EFICIENCIA ENERGÉTICA

Transcripción

1 EFICIENCIA ENERGÉTICA Mag. Ing Ernesto Elenter Mayo Curso de Posgrado - Facultad de Ingenieria - UDELAR

2 Auditoría de la contratación de energéticos, propiedades energéticas de distintas fuentes, costos relativos de energéticos Mag. Ing Ernesto Elenter CLASE 3 Mayo Curso de Posgrado - Facultad de Ingenieria - UDELAR

3 Intensidad energética Contabilidad energética IDEns, Línea de base Norma ISO 50001

4 Auditoría de la contratación de energéticos Propiedades energéticas de distintas fuentes Costos relativos de energéticos

5 Auditoría de la contratación, refiere al análisis tendiente a la reducción del costo unitario de la energía (no al ahorro de energía en unidades físicas). Tiene 2 objetivos: 1. Por un lado busca detectar si se esta pagando lo mínimo posible por lo que estamos comprando. 2. Analizar la posible sustitución de energéticos por otros mas económicos.

6 Tarifas de UTE: Residencial: Comprendiendo la factura de UTE Simple: Cargo por Potencia Contratada, Cargo por energía (por franjas de consumo), Cargo fijo. Doble Horario: Cargo por Potencia Contratada, Cargo por energía (según franjas horarias punta: 17 a 23 hs. ), Cargo fijo. Tarifa Consumo Básico Residencial: Hasta 3,7 kw, y < de 230 kwh/mes. Un cargo fijo que incluye hasta 100 kwh/mes + Cargos extra por energía General: Cargo por Potencia Contratada, Cargo por energía (por franjas de consumo), Cargo fijo. (hasta 40 kw de potencia contratada) Alumbrado Público: Medido y no medido, simple o doble horario

7 Comprendiendo la factura de UTE Tarifas de UTE: Tarifas Medianos y Grandes consumidores + zafrales: 3-horario, obligatoria a partir de 40 kw contratados conceptos facturados: Cargos por potencia Cargo por energía en 3 franjas horarias Cargo o bonificación por energía reactiva y por pot. reactiva Cargo fijo Precios dependen del nivel de tensión, si es MC, GC o Zafral

8 MIX DE TARIFAS DE UTE CLIENTES POR TARIFA FACTURACIÓN POR TARIFA Facturación en MWh/mes Fuente: (2014(

9 Composición de la factura Ø Cargo fijo Ø Cargo por consumo de energía activa Medida: Cambio de tarifa Ø Cargo por potencia Medida: Aumento o reducción de la potencia contratada Ø Cargo por consumo de energía reactiva (si se mide) Medida: Corrección del consumo reactivo con cos φ = 1

10 Residencial Simple (Pliego UTE 13/1/) $ 6,877 $ 4,399 $ 5,517 Cargo fijo: 169,7 $/mes 1 a 100 kwh 101 a 600 kwh > 600 kwh Cargo por consumo de energía activa: escalonado Cargo por potencia: 52,6 $/kw Potencia contratada menor/igual 40 kw Cargo por reactiva: únicamente recargo para una relación Er/Ea> 0,426 (cos φ =0,92) Se aplica un % de recargo sobre el importe de energía activa. UTE puede no medir el consumo de esta energía.

11 Doble Horario Residencial Cargo fijo: 306,5 $/mes Cargo por consumo de energía activa: según horario $ 7,352 Punta $ 2,944 Fuera de punta Horario: Normal Verano Cargo por potencia: 52,6 $/kw Potencia contratada mayor/igual a 3,3 kw y menor/igual a 40 kw Cargo por reactiva: bonificación o recargo según la relación Er/Ea sea mayor o menor a 0,426 (cos φ =0,92) Se aplica un % de recargo sobre el importe de energía en horario punta. Bonificación máxima: 15,3%. UTE puede no medir el consumo de esta energía.

12 General Simple 4,675 $/kwh 5,367 $/kwh Cargo fijo: 182,4 $/mes 1 a kwh > kwh Cargo por consumo de energía activa: escalonado Cargo por potencia: 52,6 $/kw Potencia contratada menor/igual 40 kw Cargo por reactiva: únicamente recargo para una relación Er/Ea> 0,426 (cos φ =0,92) Se aplica un % de recargo sobre el importe de energía activa. UTE puede no medir el consumo de esta energía.

13 MEDIANOS CONSUMIDORES 1 Cargo fijo: 501,5 $/mes Cargo por potencia: $269,7/kW Cargo por consumo de energía activa: según horario 7,925 $/ kwh 3,481 $/ kwh 1,57 $/kwh Horario: Normal Verano Punta Llano Valle Cargo por reactiva: bonificación o recargo según la relación Er/Ea sea mayor o menor a 0,426 (cos φ =0,92) Se aplica un % de recargo sobre el importe de energía activa en horario punta y otro % de recargo sobre el importe de potencia. Bonificación máxima: 9,8% (importe energía activa en horario punta) y 26,4% (importe de potencia).

14 Auditoría de la Contratación comprendiendo la factura de UTE residencial, potencia contratada igual o menor a 3,7 kw, no se podrá superar más de dos veces los 230 kwh/mes, en los últimos doce meses (año móvil),

15 Auditoría de la Contratación comprendiendo la factura de UTE GC: POT > 200 kw y consumo mayor a kwh/mes

16 Auditoría de la Contratación comprendiendo la factura de UTE Facturación de Potencia en Tarifas Multihorario: SE FACTURA LA POTENCIA MÁXIMA DE CADA MES (de 15 ). Como mínimo se factura el 50% de la potencia contratada, pero en GC3 a GC5, el mínimo es del 70%.

17 Auditoría de la Contratación comprendiendo la factura de UTE POTENCIA MÁXIMA REGISTRADA SE FACTURA LA POTENCIA MÁXIMA DE CADA MES (de 15 ).

18 Auditoría de la Contratación comprendiendo la factura de UTE Facturación de Potencia en Tarifas Multihorario: SE FACTURA LA POTENCIA MÁXIMA DE CADA MES (de 15 ). Como mínimo se factura el 50% de la potencia contratada, pero en GC3 a GC5, el mínimo es del 70%. POTENCIA EXCEDENTARIA: 100% del precio correspondiente a cada kw, por cada kw demandado que no supere o iguale en 30% la potencia contratada en el tramo horario respectivo. 300% del precio correspondiente a cada kw, por cada kw demandado que resulte 30% superior a la potencia contratada en el tramo horario respectivo. Ejemplo:

19 Auditoría de la Contratación comprendiendo la factura de UTE Períodos horarios. El cargo por energía se distribuye en tres períodos horarios, durante todos los días que integran la factura mensual, de acuerdo al siguiente detalle. Durante el período en que rige la Hora Oficial habitual: horas Punta:de 18:00 a 22:00 hrs. horas Llano:de 07:00 a 18:00 y de 22:00 a 24:00 hrs horas Valle:de 00:00 a 07:00 hrs. Durante el período en que rige el adelanto de la Hora Oficial: horas Punta:de 19:00 a 23:00 hrs. horas Llano: de 00:00 a 01:00, de 08:00 a 19:00 y de 23:00 a 24:00 hrs. horas Valle: de 01:00 a 08:00 hrs.

20 Auditoría de la Contratación comprendiendo la factura de UTE CONVIENE ANALIZAR SI LA TARIFA CONTRATADA ES LA IDEAL De Tarifa General Simple a Medianos Consumidores

21 Auditoría de la Contratación comprendiendo la factura de UTE ENERGÍA REACTIVA:

22 Auditoría de la Contratación comprendiendo la factura de UTE RECARGOS Y BONIFICACIONES POR REACTIVA, SOBRE LA ENERGÍA PUNTA FACTURADA:

23 Auditoría de la Contratación comprendiendo la factura de UTE RECARGOS Y BONIFICACIONES POR REACTIVA, SOBRE LA POTENCIA FACTURADA

24 Auditoría de la Contratación comprendiendo la factura de UTE MEJORA DEL FACTOR DE POTENCIA: REDUCCIÓN DE RECARGOS U OBTENCIÓN DE BONIFICACIONES FACTOR DE POTENCIA LIMITE 0,92 tan φ = Q/P tan φ kvarh/kwh es rentable lograr el máximo factor de potencia, es decir cos φ = 1 En Uruguay -por ahora- no se penaliza el cos φ capacitivo, EXCEPTO EN GC3, GC4 y GC5. (Desde )

25 Auditoría de la Contratación comprendiendo la factura de UTE CARGOS POR REACTIVA INDUCTIVA Y CAPACITIVA Para los servicios comprendidos en las tarifas Triple Horario GC3, GC4 y GC5. Dicho indicador de factor de potencia se define como: Desde 3/, se cos(atan(e rqi + E rqiv )/Ea) empezó a considerar la reactiva capacitiva E rqi : Energía reactiva del Cuadrante I (valor absoluto), es decir energía reactiva consumida en el mes cuando se consume energía activa, expresada en kvarh. E rqiv : Energía reactiva del Cuadrante IV (valor absoluto), es decir energía reactiva entregada en el mes cuando se consume energía activa, expresada en kvarh. Ea Energía activa (valor absoluto) consumida en el mes, expresada en kwh

26 Auditoría de la Contratación comprendiendo la factura de UTE MEJORA DEL FACTOR DE POTENCIA: REDUCCIÓN DE RECARGOS U OBTENCIÓN DE BONIFICACIONES PRIMER APROXIMACIÓN AL DIMENSIONAMIENTO DE CONDENSADORES: Capacidad a instalar: Q -Q = P x (tan φ -tan φ) para cos φ = 1, φ = 0 y tan φ = 0, tan φ kvarh/kwh (de UTE) kvar a instalar P x kvarh/kwh Generalmente es conservador usar la P (kw) máx. demandada según registros de UTE, pero hay que cuidar no excederse en demasía y quedar capacitivo. Ideal: Registrar kw y KVAr, para dimensionar con mayor precisión.

27 Auditoría de la Contratación comprendiendo la factura de UTE MEJORA DEL FACTOR DE POTENCIA: REDUCCIÓN DE RECARGOS U OBTENCIÓN DE BONIFICACIONES Pasando de cos fi 0,89 / 0,95 a 1 Demanda 828 kw Tarifa: GC2

28 Auditoría de la Contratación comprendiendo la factura de UTE MEJORA DEL FACTOR DE POTENCIA:

29 Auditoría de la Contratación comprendiendo la factura de UTE MEJORA DEL FACTOR DE POTENCIA:

30 Auditoría de la Contratación comprendiendo la factura de UTE MEJORA DEL FACTOR DE POTENCIA: En redes con alta distorsión armónica, debe considerarse la eventual amplificación de la distorsión armónica.

31 Auditoría de la Contratación comprendiendo la factura de UTE MEJORA DEL FACTOR DE POTENCIA: TIPOS DE COMPENSACIÓN: INDIVIDUAL (POR CARGA) GENERAL: FIJA O AUTOMÁTICA

32 Auditoría de la Contratación comprendiendo la factura de UTE MEJORA DEL FACTOR DE POTENCIA: TIPOS DE COMPENSACIÓN: EN MEDIA O BAJA TENSIÓN

33 Auditoría de la Contratación comprendiendo la factura de UTE MEJORA DEL FACTOR DE POTENCIA: TIPOS DE COMPENSACIÓN: EN TIEMPO REAL CON FILTROS DE ARMÓNICOS

34 1) Tarifas de UTE: Ejercicios Un cliente de UTE, tiene las siguientes características: Pot. contratada 35 kw Pot. máxima registrada: 30 kw Consumo kwh/mes factor de potencia = 0,92 Actualmente esta encuadrado en la tarifa general simple. Calcular el precio monómico de la energía, el ahorro mensual, y en %, al pasar a MC1: a) si su distribución horaria de consumos es: P: 15%, V: 15%, Llano: 70%. b) si su distribución horaria de consumos es: P: 5%, V: 80%, Llano: 15%.

35 Ejercicios

36 2) Tarifas de UTE: Ejercicios Un cliente de UTE, tiene las siguientes características: Pot. contrada 250 kw (PC) Pot. máxima registrada: 350 kw Consumo kwh/mes factor de potencia = 0,92 Distribución horaria de consumo: P: 15%, V: 15%, Llano: 70%. Actualmente esta encuadrado en la tarifa GC1. Calcular el ahorro mensual, anual y en %, al aumentar su PC a: a) 400 kw, manteniendo la tarifa GC1 b) 400 kw, pero aumentando nivel de tensión (GC2)

37 Ejercicios

38 Auditoría de la Contratación comprendiendo la factura del Gas Natural

39 El poder calorífico es la cantidad de energía que la unidad de masa de materia puede desprender al producirse una reacción química de oxidación (quedan excluidas las reacciones nucleares, no químicas, de fisión o fusión nuclear). La mayoría de los combustibles usuales son compuestos de Carbono e Hidrógeno, que al entrar en combustión con el oxígeno del aire forman principalmente (CO 2 ) y agua (H 2 O) Los gases quemados (humos) salen a una cierta temperatura que generalmente esta por encima de los 100 ºC, por lo que el agua producida no se condensa, y se pierde el calor latente del vapor que se va con los humos.

40 Por ello se definen 2 poderes caloríficos: PCS: Poder Calorífico Superior poder calorífico superior para el calor total producido en la reacción de combustión completa PCI: Poder Calorífico inferior poder calorífico inferior para el calor realmente aprovechable, el producido sin aprovechar la energía de la condensación del agua SE PUEDE OPTAR POR UNO U OTRO, PERO ES NECESARIO INDICAR SI USAMOS EL SUPERIOR O EL INFERIOR.

41 -Valores pueden ir cambiando a lo largo del tiempo (según composición). -En algunos casos es relevante dar otros datos, por ej. % humedad y tipo de leña Fuente: MIEM

42 Los proveedores de los energéticos disponen de esta información actualizada (puede variar en el tiempo):

43 Para seleccionar un combustible hay varios factores que intervienen en la decisión: Precio por unidad de energía bruta Rendimiento de combustión Logística (se necesita un tanque? un espacio de acopio?, es por redes?) Posibilidad de fraude o hurto (en el suministro) Aspectos vínculados al mantenimiento del equipo que lo usa. Aspectos vínculados a la seguridad en el manejo y acopio, así como cumplimiento de disposiciones legales y reglamentarias (ej. bomberos).

44 Precio por unidad de energía bruta y Rendimiento de combustión Es relevante analizar el costo por unidad de energía útil. Una forma usual es: 1) Precio por unidad de energía bruta: Precio ($/lt) / PCI (kcal/lt) = $ / kcal 2) Rendimiento en su combustión: Eficiencias típicas: Combustible sólido: 65% a 90% Combustible gaseoso: 85% a 95% (o mas en calderas de condensación) Combustible líquido: 70% a 90%

45 Ejemplo: Se esta decidiendo la compra de una nueva caldera para agua caliente de un hospital, y se evalúan las siguientes opciones: a) Gas natural: 8300 kcal/m3, η= 93%, $ 18/m3 Costo por unidad de energía útil: 18/(8300x0,93)= $ 2,3 / 1000 kcal b) Fuel Oil Medio: 9576 kcal/l, η= 82%, $ 15/l Costo por unidad de energía útil: 15/(9576x0,82)= $ 1,9 / 1000 kcal A PESAR DE QUEMARSE CON PEOR RENDIMIENTO, EL FUEL OIL RESULTA 17% MAS BARATO POR UNIDAD DE ENERGÍA UTIL

46 LOS PRECIOS FUTUROS DE LOS ENERGÉTICOS SON IMPREDECIBLES. DE SER POSIBLE, UN MIX FLEXIBLE DE DISTINTOS ENERGÉTICOS ES LO IDEAL, PERO GENERALMENTE POCO PRÁCTICO O COSTOSO DE IMPLEMENTAR. CADA CASO, ES UN CASO. DEBE ANALIZARSE EL COSTO RELATIVO, PERO TAMBIEN LA CAPACIDAD LOGÍSTICA Y DE MANTENIMIENTO QUE TENGA LA ORGANIZACIÓN.

47 EJEMPLO DE FLEXIBILIDAD DE COMBUSTIBLES Requerimientos de logística de combustibles para la central Punta del Tigre, de todos modos prima el costo pero se tienen ambas opciones

48 Ejemplos de acopio de combustibles:

49 COSTOS DE GENERACIÓN DE VAPOR SECTOR INDUSTRIAL (2012) Fuente: Informe Encuesta Leña 2012, DNE, MIEM

50 COSTOS DE CALEFACCIÓN SECTOR RESIDENCIAL (2012) Fuente: Informe Encuesta Leña 2012, DNE, MIEM Fuente: Informe Encuesta Leña 2012, DNE, MIEM

51 COSTOS DE CALEFACCIÓN SECTOR RESIDENCIAL (2012) Fuente: Informe Encuesta Leña 2012, DNE, MIEM Fuente: Informe Encuesta Leña 2012, DNE, MIEM

52 Evaluación de costo cada 1000 kcal (útiles), para uso CALEFACCIÓN RESIDENCIAL, con diversos energéticos y tecnologías (4/) Fuente: SEG Ingeniería Fuente: SEG Ingeniería

53 En forma gráfica: Fuente: Informe Encuesta Leña 2012, DNE, MIEM Fuente: SEG Ingeniería 4/

54 COSTOS DE DISTINTOS TIPOS DE CALEFACCIÓN: Equivalentes a un panel eléctrico de 1500 W encendido durante 6 hora/día, 30 días al mes: Fuente: Informe Encuesta Leña 2012, Fuente: DNE, SEG Ingeniería, MIEM 4/

55 Como afecta la humedad de la leña? El PCI de la leña depende de su composición (Carbono, Hídrogeno, Oxígeno, Nítrógeno, Azufre, cenizas...y CH). Pero el CH (contenido de humedad) es un factor clave. Muchas veces se compra por precio, sin evaluar el CH.

56 Como afecta la humedad de la leña? Ej: Que conviene comprar, suponiendo que no tengo capacidad de almacenar y secar en mi predio? a) CH = 20%, a $ 2600/ton. b) CH = 45%, a $ 2000/ton. Simple regla de 3: a) $ 2, kcal $ x kcal b) $ 2, kcal $ x kcal $ 0,802/1000 kcal $ 0,975/1000 kcal La opción b) es 21,5% mas cara!

57 Como medir humedad de la leña? Lo ideal es envíar a un laboratorio las muestras (Ej. LATU o Facultad de Ingeniería). Esto permite tener gran confianza en la medición de CH (%), y es la mejor opción para compras grandes de leña. Sirve como arbitraje en caso que se pacten penalidades / bonificaciones, o rechazo de lotes según el CH (%) medido.

58 Como medir humedad de la leña? (Ejemplo de resultado obtenido).

59 Como medir humedad de la leña? Hay otros métodos más simples y rápidos, aunque menos precisos: a) medición con equipo portátil de húmedad, se sugiere cortar a 1/3 y medir allí y promediar distintas mediciones. b) Cortando aserrín grueso, a 1/3 de la punta, e ir pesando en balanza de precisión, hasta que se seque (no se note variación de peso). Así, la diferencia de pesos (final menos inicial), permitirá evaluar el CH en forma aproximada. Se sugiere validar estos métodos con ensayos de laboratorio.

60 Estacionamiento de la leña y reducción de CH La leña recién cortada: CH 60% (Base Húmeda) Luego va perdiendo su CH, por difusión y evaporación a la atmósfera. Se debe estacionar de forma que el aire (viento), fluya de manera que permita un secado mas rápido.

61 Ejercicios 3) Cambio de energético en caldera de vapor: Una caldera de Fuel Oil Medio (FOM: PCI = 9576 kcal/lt), cuyo rendimiento es de 87%, y que consume lts/mes, y su costo de O&M es de $ /mes y precio de FOM $ 21,2/lt Se quiere evaluar el cambio por una caldera a leña (PCI = 3000 kcal/kg), con rendimiento del 80%, y costo de O&M de $ / mes y la leña se compra a $ 3,2/kg. Calcular: a) Consumo futuro de leña (anual y mensual). b) Costo actual de FOM+O&M (anual y mensual). c) Costo futuro de LEÑA+O&M (anual y mensual). d) Comentar el resultado, evaluando pros y contras del cambio

62 Ejercicios

63 Ernesto Elenter Muchas Gracias