administración de la demanda eléctrica, medición de ... · pdf filede...
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Ing. Jess A. Baez Moreno [email protected]
Departamento de Ing. Elctrica/Centro de Estudios de Energa
Monterrey, NL Agosto , 2003
Administracin de la Demanda Elctrica, Medicin de Energay Correccin del Factor de Potencia
AGENDA
I) Sistema Elctrico Mexicano
II ) Esquema de Facturacin CFE (Tarifa HM) y oportunidades de reduccin en la facturacin
III) Sistemas de Medicin de energa Elctrica
IV) Correccin de factor de potencia
Red Elctrica (Generacin, transmisin y distribucin)
Planta generadora
13.2 - 20 kV
115 - 400 kV
13.8 kV13.8 kV
220 - 440 VUsuarios industriales
Usuarios comerciales e industriales
Sistema de Transmisin
Sistema de distribucin
SubestacinDistribucin
69 kV
Eficiencia=95%
Eficiencia=90%
Red Elctrica (Generacin, transmisin y distribucin)
Niveles de voltaje comunes:127,220V,440V,600V,2.3kV, 4.16kV, 13.8kV34.5 kV, 69 kV, 115 kV, 230kV, 400 kV
11 IV
Transformador Elevador RIP2
22 IV
11 IV
Transformador Reductor
22 IV
Generador
Sistemade Transmisin
Sist. DistribucinUsuario Final
Ventajas de CA sobre CDCon corriente alterna es posible cambiar los niveles de voltaje(de manera econmica) para transmitir grandes cantidades de energa de manera eficiente
Disminucin de corriente: Menor calibre deConductores y Reduccin de prdidas
Sistema Elctrico Mexicano
Capacidad instalada (40,340 MW)
Desarrollo de la capacidad instalada
Sistema de transmisin
Tasas de crecimiento anual
Ventas y costo promedio por tarifa
Facturacin de Energa Elctrica (CFE)
Cargo por Energa(CE) _________Cargo por Demanda(CD) + ________Subtotal(CE+CD) _________Bonificacin o Recargopor Factor de Potencia(CFP) +/- __________
Subtotal __________
15%IVA + _________
Importe Total ________
$1,200,000
$400,000
$120,000
Energa
Demanda
FP
Cargo por Consumo de Energa
[ ] [ ] [ ]PPIBB kWhkWhKWhCE I $$$($) ++=
6700
6800
6900
7000
7100
7200
7300
0:05tiempo
P(k
W)
HB HI HP HI
kWH IkWHB kWHP kWH I
BIP $$$ >>>
puntay intermedio,base horariosen )/($ :,$$,$ kWhunitarioCostoPIB
puntay intermedio,base horariosen energa de Consumos:,, PIB kWhkWhkWh
TARIFA H-M (REGION NORESTE)Primer Domingo de Abril al sbado anterior al ltimo domingo de Octubre
0 2 4 6 8 10 12 14 16 1 8 20 22 24
DOMINGO
SABADO
VIERNES
JUEVES
MIERCOLES
MARTES
LUNES
BASE
INTERMEDIO
PUNTA
TARIFA H-M (REGION NORESTE)ltimo Domingo de Octubre al sbado anterior al sbado anterior al primer domingo de Abril
0 2 4 6 8 10 12 14 16 1 8 20 22 24
DOMINGO
SABADO
VIERNES
JUEVES
MIERCOLES
MARTES
LUNES
BASE
INTERMEDIO
PUNTA
Distribucin de horarios tarifa HMen la regin de Noreste
Cargo por demanda mxima
6700
6800
6900
7000
7100
7200
7300
0:05tiempo
P(k
W)
HB HI HP HI
DB DI DP
DI > DP > DB => DF= 0.7 DP + 0.3 DI (HM)
DP > DI > DB = >DF= DP
{ } { })0,mx()0,mx( DIPDBFRBDPDIFRIDPDF ++=Tarifa HM Zona Noreste
La demanda que se presenta durante el horario punta es la que impacta en mayor medida la demanda facturable
Clculo de la demanda facturable
Clculo de la demanda facturable
Perfil de Demanda(Real)
0
100
200
300
400
500
600
700
0:00 0:05 0:10 0:15 0:20 0:25
tiempo (minutos)
P(k
W)
t(min) kW
0:00 1000:01 1000:02 2000:03 200 kW-min Demanda media(kW)0:04 200 800 1600:05 3500:06 3500:07 3500:08 5000:09 500 2050 4100:10 6000:11 6000:12 350 Int. Dem(15m)0:13 3500:14 350 2250 450 340.000:15 2500:16 2500:17 2000:18 2000:19 200 1100 220 360.000:20 2000:21 2000:22 3000:23 4000:24 350 1450 290 320.000:25 5000:26 5000:27 5000:28 6000:29 600 2700 540 350.00
Intervalo de 5 minutos
P(kW)
340
360
320
5 10 15 20 25
350
t(min)
90 kW-h
85 kW-h
80 kW-h
87.5 kW-h
30
Perfil de Demanda(Facturacin))
Factor de PotenciakW-hr
6800
6850
6900
6950
7000
7050
7100
7150
7200
7250
0:05
tiempo
P(k
W)
[ ] [ ]22 kVARhrkWhrkWhr
p+
=f
kVAR-hr
3400
3500
3600
3700
3800
3900
4000
4100
0:05
tiempo
Q(k
VA
R)
9.0;19.060.Re% =
fp
fpBonif
.%*)(.argRe%*)(arg
BonifCDCEBonifocCDCEoC
+=+=
Ejemplo Recibo CFE
Posibilidades de reduccin de la facturacin
Redistribucin de consumos (Reduccin de consumo en horario punta)
Control de demanda
Autoabastecimiento
Correccin de factor de potencia
Impacto de reducir el consumo de energa en horario punta
La energa tiene un costo diferente a lo largo del da, siendo mayor enhorario punta. El costo promedio por kWh se ve sensiblemente afectado por el consumo en este horario
Control de demanda (1)
Control de Demanda: Controlar el valor de la demandamxima y/o el instante en que esta ocurre de manera manual oautomtica mediante la desconexin de cargas que no interfieran conla produccinEl controlar la demanda mediante una reduccin de la demanda mximamejora el factor de carga.
[ ] 211
mxmx AAA
tDkWh
DDFC media +=== hrkWFC
$
Dmx. Lmite
Desconexin de cargas cuandola demanda se aproxima al lmiteestablecido
Reconexin de cargas cuandola demanda cae por debajo de labanda muerta
No hay desconexin ni reconexin de cargas de manera programada cuando la demanda se encuentra dentro de la banda muerta
t
P(kW)
Efecto me mejorar el factor de carga en el costo por kW-hr
Tarifa HM, Zona Noreste, Enero 2002 Caso 1, Caso Original, sin ningn tipo de control, la
demanda promedio es de 1,000 kW en base intermedio y punta, con un factor de carga de 80% en cada horario.
Caso 2, Se aplica control sobre la demanda en horario punta para reducirla a un 50% de la demanda original con un factor de carga del 100%, el factor de carga en los horarios base e intermedio continua en 80%.
Caso 3, Se aplica control sobre la demanda en horario punta para reducirla esta demanda un valor de 0. El factor de carga en los horarios base e intermedio continua en 80%.
Efecto de reducir el consumo y la demanda en horario punta
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
BASE PUNTA
INTERMEDIOEscenario 1 - Original
Escenario 2 50% de la de demanda original
Escenario 3 0 % de la demanda original
Efecto de reducir el consumo y la demanda en horario punta
Efecto de reducir el consumo y la demanda en horario punta
Generador deEmergencia
CFE
Controlador deSIncronizacin
Cargas crticas
Autoabastecimiento en horario punta
Caso de Estudio 1: Autoabastecimiento parcial en horario punta
0
200
400
600
800
1000
1200
0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00
P(kW) P'(kW)
Ahorro (Demanda) = 0.7 * 500 * 75 $/kW = $26,250
Ahorro (Consumo) = 500 kW (90 hrs) * (1.4 $/kWh 1.2 $/kWh) = $9,000
Ahorro Mensual = $35,250
Perfil de demanda (CFE)Con generador operando
Perfil de demanda cargas
Caso 2: Ahorro por cambio de tarifa en empresa fabricantede chasis de automoviles
Ahorro por correccin de fp
Energa Punta28%
Energa Intermedia42%
Energa Base9%
Demanda Punta21%
Demanda Intermedia0%
Demanda Base0%
El 49% de la factura es debidoal consumo y la demanda enhorario punta y solamente el 12.5% de las horas del mes correspondena este horario
Caso 3: Determinacin del potencial de AhorroDistribucin de cargos (energa y demanda) por horario
Ahorro por reduccin de consumo en horario puntaEmpresa manufacturera
Caso 4:Ejemplo de correccin de factor de potencia enPlanta Industrial
Corrigiendo fp a 0.96(-)Bonificacin por factor de potencia : $5,000.00 mensuales
Beneficio Total = $51,000 + $5,000.00 = $ 56,000 mensuales
Inversin (Filtros de armnicas) = $ 500,0000
Tiempo de retorno de inversin = 9 meses
Antes de corregir fp (fp = 0.70), Penalizacin = 17.0%Cargo por energa y demanda = $300,000Cargo por bajo factor de potencia = $51,000
Determinacin del potencial de Ahorro
Informacin histrica (Recibos CFE)
Potencial Ahorro
Informacin sobreEquipo instalado
Generadores de emergencia, motores, transformadores
capacitores
Centro de Estudios de Energa
Conclusiones
Es posible reducir de manera significativa la facturacin tomandoalgunas de las siguientes acciones . Algunas de estas acciones requierende inversiones con un tiempo de retorno de inversin relativamente corto
a) Reduccin del consumo de energa en horario punta
b) Control de la demanda principalmente en horario punta (mejorandoel factor de carga en este horario)
c) Reduccin del consumo de energa mediante el uso d