El efecto de variación de la demanda en la eficiencia energética

Por Cristián Guevara Vicuña, Ingeniero Civil Electricista UTFSM, autor del libro “Métodos prácticos para lograr ahorros de energía eléctrica” – segunda edición. Mayor información: expertos.eficiencia@gmail.com

Es normal que una instalación eléctrica industrial experimente durante el día variaciones de su demanda de energía, producto de que los procesos que la consumen suceden distribuidos en los turnos de operación de la planta. En este breve artículo, se analiza la forma en que esta variación de demanda incide en la eficiencia energética de la instalación.

La expresión formal de la eficiencia energética es la razón entre la energía consumida por las cargas y la energía entregada por la red. La diferencia entre ambas, las pérdidas, suceden producto de la no idealidad de las componentes del sistema mismo. De esta forma, es natural observar que durante el día sucedan diversos “escenarios” de demanda, los que se pueden discretizar de forma arbitraria, como se indica en el gráfico 1. Gráfico 1 La curva real de demanda está representada por la curva roja, mientras que la línea de trazos segmentados de color azul señal la discretización (en este caso, cada dos horas). El sentido de cada discretización es suponer que, dentro de cada período, la demanda permanece constante en un valor que es el promedio de la demanda real dentro de ese mismo lapso de tiempo. Si durante el día se tiene varias discretizaciones de carga, en el período “j-ésimo” se tendrá la siguiente expresión de pérdidas: a) La pérdida por efecto de transformadores presentes en el sistema (cada uno con pérdidas de vacío y con carga). b) Las pérdidas Joule de cada conductor (I2R). c) Las pérdidas propias de cada máquina del sistema. d) Pérdidas varias (efecto de armónicas, perfil de tensiones, etc.). En un día completo, con “m” discretizaciones de tiempo, para una red de “n” alimentadores y “t” transformadores, la expresión global de las pérdidas se cuantifica como: Entonces, dependerá de las condiciones particulares de cada estado de carga de un instante determinado, lo que se reflejará como el evento de mayor o menor peso dentro de la expresión de pérdidas. Nótese que las pérdidas de carga de los transformadores y las pérdidas Joule de los alimentadores son función cuadrática de las respectivas corrientes, por lo que probablemente su efecto sobre las pérdidas será mayor que el de las de pérdidas de vacío de los transformadores o de las pérdidas varias que se indican. Habrá que evaluar a través de una medición continua de potencias las pérdidas asociadas a cada instante, o simularlas digitalmente por medio de un flujo de potencias debidamente ajustado a las condiciones reales de operación. Producto de estos análisis, se determinará la eficiencia energética discretizada de la planta en el transcurso de un día completo, y se podrá señalar qué componentes de la expresión de pérdidas genéricas es la de mayor incidencia en las pérdidas. Si, por ejemplo, se pudiese “aplanar” la curva de carga diaria de una industria, se minimizará las pérdidas de carga de los transformadores y de los alimentadores, mejorando sustantivamente la cuantificación de la eficiencia global de la planta. Si, por otra parte, no fuera posible “aplanar” la curva de carga diaria, se debe atender las pérdidas fijas ya sea determinando exactamente cuáles de las subestaciones de distribución son las de mayores pérdidas y cuáles se pueden eliminar. Otra acción posible sería estudiar el aumento del calibre de conductores de los alimentadores principales, para minimizar la componente de pérdidas de carga por efecto Joule. Una simple medida operacional permitiría disminuir de forma simple la demanda máxima, que consiste en programar la presencia de las máquinas de mayor importancia, para que no estén presentes éstas de forma simultánea en ningún período. Esto es patente en, por ejemplo, sistemas de compresores, donde a través de una simple intervención en los ajustes de su control, se permite lo antes mencionado.