Consumo de energía eléctrica

CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Jorge Luis Jaramillo

PIET EET UTPL octubre 2010

Consumo de EE

•Generalidades•Factor de potencia•Gestión de la demanda•Eficiencia energética•Esquemas de generador auxiliar y UPS•Tarifación•Discusión y análisis

Generalidades

•Consumo residencial

•Consumo comercial

•Consumo industrial

Tipos de consumo

Generalidades

Tipos de circuitos

Generalidades

Angulo de fase entre el voltaje y la corriente

Generalidades

El consumo de energía eléctrica en iluminación en el mundo

Generalidades

El consumo de energía eléctrica en el mundo

Factor de potencia

La potencia efectiva, activa o real (P) es aquella que en el proceso detransformación de energía eléctrica, se aprovecha como trabajo. Se mide enWatts (W).

La potencia reactiva (Q) es la encargada de generar el campo magnético querequieren para su funcionamiento los equipos inductivos como los motores ytransformadores. Se mide en VAR.

La potencia eléctrica total o potencia aparente (S) es una magnitudcompleja, resultante de la suma de otras dos componentes vectoriales: lapotencia activa y la potencia reactiva. Se mide VA.

Se define como factor de potencia de uncircuito AC, a la relación entre la potenciaactiva (P) y la potencia aparente.

Si las corrientes y tensiones son señalesperfectamente sinusoidales, se cumpleque:

•el factor de potencia puede serreemplazado por

•el factor de potencia coincide con elcoseno del ángulo que forman los fasoresde la intensidad y el voltaje.

Factor de potencia

Comúnmente, el factor de potencia es un término utilizado para describir lacantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo.

El valor ideal del factor de potencia es 1, esto indica que toda la energíaconsumida por los aparatos ha sido transformada en trabajo.

Por el contrario, un factor de potencia menor a la unidad significa un mayorconsumo de energía necesaria para producir un trabajo útil.

Factor de potencia

En electrotecnia, el ángulo φ indica si las señales de voltaje y corriente seencuentran en fase.

Dependiendo del tipo de carga, el factor de potencia puede ser:

• adelantado

• retrasado

• igual a 1.

Factor de potencia

En las cargas resistivas, como las lámparasincandescentes, el voltaje y la corriente estánen fase. Por lo tanto φ = 0. En este caso, setiene un factor de potencia unitario.

En las cargas inductivas, como los motores ytransformadores, la corriente se encuentraretrasada respecto al voltaje. Por lo tanto φ<0.En este caso se tiene un factor de potenciaretrasado.

En las cargas capacitivas, como loscondensadores, la corriente se encuentraadelantada respecto al voltaje. Por lo tantoφ>0. En este caso se tiene un factor de potenciaadelantado.

Factor de potencia

Para producir un trabajo, las cargas eléctricasrequieren de un cierto consumo de energía.Cuando este consumo es en su mayoríaenergía reactiva, el valor del ángulo φ seincrementa y disminuye el factor de potencia.

Factor de potencia

Instantaneous and averagepower calculated from ACvoltage and current with a unitypower factor (φ=0, cosφ=1).Since the blue line is above theaxis, all power is real powerconsumed by the load.

Factor de potencia

Instantaneous and averagepower calculated from ACvoltage and current with a zeropower factor (φ=90, cosφ=0). Theblue line shows all the power isstored temporarily in the loadduring the first quarter cycle andreturned to the grid during thesecond quarter cycle, so no realpower is consumed.

Factor de potencia

Instantaneous and averagepower calculated from ACvoltage and current with alagging power factor(φ=45, cosφ=0.71). The blue lineshows some of the power isreturned to the grid during thepart of the cycle labelled φ

Factor de potencia

La disminución del factor de potencia trae consigo algunos problemas técnicos yeconómicos:

• Mayor consumo de corriente.

• Aumento de las pérdidas en conductores.

• Sobrecarga de transformadores, generadores y líneas de distribución.

• Incremento de las caídas de voltaje.

• Incremento de la facturación eléctrica por mayor consumo de corriente.

• Penalizaciones en un % del costo de la facturación.

Factor de potencia

Compensación del factor de potencia


Las cargas inductivas requieren potencia reactiva para su funcionamiento. Estademanda de reactivos se puede reducir e incluso anular si se colocancapacitores en paralelo con la carga.

Esta compensación, puede ser de tres tipos:

• Compensación individual• Compensación en grupo• Compensación central

Factor de potencia


Factor de potencia

Las empresas de energía están obligadas a cuantificar los requerimientos decarga (la demanda) a fin de cuantificar los requerimientos de generación(poder).

La mejor vía para minimizar las necesidades de generación adicional es la dereducir o controlar la demanda. Este es el principal objetivo de la gestión de lademanda.

Los programas de gestión de demanda (demand-side management DSM) sondiseñados para proporcionar asistencia a los consumidores a fin de quereduzcan su demanda de energía y controlar sus costos en energía, mientras seconcluyen nuevos proyectos de generación, transmisión y distribución deenergía eléctrica.

Gestión de la demanda

DSM

• Lighting (i.e., rebate coupons, discounts for high-efficiencylightbulbs, efficient lighting designs, and other energy-reduction incentives)

• High-efficiency washing machines, clothes dryers, and refrigerators

• Home energy audits

• Insulation upgrades

• Appliance management

• Control some equipment to only operate during off-peak periods (waterheaters, pool pumps, irrigation pumps, etc.)


DSM para el consumo residencial

• The efficient design of buildings and remodeling or renovation activitiesusing more energy efficient products and technologies without increasingproject costs. This would include lighting, heating, air conditioning, motorupgrades, variable-speed drives, and more efficient electrical equipment.

• Replacement incentives to remove older, lower-efficiency equipment.

• Energy consumption analysis programs to encourage better operationalmethods within a business or organization.


DSM para el consumo comercial

• Renewable energy resources incentive programs to increase the utilizationof wind power, solar energy, fuel cells, and so on to generate electricity fortheir own facility.

• Incorporation of online energy-load profiles to be used to strategizeimprovement of load patterns toward energy conservation.

• Energy consumption surveys or studies to provide recommendations forload curtailment.


DSM para el consumo industrial

Eficiencia energética

La eficiencia energética se puede definir como la reducción del consumode energía manteniendo los mismos servicios energéticos, sindisminuir nuestro confort y calidad de vida, protegiendo el medioambiente, asegurando el abastecimiento y fomentando uncomportamiento sostenible en su uso.

El National Energy Education Development Project de los EstadosUnidos, define a la eficiencia en el uso de la energía como el uso detecnología que requiere menos energía para realizar la misma función.

Desde la perspectiva social, la eficiencia en el uso de la energía implicala invención e innovación de tecnología y del comportamiento de losindividuos, enfocados a ahorrar energía y consecuentemente dinero.No todos piensan en la reducción de emisiones y en el impactopositivo en el medio ambiente.

Definición


Los informes sobre el abastecimiento futuro de energía, han sonado unaalarma general sobre la insuficiencia de los combustibles fósiles en unhorizonte de menos de 10 años , lo que ha obligado a que los gobiernosadopten medidas encaminadas a fomentar la eficiencia energética. Lasmedidas adoptadas se centran en cuatro ejes de acción:

• desarrollo de tecnología• aplicación de las tecnologías• cultura social• educación.

De acuerdo al criterio principal de la medida, ésta se clasifica en uno de tresgrupos principales:

• incentivos financieros• mandatos – estándares – códigos• programas de participación ciudadana.

La eficiencia energética no es gratuita, pero cuesta menos que la generación y elsuministro de nueva energía.

El punto de partida


EE en el hogar


EE en iluminación


Etiquetas de eficiencia

Las etiquetas de Eficiencia Energética se adhieren a los productos parabrindar información a los compradores sobre su desempeñoenergético, generalmente en la forma de la cantidad de energía utilizada, sueficiencia, el costo de la energía consumida y/o su capacidad deaislamiento térmico o trasmitancia.



Las etiquetas pueden ser:

• Etiquetas de aprobación.• Etiquetas comparativas.• Etiquetas informativas.

Las etiquetas de aprobación son esencialmente “sellos de aprobación” quecertifican que el equipo o producto es uno de los más eficientes de su claseen cuanto a su desempeño energético, es decir que ofrecen informacióncomparativa implícita.

Las etiquetas comparativas le ofrecen al consumidor información que lepermite comparar el desempeño energético del producto con el de losproductos similares.

Las etiquetas de información únicamente proporcionan datos sobreel desempeño energético del propio producto, sin ofrecer informacióncomparativa.

Esquema de generadores auxiliares y UPS


Generador de emergencia


Uninterruptible Power Supply UPS

• Offline / standby

• Line-interactive

• Double-conversion / online

• Hybrid topology / Double conversion on demand

• Ferro-resonant

• DC power

• Rotary


Offline standbay UPS


Line – interactive UPS


Double-conversion / online UPS


Ferro-resonant UPS


Rotary UPS

Tarifación

Conceptos fundamentales

• Consumo, magnitud de un suministro eléctrico, expresado en KWh.

• Potencia instalada, suma de las potencias nominales de los equiposeléctricos (KW).

• Potencia conectada, parte de la potencia instalada, que puede seralimentada por el suministrador (KW).

• Demanda, potencia requerida por el consumidor en un instante dado(KW).

• Demanda media, valor medio de la demanda integrada en un periodoregular de tiempo (KW).

Tarifación

Conceptos fundamentales

• Factor de carga, relación entre el consumo durante un periodo detiempo determinado y el consumo que habría resultado de lautilización permanente de la potencia máxima.

• Factor de utilización, relación entre la potencia máxima y la potenciainstalada.

• Factor de demanda, relación entre la potencia máxima y la potenciaconectada.

• Horas de punta, periodo del día comprendido entre las 18.00 y las23.00.

• Momento de carga, es el producto de la potencia conectada delusuario en MW y la distancia entre el punto de empalme con laconcesionaria y la subestación de distribución, en Km.

Tarifación

Categorías de tarifación según el CONELEC

• Categoría Residencial

• Categoría General

• Locales y establecimientos comerciales públicos o privados

• Locales públicos o privados destinados a la elaboración o transformaciónde productos por medio de cualquier proceso industrial y sus oficinasadministrativas

• Bombeo de Agua

• Entidades de Asistencia Social

• Entidades de Beneficio Público

• Entidades Oficiales

• Escenarios Deportivos

• Culto religioso

• Y los demás que no estén considerados en la Categoría Residencial

Tarifación

Categorías de tarifación según el CONELEC

• Categoría Alumbrado Público

• Grupo Nivel de Alta Tensión

• Grupo Nivel de Media Tensión

• Grupo Nivel de Baja Tensión

Tarifación

Componentes tarifa residencial, CONELEC

• Un cargo por comercialización en USD/consumidor, independientedel consumo de energía.

• Cargos crecientes por energía en USD/KWh, en función de la energíaconsumida.

Tarifación

Componentes tarifa general de baja tensión, CONELEC

Sin demanda


• Cargos variables por energía expresados en USD/KWh, en función dela energía consumida.

Tarifación


Con demanda


• Un cargo por potencia en USD/KW, por cada KW de demandafacturable, como mínimo de pago, sin derecho a consumo.

• Un cargo por energía en USD/KWh, en función de la energíaconsumida.

Tarifación


Con demanda horaria

• Un cargo por comercialización en USD/consumidor, independiente delconsumo de energía.

• Un cargo por demanda en USD/KW, por cada KW de demandafacturable, como mínimo de pago, sin derecho a consumo, afectado porun factor de corrección (FC).

• Un cargo por energía expresado en USD/KWh, en función de la energíaconsumida en el período de 07h00 hasta las 22h00, que corresponde alcargo por energía de la tarifa del numeral 4.3.2.

• Un cargo por energía expresado en USD/KWh, en función de la energíaconsumida, en el período de 22h00 hasta las 07h00, que corresponde alcargo por energía del literal anterior disminuido en 20% y estará definidoen los cargos tarifarios.

Tarifación

Componentes tarifa alumbrado público, CONELEC

• Un cargo por potencia en USD/KW, por cada KW de demanda facturable,como mínimo de pago, sin derecho a consumo.

• Un cargo por energía en USD/KWh, en función de la energía consumida

Tarifación

Componentes tarifa media tensión, CONELEC

Con demanda


• Un cargo por potencia en USD/KW, por cada KW de demanda facturable,como mínimo de pago, sin derecho a consumo.

• Un cargo por energía en USD/KWh, en función de la energía consumida.

Tarifación


Con demanda horaria


• Un cargo por demanda en USD/KW, por cada KW de demandafacturable, como mínimo de pago, sin derecho a consumo, afectado porun factor de corrección (FC).

• Un cargo por energía expresado en USD/KWh, en función de la energíaconsumida en el período de 07h00 hasta las 22h00, que corresponde alcargo por energía de la tarifa del numeral 5.1.

• Un cargo por energía expresado en USD/KWh, en función de la energíaconsumida, en el período de 22h00 hasta las 07h00, que corresponde alcargo por energía del literal anterior disminuido en 20% y estará definidoen los cargos tarifarios.

Tarifación


Con demanda horaria para industriales

• Un cargo por comercialización en USD/consumidor, independiente del consumode energía.

• Un cargo por demanda en USD/KW, por cada KW de demanda facturable, comomínimo de pago, sin derecho a consumo, afectado por un factor de corrección(FCI).

• Un cargo por energía expresado en USD/KWh, en función de la energía consumidaen el período de lunes a viernes de 08h00 hasta las 18h00.


• Un cargo por energía expresado en USD/KWh, en función de la energía consumidaen el período de lunes a viernes de 22h00 hasta las 08h00, incluyendo la energía desábados, domingos y feriados en el período de 22h00 a 18h00.

• Un cargo por energía expresado en USD/KWh, en función de la energía consumidaen el período de sábados, domingos y feriados en el período de 18h00 hasta las22h00.

Tarifación

Componentes tarifa alta tensión excepto industriales, CONELEC


• Un cargo por demanda en USD/KW, por cada KW de demanda facturable, comomínimo de pago, sin derecho a consumo, afectado por un factor de corrección (FC).

• Un cargo por energía en USD/KWh, en función de la energía consumida en elperíodo de 07h00 hasta las 22h00, que corresponde al cargo del numeral 5.2, literalc) disminuido en 10 % y estará definido en los cargos tarifarios.

• Un cargo por energía expresado en USD/KWh, en función de la energíaconsumida, en el período de 22h00 hasta las 07h00, que corresponde al cargo porenergía del literal anterior disminuido en 10% y estará definido en los cargostarifarios.

Tarifación

Componentes tarifa alta tensión industriales, CONELEC


• Un cargo por demanda en USD/KW, por cada KW de demanda facturable, comomínimo de pago, sin derecho a consumo, afectado por un factor de corrección(FCI).



• Un cargo por energía expresado en USD/KWh, en función de la energía consumidaen el período de lunes a viernes de 22h00 hasta las 08h00, incluyendo la energía desábados, domingos y feriados en el período de 22h00 a 18h00.

• Un cargo por energía expresado en USD/KWh, en función de la energía consumidaen el período de sábados, domingos y feriados en el período de 18h00 hasta las22h00.

DISCUSIÓN Y ANÁLISIS

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