Ciencia y Tecnología

EFICIENCIA ENERGÉTICA DISTRIBUIDA EN LA CADENA DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA

 

  Este artículo es un resumen del trabajo realizado por el Ingeniero Carlos Ferrari integrante del Comité de Energías de Córdoba dependiente del CIECS (Centro de Investigaciones y Estudios Sobre Cultura y Sociedad) CONICET – UNC y presentado en el seminario de Eficiencia Energética y Energías Renovables.

En el  estudio  se analizan  los  bolsones de energía disponibles a lo largo de la cadena de distribución de energía eléctrica desde la toma del recurso energético hasta su utilización final. Se toma como premisa que la eficiencia energética es un recurso energético  disponible que solo es necesario implementar políticas para su aprovechamiento.
Para interpretar el término que hemos llamado Eficiencia  Energética Distribuida es necesario analizar todos los eslabones de la cadena de distribución de la energía eléctrica, comenzado por la eficiencia de las diferentes tecnologías para convertir los recursos energéticos, continuando  con los eslabones de transporte, transformación, distribución y finalmente la manera  en que ésta es utilizada.  
En la figura 1 se analiza particularmente el parque de generación de nuestro país utilizando los datos del BEN (Balance Energético Nacional) del año 2016 que es el último con datos definitivos.
Se ingresa con los diferentes recursos energéticos utilizados y se aplica la eficiencia estándar de cada tecnología de generación asociando ésta a los porcentajes de generación de energía eléctrica de cada una en el año 2016, lo que da como resultado una eficiencia media del parque de generación nacional.
La importación es  muy baja  razón por la cual se considera que proviene de un parque con  eficiencia similar.
Como resultado se obtiene  un valor de eficiencia media de 56%, esto significa que del potencial de energía que disponen los recursos el 44% correspondió a la  eficiencia de las tecnologías utilizadas y al autoconsumo de las centrales.
Este número nos llevaría a pensar que disponemos de un importante recurso energético, pero tenemos que  considerar  que la eficiencia es inherente a la tecnología, que son inversiones ya realizadas, y que es costoso su reemplazo razón por la cual los cambios tenemos que considerarlos para las nuevas centrales sin dejar de lado que se puede  trabajar sobre  los autoconsumos, cerrar ciclos, políticas de mantenimientos preventivos, etc.  Es importante resaltar que todo este tipo de medidas redundan en una mejora de la rentabilidad del negocio, en la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero y en el cuidado de nuestros recursos energéticos.

  Es necesario aclarar que si bien la eficiencia de la generación fotovoltaica es muy baja, el precio del recurso no es incidente. Un elevado  porcentaje de generación con esta tecnología implicaría  un parque  poco eficiente  lo que distorsionaría nuestro análisis.

 Figura 1

 En la figura 2 se ha esquematizado el Sistema Eléctrico Nacional (SIN) con las barras de los diferentes niveles de tensión, indicando  los puntos donde se inyecta energía y  donde toma energía el cliente final.
El sistema está constituido por una gran infraestructura que dispone de centrales de generación, líneas de transmisión y distribución en los diferentes niveles de tensión, transformadores,  generaciones distribuidas tanto fósiles como renovables, y contadores de energía indicando los puntos donde se  conectan los sujetos  consumidores finales de energía eléctrica.

                                                                   Figura 2

        Eléctricamente podemos plantear un circuito simplificado en forma radial  hasta el medidor del cliente  que nos ayudará a visualizar  los puntos principales donde se localizan las pérdidas técnicas de energía figura 3.
Se ha representado con resistencias equivalentes en serie las pérdidas técnicas en cada nivel de tensión, por efecto Joule en cables de líneas y bobinados,  pérdidas en núcleos de transformadores, auto consumos de estaciones transformadores, pérdidas en puntos de contacto y pérdidas en medidores. Y con resistencias en paralelo las pérdidas por efecto corona, pérdidas en descargadores  y pérdidas en aislación.
En los sectores donde el cliente toma energía las resistencias incluyen las pérdidas no técnicas.
Las impedancias representan la toma de energía por los clientes finales en cada nivel de tensión.
Las flechas rojas indican que  la energía tomada en baja tensión produce pérdidas por efecto Joule en toda la cadena de distribución, y su tamaño variable pone de manifiesto la reducción de la corriente al elevarse el nivel de tensión.

 

No se tienen datos precisos de las pérdidas de distribución en cada nivel de tensión, tener en consideración que  la distribución no es radial solamente, que las redes son muy complejas, que su centro de carga varía en forma permanente y la presencia de generación  en los distintos niveles de tensión.  Por lo dicho es que  trabajamos con valores estándares de pérdidas  en los distintos niveles de tensión, tomado de modelos de diferentes sistemas con características similares.
       Una metodología para conocer las pérdidas totales incluidas las no técnicas es comparar la energía inyectada por todas las centrales de generación al sistema   con la energía facturada a clientes finales (datos estadísticos página Ministerio de Energía y Minería de la Nación).
        En la figura 4 se ha graficado   el porcentaje total de pérdidas en la cadena de suministro  utilizando los datos estadísticos desde el año 1970 publicados por  el Ministerio de Energía y Minería de la Nación.
        En el gráfico se puede observar que el porcentaje  es variable  y oscila alrededor  de un valor medio del 18%.
        La explicación  de esta variación  obedece a diferentes factores  como:

1. Un aumento en la demanda de potencia  se corresponde con una variación lineal del valor de la corriente aparente, mientras las pérdidas por efecto Joule en las líneas y bobinados es cuadrática. 
2. Si se incrementa la demanda de potencia sin acompañarla  de nuevas obras, las pérdidas aumentan al mantenerse  el valor de resistencia equivalente con un incremento de la  corriente. Esto desnuda los períodos de falta de inversiones en infraestructura eléctrica.
3. En situaciones de crisis económica es mayor el porcentaje de robo de energía.
4. La recesión producida por crisis económicas también afecta la relación  entre  pérdidas y energía facturada.

Figura 4

 
En el gráfico figura 5, se resume lo dicho en párrafos anteriores  y se  definen acciones para los diferentes tramos de la cadena de suministro de energía eléctrica. 
En la figura 1, se determinó que el parque de generación nacional tenía una eficiencia media de 56%, o sea que este es el porcentaje del potencial energético de los recursos que se transforman en energía eléctrica y que es la que finalmente se  inyecta a las redes.
Considerando la totalidad de la energía inyectada  (100%) este porcentaje se irá disminuyendo  debido a las pérdidas en cada eslabón (3%) en transformación y transmisión en Extra Alta Tensión, (5%) en transformación y subtransmisión en Alta Tensión y (10%) en transformación y distribución en Media Tensión y Baja Tensión.
Como resultado de estas pérdidas llega al cliente final el 82% de la energía inyectada a las redes, que es la registrada en los medidores.
Una situación diferente se plantea en  la forma de utilizar la energía por el cliente, donde la ineficiencia es un elemento determinante, la que llega a un 20% de pérdidas por mala calidad de equipos, uso incorrecto, falta de conocimiento del tema entre otras causas.
Incorporando este último porcentaje a la sumatoria de pérdidas en la cadena resulta que  la energía eléctrica realmente útil que aprovechó el cliente es el 62%,  dando como resultado final  que en energía útil se transformó solo el 35% del potencial energético de los recursos.

Considerar que existen pérdidas que  no se pueden  evitar ya que son inherentes al sistema.
 

 Figura 5

Si analizamos  los porcentajes de distribución de pérdidas concluimos en que  los últimos eslabones  son responsables de la mayoría de las pérdidas, razón por la cual las acciones sobre este sector son prioritarias.
En la parte inferior del gráfico de la figura 5 se citan  con diferentes colores las acciones  a tomar en cada sector de la cadena  para lograr el aprovechamiento de esos bolsones de energía,  lo que  se logra con la aplicación de una política de Eficiencia Energética.
Se puede observar que en todo el desarrollo de la cadena de suministro es necesario disponer de Reglamentaciones y Regulación, Tecnología y Programas e Inversiones.
La Tarifa es muy importante pero no debe ser un castigo al consumo por lo que el cliente debe estar informado permanentemente de sus consumos estadísticos en la factura y como utilizar  eficientemente sus equipos electrodomésticos. 
La Implementación de  todos la Programas de Energías Renovables, particularmente  la Generación Distribuida aportaría a la reducción de pérdidas técnicas en las redes al acercar la generación a los puntos de consumo.

En la figura 6 se esquematiza  los temas  fundamentales de una política de Eficiencia Energética concluyendo en que debe ser una Política de Estado.

 Figura 6    

A continuación citaremos algunas medidas que deben formar parte de una política de    
Eficiencia Energética y el sector donde se debería aplicar:
Acciones para reducir pérdidas “técnicas” en el sistema de Transmisión  

1. Cambio del nivel de tensión de 132kV a 220kV  acompañando el incremento de la demanda, con lo que se logra disminuir las pérdidas por efecto Joule. Se transmite la misma potencia  reduciendo las pérdidas 2,78 veces.
2. Optimizar la tensión/potencia reactiva instalando SVC (Static Var Compensator) en las líneas de AT.
3. Reemplazo de conductores de líneas por cables de alta temperatura tipo ACCC de sección trapezoidal y alma de fibra de carbono. Se logra una reducción de pérdidas de 18% a 25%.
4. Utilizar transformadores eficientes de núcleos Fe-Si amorfos o nanocristalinos  en nuevas estaciones transformadoras  (en la actualidad no se justifica económicamente el reemplazo de transformadores en servicio.)
5. Reducir las pérdidas en los Servicios Auxiliares de las EETT.

Acciones para reducir pérdidas “técnicas” en el sistema de Distribución  

1. Cambio del nivel de tensión de 13.2kV a 33kV  acompañando el incremento de la  demanda, con lo que se logra disminuir las pérdidas por efecto Joule. Se transmite la misma potencia  reduciendo las pérdidas 6,25 veces.
2. Reconfiguración de las redes para mínimas pérdidas, con software especializados se busca la configuración más conveniente.
3. Utilizar transformadores eficientes en las redes de distribución, esto permite reducir las pérdidas de vacío de las máquinas  en un porcentaje mayor al 30%.
4. Reducir la  corriente aparente con instalación de  bancos de capacitores y cambio de taps de transformadores logrando reducir las pérdidas en un porcentaje mayor a 10%.
5. Incorporar Generación  Distribuida renovables en líneas de media y baja tensión.

 
Acciones para reducir pérdidas “No técnicas” en el sistema de Distribución  

1. Utilizar sistemas de distribución de baja tensión antifraude con cables preensamblados instalados a mayor altura y bajadas con cable de acometida concéntrico.
2. Utilizar soluciones  consensuadas de medición en barrios carenciados.
3. Utilizar medidores de energía inteligentes y telemedición para minimizar los errores de lectura.
4. Realizar campañas periódicas de inspección de acometidas.
5. Instalar medidores totalizadores en subestaciones de distribución  para detectar ilícitos en el circuito.

 
Acciones para la  “Utilización eficiente” de la energía eléctrica 

1. Información permanente a clientes  acompañando sus facturas.
2. Educación a nivel primario, videos relacionados con la eficiencia energética adaptados a las diferentes edades.
3. Incorporar eficiencia energética en la currícula de institutos secundarios y terciarios.
4. Dictar  cursos de capacitación en eficiencia energética a educadores.
5. Aplicar nuevas tecnologías en Alumbrado Público y cartelería.
6. Implementar acciones de eficiencia energética en edificios públicos.

1. Intervención de los colegios de profesionales exigiendo eficiencia energética en los proyectos de sus matriculados.

                                                                                                                              

 

 

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