Ing. Jess A. Baez Moreno jesus.baez@itesm.mx

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