00 20:00 21:00 22:00 23:00

Jueves 27 de Julio del 2006

kW

6,872

8,887




Mediciones Durante el Horario de Punta

Fecha 24/07/06 25/07/06 26/07/06 27/07/06

Carga al Inicio del horario

punta10,290 9,804 10,822 8,887

Carga mínima registrada a

planta parada5,078 6,603 7,302 6,872



0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

4,000

4,500

5,000

16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00

kW


FIG. 4.7 ALIMENTADOR "Bielas-Ensamble"(Perfil de Demanda)



0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

4,000

16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00

kW


FIG. 4.8 ALIMENTADOR "CABEZAS"(Perfil de Demanda)


0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

4,000

4,500

16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00

kW

24 a 25 Julio del 2006

FIG. 4.9 ALIMENTADOR "COMPRESORES"(Perfil de Demanda)




0

200

400

600

800

1,000

1,200

1,400

16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00

kW


4.10 ALIMENTADOR "CIGÜEÑAL"(Perfil de Demanda)



0

200

400

600

800

1,000

1,200

1,400

16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00

kW


4.10 ALIMENTADOR "CIGÜEÑAL"(Perfil de Demanda)



0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

4,000

16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00

kW


FIG. 11. ALIMENTADOR "MONOBLOCK"(Perfil de Demanda)



0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

0

1,500

3,000

4,500

6,000

7,500

16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00

F.P

.

kW


FIG. 4.5 Perfil de Demanda, Alimentador Principal Planta 2.4

Carga (kW) Factor de Potencia



0

500

1,000

1,500

2,000

2,500

16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00

kW


ALIMENTADOR "SECC 3-II"(Perfil de Demanda)



0.00

500.00

1000.00

1500.00

2000.00

2500.00

16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00

kW


ALIMENTADOR "SECC 4-IV"(Perfil de Demanda)



0.00

500.00

1000.00

1500.00

2000.00

2500.00

3000.00

3500.00

4000.00

4500.00

5000.00

5500.00

16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00

kW


ALIMENTADOR "SECC 6-VIII"(Perfil de Demanda)



0.00

500.00

1000.00

1500.00

2000.00

2500.00

16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00

kW


ALIMENTADOR " SECC 4-III"(Perfil de Demanda)



0.00

150.00

300.00

450.00

600.00

750.00

900.00

1050.00

1200.00

1350.00

1500.00

16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00

kW


ALIMENTADOR "SECC 5-V"



0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

16:00 18:00 20:00 22:00 00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00

kW


ALIMENTADOR "SECC 6-VII"(Perfil de Demanda)



Propuesta:

Demandas máximas actuales: DP = 10,439

DI = 21,048

DB = 9,657

Calcular los ahorros a lograrse por reducción de la

demanda facturable, si se reduce la demanda en punta

a 5,050 kW, mediante un sistema de monitoreo y

alarma.

El servicio está contratado en tarifa HSL


Análisis de Caso

Caso 3. Control manual de la demanda

en organismo operador de agua potable


Caso: Organismo de agua potable



Inventario Inicial: 3,214 m3

Inventario al final de la punta: 3,574 m3

Inventario al final de la base: 4,600 m3

Potencia

Demandad

(kW)

Energía

Consumida

(kWh/mes)

Volumen

Desplazado

(m3)

Demanda de

Fluido (m3)

Variación de

Inventario

(m3)

Punta 874 69,552 3,960 3,600 360

Base 874 80,031 4,680 3,654 1,026

Total 149,583 8,640 7,254 1,386

RESUMEN DE LA SITUACIÓN ACTUALSituación Actual



Inventario Inicial: 3,214 m3

Inventario al final de la Punta: 1,324 m3

Inventario al final de la Base: 4,600 m3

Potencia

Demandad

(kW)

Energía

Consumida

(kWh/mes)

Volumen

Desplazado

(m3)

Demanda de

Fluido (m3)

Variación de

Inventario

(m3)

Punta 339 27,187 1,710 3,600 -1,890

Base 874 124,614 6,930 3,654 3,276

Total 151,801 8,640 7,254 1,386

RESUMEN DE LA SITUACIÓN PROPUESTASituación Propuesta



Importe

($/mes)

Demanda Facturable 874 kW 128,888.78

Energía Punta 69,552 kWh/mes 120,429.29

Energía Base 80,031 kWh/mes 74,108.71

TOTAL: 323,426.77

Importe

($/mes)

Demanda Facturable 500 kW 73,661.27

Energía Punta 27,187 kWh/mes 47,074.33

Energía Base 124,614 kWh/mes 115,392.56

TOTAL: 236,128.15

AHORRO: 87,298.62

FACTURACIÓN ACTUAL

FACTURACIÓN ESPERADA

Muchas GraciasIng. Ramón Rosas [email protected]

Tel. 229-9803477

GRUPO ERGON PLUS, S.A. de C.V.Profesionales Especialistas en Eficiencia Energética

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Administración de la Energía y Control de la Demanda · La demanda máxima medida o demanda facturable es uno de los conceptos que integran la facturación por el servicio de suministro