Five-O. Transformador Inteligente de Estado Sólido

Transcripción

1 Transformador Inteligente de Estado Sólido

2 Presentación Five-Overviews (Five-O) es una metodología creada por el Laboratorio de Investigación en Control Reconfigurable AC (LiCore), con el fin de extraer la información más relevante de un avance tecnológico dado, a partir de cinco perspectivas transversales: medioambiental, social, gubernamental, tecnológica y de mercado. La metodología Five-O sólo se aplica a aquellos adelantos tecnológicos que presenten altas expectativas para resolver una problemática medioambiental y/o social. Su objetivo es presentar el panorama completo de la tecnología en estudio, como base estratégica de toma de decisiones y para captar los recursos (material, financiero y humano) necesarios para su óptimo desarrollo y comercialización. Five-O es una herramienta que brinda a los interesados: Un panorama general de la tecnología. Introduce la problemática y la forma en la que la tecnología en estudio contribuye a resolverla. Una descripción de la tecnología. Abunda en los principales detalles técnicos de la tecnología en estudio. El estado de la técnica. Presenta una revisión del estado del arte, un análisis cienciométrico y patentométrico. Los impactos medioambiental, social, gubernamental, tecnológico y de mercado. Muestra los principales valores de la tecnología desde cinco perspectivas con el objetivo de identificar los beneficios, oportunidades, retos y riesgos potenciales. Esta sección también incluye recomendaciones extraídas de entrevistas realizadas a expertos relacionados con cada una de las perspectivas mencionadas; constituyendo información de primera mano que no se encuentre documentada aún y, que por lo tanto, no es del dominio público. El grado de innovación de la tecnología en estudio. Conclusiones y trabajo futuro. Permite determinar la mejor estrategia de gestión tecnológica, incluyendo alternativas de procuración de fondos y la recomendación final en cuanto a invertir o no en la tecnología en cuestión. En el presente documento se aplica la metodología Five-O a la tecnología del Transformador Inteligente de Estado Sólido (TIES). i

3 Responsables de la elaboración del Five-O y contacto Alejandro Espinosa Calderón Secretario del Consejo Directivo de LiCore a.espinosa@licore.org Fidencio Ulises García Gómez Departamento de Gestión Tecnológica LiCore división Morelia u.garcía@licore.org Natalia de Jesús Nila Olmedo Representante Legal de LiCore n.nila@licore.org Daisy Vargas Suárez Departamento de Comunicaciones d.vargas@licore.org Jorge Moreno Departamento de Investigación, Desarrollo e innovación (I+D+i) moreno@licore.org Este documento terminó de editarse en Marzo de 2015 y sus derechos están protegidos. ii

4 Agradecimientos El equipo de LiCore agradece la participación de todos los entrevistados. Gracias a su opinión, fundamentada en su vasta experiencia, han apoyado la integración de este estudio con base en la metodología Five-O. Así mismo, las valiosas aportaciones del Dr. Víctor Cárdenas Galindo. También se agradece a la Agencia para el Desarrollo Internacional del gobierno de los Estados Unidos (United States Agency for International Development From the American People USAID) por el apoyo financiero para la realización de este estudio a través del proyecto Smart Transformers: Towards a Mexican Smart Electric Grid, con el aval del Instituto Nacional del Emprendedor (INADEM), a la Organización LiCORE (apoyo FOG#: AID-523-F ) en el Mexican Partnership Program 2013 bajo la temática de Cambio Climático Global. iii

5 ÍNDICE GENERAL Pag. 1. RESUMEN EJECUTIVO 1 2. ANTECEDENTES 2 3. DESCRIPCIÓN DE LA TECNOLOGÍA 7 4. ESTADO DE LA TÉCNICA Estado del Arte Análisis Cienciométrico Análisis Patentométrico IMPACTOS Ambiental Beneficios Oportunidades Retos Recomendaciones Social Beneficios Oportunidades Retos Riesgos Recomendaciones Gubernamental Beneficios Oportunidades Retos Riesgos Recomendaciones Tecnológico Beneficios Oportunidades Retos Recomendaciones Mercado Beneficios Oportunidades Retos Riesgos Recomendaciones 26 iv

6 6. MERCADO POTENCIAL INNOVACIÓN CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO REFERENCIAS 32 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Beneficios de una SmartGrid. 2 Figura 2. Modulo constructor de una SmartGrids. 3 Figura 3. Esquema general de una SmartGrid. 5 Figura 4. Transformador convencional vs. Tecnología TIES. 5 Figura 5. Esquema general de un Transformador de Inteligente 7 de Estado Sólido (TIES). Figura 6. Sistemas embebidos con altas prestaciones de cómputo. 7 Figura 7. Interruptores de Carburo de Silicio (SiC). 8 Figura 8. Topología modular de tres etapas para un TES o TIES. 10 Figura 9. (a) Número de publicaciones por año; (b) Producción 11 científica por país, tecnología del TIES. Figura 10. Producción de patentes por país en tecnología TIES. 13 Figura 11. Segmentos del mercado de la tecnología del TIES. 27 Figura 12 Segmento de componentes de la tecnología TIES. 28 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1 Patentes relacionadas con la tecnología del TIES. 11 Tabla 2 Mercado del TIES por componentes aplicado a SmartGrids ($MDD). 28 Tabla 3 Mercado del TIES por zona geográfica aplicado a SmartGrids (Millones de Unidades). 28 Tabla 4 Elementos de Innovación de la tecnología del TIES. 30 v

7 1. RESUMEN EJECUTIVO La preservación del medio ambiente y los recursos naturales es uno de los principales retos de la sociedad moderna. El cambio climático representa una de las mayores amenazas para el desarrollo, bienestar humano e integridad del capital natural. Las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) contribuyen en gran medida al cambio climático, por lo que su reducción es uno de los temas de mayor relevancia en la agenda de los países comprometidos con superar el reto de lograr un desarrollo sostenible [1]. La producción de energía eléctrica es una de las principales fuentes de emisiones de GEI. La modernización del proceso es una de las acciones más demandadas en las regiones con mayor desarrollo a nivel mundial y tiene como meta contribuir a reducir el impacto medioambiental [2]. La planeación de los sistemas eléctricos de nueva generación estará sustentada por el concepto de redes eléctricas inteligentes, también conocidas por el anglicismo de SmartGrids. Se estima que para el 2030 las SmartGrids tendrán el potencial de reducir 9.87 MtCO2e de emisiones de GEI, lo cual corresponde aproximadamente a un 11.34% del potencial total estimado en el Sector de Energía Eléctrica, según la línea base del 2020 [3]. Este indicador revela que las SmartGrids tienen gran potencial para combatir el cambio climático, lo cual motiva a invertir en el desarrollo de esta innovadora tecnología. El (TIES) es considerado la piedra angular para la implementación de las SmartGrids [4]. Su función será reemplazar a los transformadores convencionales de distribución eléctrica en el esquema de operación de una SmartGrid. Esta tecnología presenta numerosas ventajas, entre las que resaltan: incremento en la eficiencia del proceso de distribución de energía eléctrica, mejora en la calidad de la energía, factibilidad para integrar energías renovables, posibilidad de incorporar estaciones de carga para coches eléctricos y comunicaciones dentro de la red eléctrica, entre otras. Además, se consideran elementos clave para permitir a mediano y largo plazo la incorporación de almacenadores de energía. Estas ventajas contribuirán a reducir los impactos medioambientales asociados a la operación de las actuales redes eléctricas. De acuerdo con un estudio de mercado realizado por la compañía MarketsandMarkets [5], se espera que la tecnología del TIES alcance un volumen de ventas por $5, millones de dólares (MDD) con una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 82.3% del 2012 al 2020 para el total de sus nichos de aplicación a nivel internacional. A nivel nacional, se estima un tamaño del mercado anual de $40 MDD [6], con ventas de hasta 13 MDD anuales con una inversión inicial aproximada de $2 MDD. Con estos datos se estima un VPN de $209.5 MDP con un ROI de 14.69% y un tiempo de retorno menor a dos años. Este documento presenta la aplicación de la metodología Five-O a la tecnología del TIES. Se muestra un panorama general; se describe la tecnología; el estado de la técnica; su impacto medioambiental, social, gubernamental, tecnológico y de mercado; el grado de innovación; y finalmente las conclusiones y recomendaciones para trabajo futuro. 1

8 2. ANTECEDENTES La quema de combustibles fósiles es el proceso más usado a nivel mundial para la generación de energía eléctrica. Este proceso provoca un rápido incremento en la concentración de dióxido de carbono (CO 2) en la atmósfera. El CO 2 es el principal responsable del efecto invernadero, que a su vez influye en el cambio climático del planeta. En México, se anticipa un incremento anual de 4.5% en el consumo de energía eléctrica, según la Prospectiva del Sector Eléctrico de la Secretaría de Energía (SENER) [7]. Asimismo, se estima que para 2020 la generación de energía eléctrica provendrá en un 76% de combustibles fósiles, 21% de energías renovables y el resto de otros medios [8]. La generación por combustibles fósiles será responsable de provocar el 10.71% del potencial de calentamiento global (PCG) en MtCO 2e esperado para la línea base del 2020 [9]. Para hacer frente a estas acciones, científicos y tecnólogos de diversas áreas han orientado sus actividades de investigación, desarrollo tecnológico e innovación (I+D+i) a la planeación de los sistemas eléctricos de nueva generación que estará sustentada en el concepto de SmartGrids. Actualmente no existe una definición única, universalmente aceptada, sobre este concepto. Grosso modo, puede mencionarse que son redes eléctricas con generación distribuida y centralizada, las cuales incorporan modernas tecnologías electrónicas que permiten mantener un flujo bidireccional de energía e integrar canales de comunicación y control para mejorar el transporte de electricidad desde los puntos de generación hasta el usuario final con el objetivo de operar eficientemente, minimizando costos e impactos ambientales y maximizando su confiabilidad, flexibilidad y estabilidad [10]. Figura 1. Beneficios de una SmartGrid. La transformación de una red eléctrica convencional a una SmartGrid implica la descentralización de los sistemas de generación, permitiendo la integración e interacción de sistemas de generación distribuida (como energías renovables y fuentes alternas) con el objetivo de mejorar e incrementar los niveles de calidad y servicio, además de contar con la participación del usuario en la toma de decisiones. De esta forma, el sistema principal de suministro eléctrico se convertirá en uno que tendrá la capacidad de monitorear y controlar el flujo de potencia para canalizarlo a los puntos de la red eléctrica donde sea necesario. También contará con la 2

9 habilidad de gestar nuevas formas de compensación ante las numerosas perturbaciones comunes en los sistemas eléctricos actuales. Adicionalmente la interacción con la red de comunicación (Internet) ofrecerá una vía de enlace entre la empresa suministradora de energía y el usuario del sistema eléctrico. La transformación de una red eléctrica convencional a una SmartGrid requiere que se integren funciones, tales como [11] : Medición inteligente Comunicaciones digitales Control y protección automática Manejo y visualización de datos Monitoreo y prevención Predicción y diagnóstico Modelado en tiempo real de la red eléctrica Integración de recursos renovables y almacenamiento El desarrollo más importante a nivel mundial sobre el tema de SmartGrids, el Future Renewable Electric Energy Delivery and Managment (FREEDM) System Center [12], estableció que para el esquema de operación de las futuras SmartGrids existen tres tecnologías que destacan como elementos fundamentales: 1) Interfaz plug-and-play que integre un bus de corriente directa (CD) de 400-V y el bus convencional de corriente alterna (CA) de 110/220/440-V. 2) Interfaz de comunicación basada en un estándar de libre acceso para intercomunicar todos los elementos de la SmartGrid. 3) Enrutador de energía que permita conectar el bus de distribución de 12-kV CA y lo transforme en los buses 110/220/440-V CA y 400-V CD. El sistema FREEDM contempla que estas tecnologías deberán estar integradas en un módulo que será el bloque constructor de las SmartGrids [13]. Este módulo estará representado por la tecnología del (TIES). 3

10 Figura 2. Modulo constructor de una SmartGrids. Al igual que el transformador convencional de distribución el TIES podrá elevar o reducir los niveles de voltaje en CA, suministrando aislamiento eléctrico, además de: Permitir flujo bidireccional de energía, lo cual facilitaría la instalación de sistemas de generación distribuida (paneles solares, aerogeneradores, microturbinas, etc.) y almacenadores de energía. Alimentar cargas en Corriente Directa (CD), lo cual permitiría la instalación de estaciones de carga para vehículos eléctricos en un futuro cercano. Modificar en línea características de magnitud de corriente, voltaje y frecuencia, lo que es equivalente a contar con un transformador capaz de responder a las fallas producidas en el lado de la red eléctrica o en el lado del usuario (caídas y subidas de voltaje, apagones cortos, etc.), realizando una compensación en línea. Mejorar la calidad de la energía, lo cual evitaría que fallas producidas en la red eléctrica se propaguen al usuario final, reduciendo así el costo de mantenimiento al proveedor de la electricidad. Distribuir eficientemente la energía, gracias la capacidad de comunicación del TIES. En el esquema de las futuras SmartGrids se espera que la central de energía pueda comunicarse a través del TIES con el usuario final, mediante medidores inteligentes y/o dispositivos móviles vía Wi-Fi. De esta forma se tendrá información más precisa sobre el consumo eléctrico del usuario final, lo que resultaría en la aplicación de mejores prácticas de producción y consumo en la red eléctrica. 4

11 Reducir considerablemente el peso y espacio físico ocupado, comparado con los transformadores convencionales de potencia equivalente su tamaño físico y peso es aproximadamente de 1:10, lo cual reduciría significativamente los gastos de transporte en las etapas de instalación, además de que sería más atractivo en esquemas de distribución industrial, comercial y de tracción motriz, tales como trenes, barcos y aviones. Reducir significativamente el uso de cobre, aceite mineral y otros líquidos dieléctricos que contaminan el medio ambiente y los mantos freáticos. En México, el robo de transformadores para extraer el cobre es una práctica común [14 y 15]. Esto representa una importante amenaza para el medio ambiente, pues su mal manejo durante el hurto ocasiona que se contaminen la tierra y los mantos freáticos al derramarse el aceite que contiene el transformador. Por el hecho de que el TIES podrá contener poca cantidad de cobre, NO resultará atractivo para su sustracción y, por lo tanto, NO representará un peligro para el medio ambiente. La función de la tecnología del TIES en una SmartGrid será reemplazar al transformador convencional de distribución eléctrica. Esta tecnología presenta numerosas ventajas sobre la convencional, entre las cuales resaltan: incremento en la eficiencia del proceso de generación y distribución de energía eléctrica, mejora en la calidad de la energía, factibilidad para integrar de energías renovables, posibilidad de incorporar estaciones de carga para coches eléctricos y comunicaciones dentro de la red eléctrica, entre otras. Además, se consideran elementos clave para permitir a mediano y largo plazo la incorporación de almacenadores de energía basados en ultracondensadores y súper inductores. Estas ventajas contribuirán a reducir los impactos medioambientales asociados a la operación de la actual red eléctrica nacional. 5

12 Figura 3. Esquema general de una SmartGrid. La tecnología del TIES fue señalada por la revista MIT Technology Review como una de las Diez más Importantes Tecnologías Emergentes de los Últimos Años [16]. Asimismo, el Institute of Electric and Electronic Engineering (IEEE) en su investigación sobre SmartGrids, la nombró Tecnología Disruptiva [17]. El transformador convencional de distribución eléctrica es una tecnología altamente eficiente que ha perfeccionado su funcionamiento a lo largo de los años a partir de su invento. Sin embargo, es una pieza clave que necesita evolucionar para poder integrarse a los futuros esquemas de distribución eléctrica más dinámicos. El TIES constituye la próxima generación en tecnologías de distribución eléctrica. Se trata de una tecnología innovadora que integrará los beneficios de los sistemas digitales y la electrónica de potencia dentro de las redes eléctricas. 6

13 Figura 4. Transformador convencional vs. Tecnología TIES. El TIES presenta numerosas ventajas sobre el transformador convencional de distribución, y es un hecho que se convertirá en un componente indispensable de las futuras SmartGrids. En México, existe muy poco trabajo en Investigación, Desarrollo e innovación para el desarrollo de esta tecnología emergente [18-20]. Por su parte, empresas y grupos de investigación en Estados Unidos (EE.UU.), Europa y Asia están invirtiendo millones de dólares en su desarrollo. Resulta indispensable invertir en el desarrollo de esta INNOVADORA tecnología, a fin de acondicionarla a las necesidades de la red eléctrica nacional y contribuir a su transformación en una SmartGrid y de esta manera combatir el cambio climático mediante la disminución de GEI. 7

14 3. DESCRIPCIÓN DE LA TECNOLOGÍA El TIES es un sistema esencialmente electrónico, a diferencia del transformador convencional, que es puramente eléctrico. Su tecnología está conformada por una topología en cascada denominada de tres etapas [21], como se muestra en la Figura 5. La primera etapa de la topología está conformada por un convertidor de energía CA/CD, es la parte encargada de interconectar el bus de energía de alto voltaje; la segunda etapa consiste en un convertidor de energía CD/CD con aislamiento de alta frecuencia (TAF), la parte encargada de fungir como enlace galvánico; finalmente, la tercera etapa está conformada por un convertidor de energía CD/CA, encargado de proporcionar el bus de bajo voltaje al lado del usuario. La tecnología también integra una plataforma para control de todos los convertidores (CA/CD, CD/CD y CD/CA); la cual tiene capacidad de comunicación y es denominada Plataforma de Control y Comunicación (PCC). Figura 5. Esquema general de un Transformador de Inteligente de Estado Sólido (TIES). La PCC requiere un microprocesador de última generación con altas prestaciones de cómputo, que dote al TIES de sus funciones inteligentes. De acuerdo al estudio realizado por el IEEE, se espera que la comunicación inalámbrica se realizará mediante la tecnología Wi-Fi y la alámbrica con la tecnología de Power Line Communications (PLC) [17]. La PCC también estará encargada de gestionar la interacción con los sistemas que integran la SmartGrid, tales como: paneles solares, aerogeneradores, sistemas de almacenamiento de energía, carga de coches eléctricos, etc. Dentro de sus componentes principales, la tecnología del TIES integra los siguientes dos elementos diferenciadores como su principal ventaja: 1. Microprocesador con altas prestaciones de cómputo; componente electrónico que permite incorporar todos los beneficios del mundo digital en forma de nuevos procesos y servicios, que contribuirán a la transformación de la red eléctrica convencional en SmartGrid y al del concepto del transformador convencional actual. Figura 6. Sistemas embebidos con altas prestaciones de cómputo. 8

15 2. Interruptores de potencia basados en semiconductores de última generación (séptima generación de Silicio y dispositivos basados en Carburo de Silicio o SiC). Estos dispositivos permiten reducir las pérdidas de operación, incrementando la eficiencia y reduciendo el costo y el tamaño del TIES. Estos dispositivos recientemente han entrado al mercado y su disponibilidad comercial es un elemento clave para el desarrollo de la tecnología del TIES. Figura 7. Interruptores de Carburo de Silicio (SiC). Desde el punto de vista técnico, implementar la topología de tres etapas presenta los siguientes retos a resolver: Técnicos Aplicar técnicas de conversión de energía en alto voltaje Desarrollar el convertidor CD/CD con transformador de enlace de alta frecuencia Desarrollar la plataforma de control con capacidad de comunicación inalámbrica, alto poder de cómputo, compacta y económica Integra los convertidores de alto voltaje (CA/CD, CD/CD y CD/CA) con la plataforma de control con capacidad de comunicaciones para conformar el TIES Lograr una eficiencia de conversión de energía superior al 95% Mantener un tamaño y peso reducido Disipar el calor del tanque contenedor del TIES Científicos Desarrollar técnicas de control distribuido en SmartGrids Desarrollar algoritmos de control adaptivo para las distintas problemáticas de la red eléctrica 9

16 4. ESTADO DE LA TÉCNICA 4.1 Estado del Arte El concepto de un transformador de energía eléctrica basado en dispositivos de estado sólido fue presentado por primera vez en la década de los 1950 [22]. El propósito inicial de esta tecnología era convertir de alto voltaje a bajo voltaje en CA con la misma funcionalidad de un transformador convencional. Desde entonces, el concepto de transformador de estado sólido (TES) ha mejorado significativamente. En 1970, la empresa transnacional General Electric (GE) patentó una configuración de enlace electromagnético de alta frecuencia en CA [23], que posteriormente se utilizaría para introducir el denominado Transformador Electrónico [24]. Entonces, la única ventaja que ofrecía esa tecnología era la reducción de peso, debida a la integración de un transformador de enlace de alta frecuencia (TAF). Actualmente, el TAF es la base de la mayoría de los TES y TIES modernos. Posteriormente, durante los la década de los 80s, investigadores de la Marina de EE.UU. propusieron una topología que lograba la reducción de un voltaje de entrada [25]. Esta idea fue trabajada en 1995 en el Electric Power Research Institute (EPRI) [26]. Sin embargo, esos trabajos derivaron prototipos que operaban en niveles de voltaje y potencia con órdenes de magnitud muy por debajo de los niveles de una red de distribución. A partir de 1990, la tecnología del TES logró un progreso significativo. En 1996, se introdujo la idea de un transformador inteligente [27], el cual no sólo reducía significativamente el tamaño del transformador mediante el uso del TAF, sino que también integraba funcionalidades adicionales como voltaje y potencia constante, logradas mediante técnicas de control. Esta topología fue implementada en una unidad de 200V a 3kVA y reportó una eficiencia del 80% como una de sus mayores desventajas. De 1997 a 1999, en la Texas A&M University (TAMU) [28-32], se inició el estudio de topologías que presentaban como beneficios la reducción de tamaño del transformador y un factor de estrés más aceptable en los dispositivos de conmutación. Sin embargo, no proporcionó ningún beneficio en términos de control y mejora de calidad de la energía. En 1999, una nueva topología de TES basada en tres etapas fue patentada por Sudhoff [33] y ampliamente analizada por su grupo de trabajo [34 y 35]. Esta topología es la más empleada actualmente para el desarrollo de TES. De 1995 a la fecha, el EPRI ha trabajado en un magno proyecto en conjunto con las empresas ABB, Emerson Electric, University of Missoury, University of Wisconsin Madison, TAMU y University of Virginia Tech para el desarrollo del Transformador Inteligente Universal (del Inglés Intelligent Universal Transformer, IUT ) [36-40]. Tal propuesta consiste en reemplazar al transformador convencional de distribución con un sistema multinivel basado en electrónica de potencia, que sea controlable e inteligente, que pueda proveer de múltiples funciones, tales como transformación de voltaje, regulación de voltaje, voltajes comerciales no estándares (CD o 400Hz CA), corrección de caídas de voltaje, en mejorar la calidad de la energía e integrar sistemas de supervisión, control y adquisición de datos (SCADA) en tiempo real. En los años probaron un modelo monofásico IUT de laboratorio para transformar de 2.4kV a 120/240V con 20kVA [40]. El prototipo fue diseñado usando dispositivos semiconductores disponibles en el mercado para probar el diseño conceptual del sistema propuesto. Es en este punto que nace el concepto de un transformador inteligente, como consecuencia de integrar una tarjeta de control con capacidad de comunicación a una red eléctrica. 10

17 Avances recientes en la tecnología de semiconductores han hecho posible el desarrollo de dispositivos de carburo de silicio (SiC) [41], una tecnología con mayores capacidades de voltaje y conmutación que los tradicionales dispositivos de silicio (Si). Esta tecnología ha llegado principalmente para reemplazar al Si en aplicaciones de alto voltaje y altas frecuencias de conmutación. Esta característica resulta ideal para el desarrollo de topologías más simples de TES, para aplicaciones en distribución eléctrica [42]. Por este rumbo se pueden encontrar los principales avances tecnológicos de TES, principalmente desarrollado por el grupo del Dr. Huang en el FREEDM [43 y 44]. Sin embargo, la tecnología basada en dispositivos de estado sólido tipo SiC todavía se encuentra en etapa de investigación y sus costos son muy elevados, debido al bajo volumen de consumo a nivel comercial. En lo que respecta a topologías de TES basadas en tecnología de dispositivos de conmutación más asequibles [45 y 46] y con la capacidad de proporcionar todas las funcionalidades deseadas, se puede destacar la denominada de tres etapas propuesta en [21] y que se muestra en la Figura 8. Figura 8. Topología modular de tres etapas para un TES o TIES. La tecnología SiC ha llegado principalmente para reemplazar al silicio (Si) en aplicaciones de alto voltaje y altas frecuencias de conmutación. Sus características resultan ideales para desarrollar una tecnología TIES más avanzada. 11

18 4.2 Análisis Cienciométrico El TIES es una tecnología con gran potencial de explotación en investigación, desarrollo e innovación (I+D+i). De acuerdo con un análisis cienciométrico, realizado en el año 2015 por LiCore, se encontró que existe una cantidad menor a 200 publicaciones relacionadas con el tema, entre revistas, artículos y tesis. En los últimos años, el interés a nivel mundial por el desarrollo de esta tecnología ha aumentado (68.34%), gracias a los recientes avances en tecnologías de materiales para dispositivos de conmutación (SiC), tal como se observa en la Figura 9a. Del total de publicaciones, un porcentaje muy bajo (1.18%) corresponde a trabajos realizados en México [16-20], como se muestra en la Figura 9b. (a) 12

19 (b) Figura 9. (a) Número de publicaciones por año; (b) Producción científica por país, tecnología del TIES. 4.3 Análisis Patentométrico En la Tabla 1 se presentan algunos de los elementos arrojados en una primera búsqueda realizada en la base de datos del Instituto Mexicano de la Propiedad Intelectual (IMPI) [47], para las siguientes palabras clave: Transformador de Estado Sólido (TES); Transformador Inteligente (TI); Transformador Inteligente de Estado Sólido, Transformador de Alta Frecuencia; Plataforma de Control y Comunicaciones para TES/TI/TIES. Tabla 1 Patentes relacionadas con la tecnología del TIES. Id Título Inventores Asignado Fecha Número de Patente 1 Power Converter Circuits Having a High W. McMurray General Electric Junio Frequency Link Company Deep Diode Solid State Transformer Anthony; Thomas R. General Electric Company Febrero 1975 US Solid-State Power Transformer Circuit Gang Liu Michael P. Polis Beijing Wang 4 High Power Factor Electronic Transformer System for Gaseous Discharge Tubes Wayne State University Junio 1992 Guang Liu Bertonee, Inc. Julio Solid State Transformer Scott D. Sudhoff ABB Power T&D Company Inc. 6 Multifunction Hybrid Intelligent Universal Transformer Jih-Sheng Lai Arshad Mansoor Arindam Maitra Frank Goodman Electric Power Research Institute Inc. Agosto 1999 Octubre 2005 US A US A US A US B2 13

20 7 Multilevel Converter Based Intelligent Universal Transformer 8 Soft Switching Power Electronic Transformer 9 Soft Switching Power Electronic Transformer Jih-Sheng Lai Arshad Mansoor Arindam Maitra Frank Goodman Ranjan Kumar Gupta Mohapatra Ned Mohan Castelino Basu Ranjan Kumar Gupta Mohapatra Ned Mohan Castelino Electric Power Research Institute Inc. Regents of the University of Minnesota Regents of the University of Minnesota Mayo 2006 Enero 2011 Mayo 2013 US B2 US A1 US B2 Figura 10. Producción de patentes por país en tecnología TIES. Estos análisis muestran que México está muy atrás en el desarrollo de la tecnología del TIES y requiere de inversión para formar parte de la carrera internacional de las SmartGrids. 14

21 5 IMPACTOS A continuación se presentan los principales testimonios recabados, a partir entrevistas llevadas a cabo de mediados de 2014 a inicios de 2015, en una muestra plural de actores de los sectores AMBIENTAL, SOCIAL, GUBERNAMENTAL, TECNOLÓGICO y de MERCADO en México, en torno al desarrollo del TIES y aplicaciones relacionadas, como la SmartGrid. 5.1 Ambiental Mtro. Alberto Rojas Rueda (ARR) - Coordinador de Campaña de Energía y Cambio Climático, Greenpeace México, A.C. (Organización global de campañas fundada en 1971, que lucha por la protección y la conservación del medio ambiente y que promueve la paz). Lic. en Medicina. y Lic. en Ciencias Políticas y Gobierno, UNAM. Especialista en manejo integrado de residuos sólidos municipales y peligrosos, Medio ambiente y naturaleza, CENICA-INE/JICA. Especialista en Política Energética y Medioambiental, Ciencias Políticas y Gobierno, Facultad Latinoamericana de Ciencias Sociales. Maestro en Gestión y Auditoría Ambiental, con especialidades en Manejo de Residuos y Contaminación Marina, Universitat Politècnica de Catalunya. Cuenta con trece años de experiencia profesional en temas relacionados con política ambiental. Ha trabajado en el Poder Legislativo Federal (Comisión de Medio Ambiente y Recursos Naturales), en gobiernos locales (estatales), así como para organismos internacionales y no gubernamentales como consultor independiente, desarrollando exitosamente proyectos relacionados con cambio climático, calidad del aire, gestión integral de residuos y otros relacionados con la gestión ambiental. Ha ofrecido cursos de negociación y manejo de conflictos ambientales, así como impartido cátedra de política y derecho ambiental a nivel universitario. Ing. Vicente Estrada Cajigal (VEC) - Gerente General, Solartronic (Empresa ubicada en México y fundada en 1990, dedicada a la comercialización de equipos y sistemas fotovoltaicos). Ing. Mecánico, UNAM. Ha publicado más de 40 artículos técnicos relacionados con la energía solar. Ha publicado la columna LIBRESPACIO en el Diario de Morelos y en el periódico UNO Más UNO con más de 30 artículos con temas diversos de interés general. Es co-autor del libro, Solar Energy The State of The Art, publicado por ISES (2001). Ha dirigido tres tesis de Licenciatura y dos de Especialidad. Miembro Fundador de la Asociación Nacional de Energía Solar, A.C. Miembro fundador de la Asociación de la Industria del Software, A.C. Miembro patrocinador plateado de la International Solar Energy Society. Fue representante de México ante la Red Iberoamericana de Solarimetría (RISOL) de Ha sido Conferencista invitado de la Universidad del Bajío (León, Guanajuato), de la Universidad Nacional 15

22 Autónoma (Heredia, Costa Rica), de la Universidad Nacional de Salta (Salta, Argentina) y de la Universidad Iberoamericana (Santa Fe, México, D.F.) así como en diversos eventos nacionales e internacionales con los temas de Evaluación del Recurso Solar, así como de Comercio Electrónico. Ha sido consultor externo para el Centro de Investigación en Energía y del Instituto de Ingeniería, ambos de la UNAM, así como de la Comisión Federal de Electricidad, Sandia National Laboratories y del National Renewable Energy Laboratory en EE.UU. Por su destacada actividad en el aprovechamiento de la red Internet, ha sido entrevistado por las revistas Alto Nivel y Expansión (2000). Se hace referencia en el libro.com probado a la empresa Victeck Internet (México, 2002) por su experiencia en el Comercio Electrónico. Creador de los buscadores: mexicoglobal.com, avispanet.com y metabuscador.com.mx que fueron nominados en el Top 10 de los Premios i-best a lo más destacado en Internet ( ) Beneficios ARR: Es necesario desarrollar infraestructura para soportar nuevos mecanismos de generación que puedan ser domiciliarios o a pequeña escala y que la red pueda soportar el ingreso de esa energía. La Estrategia Nacional de Energía está dirigida a las grandes empresas, no para la sociedad en general. En Alemania, en contraste, más del 30% de la generación eléctrica es por personas físicas desde sus domicilios y eso sí es democratizar la energía. Para los ciudadanos sería ideal que en los condominios, casas habitación o ranchos pudiera haber generación de energía, ya sea solar, eólica o híbrida e ingresar al sistema eléctrico nacional. Entonces efectivamente se reduciría la dependencia del país, habría seguridad energética y bajarían los costos. VEC: Las Redes Eléctricas Inteligentes (SmartGrids) traen como principal beneficio la eficiencia del sistema. El mayor impacto es cuando estos sistemas aprovechan las energías renovables, como la eólica o solar. La eficiencia resulta al evitar pérdidas por transmisión y distribución, ya que al existir una Red Inteligente hay mayor control de energía Oportunidades ARR: En lo que respecta al mercado, fomentar la parte de responsabilidad social empresarial a través de dos vías: responsabilidad extendida del productor y comercializador, donde ofrezcan que cuando se venda un producto, cuenten con la garantía de que al ser inútil se brinde el servicio de retirarlo, regresarlo a la planta y reaprovecharlo. Serían la única empresa que lo hace y tendrían un valor que muchas organizaciones les reconocerían Retos ARR: Las normas para promover las Redes Inteligentes ya están en revisión; y ya está previsto en la nueva legislación y reglamentación, pero en temas de energías renovables todavía no, porque la legislación aprobada no incluyó un paquete de fomento a renovables. VEC: Muchas veces son empresas transnacionales las que aprovechan los recursos gubernamentales bajo el esquema de innovación, cuando lo que hacen simplemente es cambiar su maquinaría obsoleta por una más nueva. 16

23 Las políticas públicas no se adaptan a las necesidades y circunstancias del emprendedor nacional y en ese sentido, México tiene que replicar casos de éxito de otros países, como Estados Unidos, donde es muy común el capital de riesgo, como forma de financiamiento Recomendaciones ARR: Luego de aprobarse en la Cámara de Diputados, está en discusión en el Senado. La petición y recomendación es para que organizaciones como ustedes cabildeen, ya que su mercado está dirigido a generación distribuida de energía eléctrica, y esa iniciativa de ley permitirá que haya Redes Inteligentes relacionadas a la generación distribuida. Otra recomendación es buscar un mapeo de actores u organizaciones aliadas que puedan potenciar sus intereses, y con las que puedan hacer alianzas, tales como: el Centro Mexicano de Derecho Ambiental (CEMDA) o Latin American Climate Action Network o Pronatura. VEC: Es muy importante seguir trabajando en este sistema, porque las energías renovables y los sistemas fotovoltaicos se seguirán instalando y habrá millones de sistemas en el país. Si no se tiene una red inteligente en el país, difícilmente se podrá controlar la generación y distribución de energía. Aprender de casos de éxito de transferencia de tecnología, como fue el caso de los aerogeneradores de la empresa Gamesa, que en su momento no tenían el conocimiento necesario para implementarlos, pero hubo una transferencia de tecnología y en algún momento se vuelve independiente y ahora es exitosa en ese mercado. 5.2 Social Ing. José de Jesús Celis Alarcón (JJCA) - Secretario General, Asociación Nacional de Energía Solar (ANES) (Sección mexicana de la Sociedad Internacional de Energía Solar; fomenta el uso de tal energía en sus manifestaciones directa e indirectas). Ingeniero Mecánico, ITESM. Cuenta con el Premio ASME Petroleum Division 2001; Premio Emprendedores Tecnológico de Monterrey 2004; Premio Invest Mexico 2008, otorgado por el Sistema de Aceleradoras de Negocios del Tec de Monterrey y la Arizona State University. Ha sido finalista en el Concurso para Innovación en Energía por parte del Banco Interamericano de Desarrollo y la República de Corea del Sur en 2009; así como en el V Premio Santander a la Innovación Empresarial. Ha desarrollado diversos proyectos de energía solar, eólica, biogás y eficiencia energética. Por su experiencia profesional ha sido acreditado como Consultor ante el Catálogo Nacional de Capacitadores de la Secretaría del Trabajo y Previsión Social, así como Evaluador Acreditado del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT). 17

24 Es ex becario de Energía del Programa American Council of Young Political Leaders del Departamento de Estado del gobierno de Estados Unidos. Además del cargo directivo en la ANES, actualmente es Gerente de Energía en Honeywell México. Lic. Miguel Ángel de la Vega Arévalo (MAVA) Consultor, Sustenta Ciudadanía, Consultoría y Acompañamiento para OSC (Consultoría que asesora proyectos sociales e iniciativas de incidencia para que puedan ser sustentables en el largo plazo). Administrador de Empresas, UIA. Cuenta con estudios de especialidad realizados en México y Chile. En su carrera profesional se ha dedicado de forma exclusiva al trabajo con organizaciones de la sociedad civil (OSC). Entre su experiencia destaca su trabajo en el Distrito Federal con el Centro Mexicano para la Filantropía (Cemefi) y la Fundación Pro Niños de la Calle; en Puebla, con el Instituto Poblano de Readaptación, A.C. (Ipoderac); y, en Puerto Vallarta, como Director Ejecutivo de la Fundación Punta de Mita. Su más reciente colaboración fue como Director Ejecutivo de Alternativas y Capacidades, A. C. Ha participado en procesos de incidencia y articulación sobre el marco fiscal federal para la reforma fiscal y con la Red por la Infancia y la Adolescencia Puebla, para la promulgación de la primera ley estatal sobre derechos de la infancia. Ha asesorado a y colaborado con redes de OSC, así como con fundaciones y donantes diversos, nacionales e internacionales, incluyendo dependencias gubernamentales y programas universitarios, en México, Chile y Estados Unidos. Actualmente, además de sus proyectos de consultoría y clases universitarias, participa en un proyecto de investigación sobre el marco legal de fomento a la sociedad civil en conjunto con el International Center for Non-Profit Law en Washington, D.C. e investigadores de seis países de América Latina Beneficios MAVA: En lo que se refiere a la eficiencia en el uso de energía, generará mayor transparencia y rendición de cuentas por parte de la CFE. Si contamos con transformadores más eficientes, el costo para el usuario final podría ser menor, y de esa manera, el beneficio no sólo sería para los hogares, sino también para que México sea más productivo y competitivo Oportunidades JJCA: Un nicho de oportunidad son las empresas que consumen grandes volúmenes de electricidad. Hay compañías que pagan hasta 6 millones de pesos de luz al mes. Lo recomendable es hacer primero el plan de negocios en cualquier institución, pero lo ideal es que lo evalúe el Tec de Monterrey, porque por algo el Instituto de Investigaciones Eléctricas, órgano desconcentrado de la CFE firmó un convenio de colaboración para que revisen sus planes de negocios. MAVA: El ahorro en términos de energía es la principal oportunidad que puede surgir a corto plazo Retos 18

25 JJCA: El tema del monitoreo es un punto medular, porque cerca de 17% de pérdidas no son técnicas, sino por robo de electricidad. El reto es cómo poder ampliar el monitoreo de la demanda eléctrica que tienen algunas zonas, pero es un problema de falta de recursos económicos, por tal motivo muchos de los proyectos se encargaban al Instituto de Investigaciones Eléctricas o a la UNAM, porque los precios eran más accesibles. El problema es que son pérdidas no técnicas, por robo o también por gente que no paga. Es un problema serio, hay que dar subsidios quieran o no, en las grandes ciudades lo vemos de una manera muy simple, por ejemplo los tianguistas que cuelgan los cables y están robando electricidad, pero la CFE no tiene la suficiente capacidad para cortar todos esos cables y cuando algunos gobiernos lo han intentado, se han metido en serios problemas. No es tanto un problema técnico, sino social y político. Si queremos tener una red eléctrica confiable, es necesario quitar subsidios, ese es el grave problema. Pero, qué va a pasar con toda la gente que vive con menos de un dólar o menos a la semana. Otro reto es el tema de normas, al desarrollar algún tipo de tecnología, tiene que ser validada por el Laboratorio de Pruebas, Equipos y Materiales (LAPEM) de la CFE, y ese trámite cuesta tiempo y dinero. MAVA: Las organizaciones civiles tienen que fortalecer su sistema, porque algunas carecen en la capacidad de incidir en política pública, con herramientas como el conocimiento técnico, no sólo sobre tecnología sino del ciclo de política pública, saber ante quién presentar las demandas y cómo construirlas de manera profesional para poder incidir de manera efectiva. La articulación con otros entes sociales es de suma importancia Riesgos JJCA: El principal riesgo es que un gran competidor llegue a abaratar sus costos, por eso es recomendable tomar cursos de capacitación de negocios con energía, identificar quién va a ser su mercado. MAVA: Se tendría que analizar el factor costo-beneficio, ver cuánto sería la inversión en la producción de esa tecnología, así como también los costos de mantenimiento. Asimismo, se debe tener cuidado de los posibles monopolios que pudieran surgir de la implementación de esos sistemas. Podría pasar que más que favorecer la democratización de esta tecnología, en algún momento la privaticen. Otro riesgo es qué tanta sea la dependencia de tecnología externa, lo cual nos puede hacer vulnerables. Tal es el caso de las variaciones del dólar Recomendaciones MAVA: Hay que maximizar el rendimiento de la producción para poder competir con el extranjero. En el peor de los escenarios, que no se pudiera competir por ejemplo con China o India, puede resultar conveniente asociarse con empresas de allá. Finalmente, se tiene que trabajar en cómo se difunden los temas de tecnología, pues hay mucho desconocimiento sobre el tema y a veces es necesario traducir la información a conceptos de beneficio. 19

26 5.3 Gubernamental Ing. Israel Jáuregui Nares (IJN) - Director General Adjunto de Gestión para la Eficiencia Energética, Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía (CONUEE) (Órgano administrativo desconcentrado de la Secretaría de Energía, dedicado a promover la eficiencia energética y fungir como órgano técnico en materia de aprovechamiento sustentable de la energía). Ingeniero Mecánico Electricista, UNAM donde también realizó estudios de posgrado en Ingeniería Energética. Ha destacado en temas de Ahorro de Energía. En una primera etapa trabajó por más de 10 años en la Comisión Nacional para el Ahorro de Energía, como Director de Prospectivas y Desarrollo de Proyectos. Posteriormente se desempeñó como Gerente de Eficiencia Energética de Grupo Salinas donde desarrolló un exitoso programa de eficiencia energética, con el cual ganó el Premio Nacional de Ahorro de Energía en sus ediciones 2010 y A partir de marzo del 2013 es Director General Adjunto de Gestión de la Eficiencia Energética de la Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía. Mtro. Nahúm Román Vargas (NRV) - Jefe de la Unidad de Ingeniería Avanzada, Subdirección, Centro Nacional de Control de Energía (CENACE) (Operador del Mercado Eléctrico Mayorista, encargado de asegurar el funcionamiento confiable de las redes de Transmisión y las redes Generales de Distribución, así como la Operación Eficiente del Mercado). Ingeniero Electricista, IPN. Maestro en Ciencias en Ingeniería Eléctrica, IPN. A partir de 1992 ha colaborado en el CENACE, en las siguientes áreas y posiciones: Área de Control Oriental: Ingeniero Analista de Redes Eléctricas; Supervisor de Turnos de Operación; y Jefe del Departamento de Análisis. Subdirección: Jefe del Departamento de Aplicaciones en Tiempo Real; Auxiliar Técnico Especializado; y actualmente es el Jefe de la Unidad de Ingeniería Avanzada. Adicionalmente, publica regularmente en Congresos desde Beneficios IJN: La implementación de esta tecnología será un cambio importante en la sociedad mexicana y del mundo. Tener una Red Inteligente permitirá hacer más eficientes los sistemas de generación, transmisión, distribución y comercialización de la energía eléctrica. NRV: Cuando se habla de altas potencias, el impacto es principalmente en el control del voltaje de la red, de frecuencia y la distribución de flujos de potencia en las redes eléctricas. Cuando se trata de tecnología intermitente, se le da un pronóstico por los impactos que pudiera tener en la planeación de la operación Oportunidades 20

27 IJN: Con la reforma energética, se planteó que la instancia para las licitaciones ya no será la CFE y apenas se está haciendo el cambio para que el Centro Nacional de Control de Energía (CENACE) sea la instancia reguladora, que trabaje de manera independiente y se realicen las licitaciones bajo el nuevo régimen legal. NRV: La Secretaría de Energía está desarrollando un Atlas y un Inventario Nacional de Energías Renovables, que se refiere a la potencialidad de diferentes partes del país. De esa manera, se podrá ver el mapa de la República e indicará la densidad de radiación en cada región durante el año. Esto va dirigido a los desarrolladores o inversionistas. (El proyecto está basado en un programa implantado por Estados Unidos, en donde cualquier inversionista o emprendedor podrá buscar qué políticas o financiamientos aplican de acuerdo a la zona o estado donde se pretenda desarrollar) Retos IJN: La implementación de este tipo de red requiere de un complejo sistema con servidores, computadoras y actuadores. Pero el principal reto es la educación, ya que es necesario enseñarle a los usuarios de energía la potencialidad de una REI, así como sus beneficios y riesgos. NRV: Falta más difusión en cuanto a las facilidades que otorga el gobierno a desarrolladores de tecnologías limpias, tanto en políticas públicas como financiamientos Riesgos IJN: En el aspecto técnico, sería que los organismos involucrados en el sector eléctrico, como los proveedores de productos y servicios y reguladores, no avanzaran a la misma velocidad que el desarrollo tecnológico. NRV: Sí hay riesgos, porque requerimos mediciones cada vez más precisas y rápidas del comportamiento de la red eléctrica Recomendaciones IJN: Para poder competir, los nuevos desarrolladores de estas tecnologías deben de estar a la par de las empresas trasnacionales. Que sus productos cumplan con la normatividad y que puedan ser medidos por sus estándares de calidad. NRV: Dar difusión en las escuelas para que esto detone: que en las matrículas y contenidos haya más temas sobre energías renovables. Y al tratarse de soluciones de mediano y largo plazo, primero se debe formar el cuerpo técnico. En segundo lugar, es importante realizar asociaciones con las escuelas, para implementar nuevos desarrollos y complementarse con los conocimientos y especialidades en cada área. Además, es importante hacer vínculos con el Instituto de Investigaciones Eléctricas. 5.4 Tecnológico 21

28 M. en C. Carlos Gustavo Azcárraga Ramos y M. en C. Miguel Ángel Zapata Azarcoya (CGAR-MAZA) Jefes de proyectos, Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) (Centro de investigación del Sector Energía, dedicado principalmente a las áreas eléctrica y energética de México, y constituido como organismo público descentralizado de la Administración Pública Federal). Carlos Gustavo Azcárraga Ramos es Ingeniero Electromecánico egresado con Honores del Instituto Tecnológico de Zacatepec ( ) y Maestro en Ciencias en Ingeniería Eléctrica con Mención Honorífica, IPN ( ). En 1996 ingresó al programa de Adiestramiento en Investigación Tecnológica (AIT) en el IIE, en la línea de transformadores y equipo primario de subestaciones. Ahí se capacitó en técnicas de instrumentación virtual y en el modelado de equipo eléctrico de alta tensión mediante simulación por el método de elemento finito y por EMTP. Asimismo, durante este periodo participó en el diagnóstico en línea y fuera de línea de transformadores de potencia, máquinas eléctricas rotatorias y equipo primario de subestaciones de fabricantes nacionales e internacionales, instalados en refinerías de PEMEX y en centrales generadoras y subestaciones de la CFE. En 1997 fue contratado por la Gerencia de Equipos Eléctricos del IIE, donde hasta hoy se desempeña como Jefe de Proyecto, implantando nuevas técnicas de evaluación de la integridad mecánica y dieléctrica de transformadores y equipo primarios de subestaciones. Ha dirigido becarios de Adiestramiento en Investigación Tecnológica, Tesis de Licenciatura y Tesis de Maestría en Ingeniería Eléctrica. Ha sido catedrático en distintas instituciones de educación superior del Estado de Morelos y ha dictado cursos especializados a especialistas del sector eléctrico nacional a nivel Maestría. Ha publicado diversos artículos en foros nacionales e internacionales acerca del diagnóstico de la integridad dieléctrica de equipos de alta tensión. Representa al IIE en los Comités de especialistas en equipo de desconexión y transformadores de distribución de la CFE y a México en el Comité de Estudios SC A3 High Voltage de CIGRÉ. Miguel Ángel Zapata Azarcoya es egresado del Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico como Maestro en Ciencias de la Ingeniería Electrónica en el Ingresó al IIE como asesor externo en el 2002 y como investigador en el Ha participado en proyectos de diagnóstico en línea de generadores, así como en el diseño de sistemas resonantes. Actualmente participa como jefe de proyecto del Diseño y Construcción de Fuentes de Frecuencia Variable para aplicación en sistemas resonantes. Dr. Francisco Javier Pérez Pinal (FJPP) Profesor-Investigador, Instituto Tecnológico de Celaya (ITC) (Institución pública de educación, fundada en 1958, dedicada a la educación superior en niveles de licenciatura, maestría y doctorado). Lic. en Ing. en Comunicaciones y Electrónica, IPN. M. en C. en Electrónica y Manejadores de Potencia, University of Birmingham and Nottingham. Dr. en Ingeniería Eléctrica, Universidad de San Luis Potosí. 22

29 Ha sido profesor-investigador en: McMaster University y Mohawk College of Applied Artsand Technology (Canadá), la Universidad Politécnica de Pachuca (México) y el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (México). Ha realizado estancias de investigación en Manchester University y en Illinois Institute of Technology (EE.UU.). Es autor de un libro y autor/coautor de más de cuarenta artículos en revistas y congresos internacionales. Pertenece al Sistema Nacional de Investigadores, Nivel 1, Conacyt (2015). Primer lugar en Mejor tesis doctoral, área de eficiencia energética, IIE, CFE, FIDE, México Premio Nacional de Energía Renovable, área de innovación, Secretaría de Energía, Sener, México Becario Comexus-Fulbright García-Robles Ha dirigido y codirigido doce proyectos científicos y tecnológicos nacionales/extranjeros relacionados con la industrias aeronáutica, automotriz y energía eléctrica, con un monto total acumulado de cuatro millones de dólares. M. en C. Josué Darío Constantino Bernal (JDCB) - Ingeniero de proyectos Somerset Technologies (Empresa dedicada al escalamiento tecnológico y al desarrollo de tecnología). Ingeniero en Electrónica, con Especialidad en Control e Instrumentación, Instituto Tecnológico de Tuxtla Gutiérrez. Maestro en Electrónica de Potencia, Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CENIDET) Comisión Federal de Electricidad (CFE) - Presa Raudales Malpaso, Chiapas. Prácticas profesionales Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE). Ingeniero en Electrónica Profesor por asignatura en la Universidad Politécnica del Estado de Morelos. Desde 2014 se desempeña como Ingeniero de proyectos en Somerset Technologies Beneficios CGAR-MAZA: Es bienvenido cualquier proyecto enfocado a reducir pérdidas. Un tema relacionado con redes del futuro son las Redes de Corriente Directa, que permitan tener un control más efectivo cuando sea masiva la inyección de energía renovable intermitente, algo que está ocurriendo ya en Europa y otras partes del mundo desarrollado. JDCB: Es un buen desarrollo que tendrá un gran impacto, ya que el objetivo está enfocado a la eficiencia energética. El impacto va ser determinado de acuerdo a cómo resuelve las necesidades de los hogares o de las empresas, en la medida en que puedan ver el ahorro de energía reflejado en su economía Oportunidades 23

30 CGAR-MAZA: La tendencia general en México es de seguir los estándares internacionales (particularmente en términos comerciales), originados en Europa y Norteamérica, debido a la conectividad y cercanía. Nuestro Instituto, el IIE, es muy grande y hay muchos grupos trabajando con mediciones inteligentes, en interface entre la red y el usuario, se trabajan también aplicaciones para la transmisión, y ahí hemos seguido algunos estándares en lo que respecta a las comunicaciones, todo depende de cada aplicación. Para aplicaciones de medición y medidores inteligentes, me parece que además de eso, se irán por unidades fotovoltaicas. FJPP: En el ITC, actualmente hay cuatro proyectos ya sometidos ante diferentes dependencias para implementar la Red Eléctrica Inteligente en la institución. En particular, estoy investigando el efecto de los cargadores de baterías para los carros eléctricos e híbridos. La idea es continuar en colaboración con varias industrias y que los participantes se dediquen a la investigación o que se incorporen al mercado laboral. JDCB: Las tendencias en cuanto a la ciencia y el mercado se dirigen hacia la comunicación de sistemas con la red eléctrica, el consumo en los hogares y los accesos a personas en edificios habitacionales. Hacer una investigación sobre TIES sería una muy buena opción para mejorar la distribución a empresas y casas habitación. Tenemos en México a gente muy preparada y con todas las capacidades para desarrollar nuevas tecnologías de este tipo Retos CGAR-MAZA: Tal vez convendría precisar a qué nos referimos con Transformador Inteligente, porque ustedes están trabajando en un transformador de estado sólido, eso es todo un proyecto dentro de los transformadores convencionales. Un Transformador Inteligente debe tener la capacidad de reconocer y autodiagnosticarse de acuerdo a los cambios en el entorno. FJPP: El reto es que la gente esté capacitada y pueda entender lo que se tiene que hacer de acuerdo a los protocolos, porque no existen ni siquiera los planes de estudio. Entonces llegará la tecnología, pero faltará gente capacitada en el sector eléctrico, electrónico y de comunicaciones. Pasará algo semejante a lo que sucedió en Canadá, donde empezaron a importar gente de otros países. México aún no ha desarrollado la suficiente tecnología y, ahora que viene este cambio, los retos son aún más fuertes. Por ejemplo, en Canadá ya se da este tipo de tecnología, donde se hizo una inversión muy fuerte en hardware. Sin embargo, en México apenas se empieza a pensar en ese tipo de desarrollos. La única forma de trabajar es mediante la colaboración. Además, hacen falta incentivos para los investigadores. Desde 2009 ha habido un poco más de inversión, pero también hace falta cambiar las estructuras en algunas instituciones, ya hay oficinas de transferencia tecnológica. Ya se sabe que hay una necesidad, hay algunas soluciones, solo falta aplicarlas. 24

31 Además los industriales en México están acostumbrados a invertir poco y obtener resultados inmediatos, para ellos es más fácil seguir importando tecnología, sin embargo es importante desarrollar la propia. JDCB: Los Transformadores Inteligentes de Estado Sólido (TIES) son una nueva tecnología, que como muchas, tiende a no ser tomada en cuenta por las empresas al principio. Debido a que este desarrollo no ha sido aplicado, tienen miedo de experimentar. La energía es la base del mundo y el reto es cómo hacerla y cómo distribuirla, todo está enfocado a desarrollar alta tecnología electrónica, componentes con dimensiones más pequeñas y definir procesos para mejorar las fallas de estos nuevos desarrollos Recomendaciones CGAR-MAZA: Dependerá mucho del precio del equipo y de su confiabilidad. Ver el tema de compatibilidad. Otro aspecto muy importante es el mantenimiento y pruebas. También habría que ver cuáles serían los límites de operación del transformador. Por otro lado, se tendría que revisar cuántos años puede durar el funcionamiento de esta tecnología. Incluso para poder implementar un nuevo dispositivo en red eléctrica, tiene que pasar pruebas de prototipo y deben establecerse de forma normalizada. Un factor en contra es si logran hacer un transformador inteligente pero no compite en eficiencia. El riesgo es que cuando esté listo el TIES, los medidores podrían estar demasiado desarrollados y entonces la salida de eficiencia del transformador y el transporte de la información de la red, la esté cargando el medidor inteligente. El TIES debe tener muchas posibilidades de mantener la regularización de tensión. FJPP: Revisar la cuestión de las patentes, pues en 2011 fue registrada la de un Transformador Inteligente. Buscar colaborar con el Instituto de Investigaciones Eléctricas, que les podría dar mucho empuje. También si se pretende llevar su prototipo al mercado, es recomendable tener contacto con el Laboratorio de Pruebas Equipos y Materiales (LAPEM) ubicado en Irapuato, donde están por abrir un área para realizar pruebas con sistemas de energía renovable. La ventaja con el LAPEM es que las pruebas que elaboran ya las certifican, y es algo que se necesita para comercializar este tipo de desarrollos en México. Es importante también establecer células de conocimiento sobre comunicaciones para converger con la tecnología desarrollada en otros países. 5.5 Mercado Lic. Darío Acosta Sinencio (DAS) Gerente de Consultoría, 25

32 Stage-Gate International filial América Latina México (Consultoría que ayuda a las empresas a acelerar el desempeño en la innovación, con herramientas y productos varios como su modelo idea-alanzamiento). Es Licenciado en Sistemas, con Especialidades en Dirección Estratégica y Gestión de la Innovación; Dirección de Proyectos, Desarrollo Organizacional, Alta Dirección, Aceleración del Cambio y Reingeniería de Procesos. Cuenta con Certificaciones en Dirección de Proyectos, Lean Six Sigma y consultoría empresarial. Cuenta con 30 años de experiencia participando en proyectos de implementación de mejores prácticas de innovación y lanzamiento de productos, estrategia de negocios, iniciativas de calidad y tecnologías de información en los sectores de: banca, tecnologías de la información, bienes de consumo, logística y gobierno. En su actual posición se especializa en la definición y ejecución de proyectos de desarrollo de capacidades de innovación en las empresas. Ing. Cristian Alberto Ruiz Duarte (CARD) - Jefe de Aseguramiento de Calidad Eléctrica, Andritz Hydro Morelia, México (Proveedor global de sistemas y servicios electro-mecánicos para plantas hidroeléctricas. Líder en el mercado mundial de generación hidráulica de electricidad). Ingeniero en Electrónica, con Especialidad en Electrónica de Potencia, Instituto Tecnológico de Morelia. De 2006 a 2007 fue Practicante Profesional en el área de Carrocerías en General Motors de México. De 2008 a la fecha se desempeña como Jefe de Aseguramiento de Calidad Eléctrica en Andritz Hydro Morelia, México. Ing. Dante Franco (DF). Director de operaciones, Compañía Manufacturera de Artefactos Eléctricos Grupo IG (Empresa mexicana fundada en 1940, pionera en el diseño, fabricación y comercialización de transformadores en México y Latinoamérica. Una de las empresas líderes del sector eléctrico en el mundo). Ingeniero Electromecánico, ITESM. Gerente General por más de cinco años en Hidroservicios, S.A. de C.V. A partir de 1997 ha colaborado en el Grupo IG en los siguientes encargos: Asistente de Gerente de planta (de imanes) por dos años y medio. Gerente de planta (de imanes) por casi seis años Gerente de manufactura por más de diez años, a cargo de manufactura de tres plantas dedicadas a componentes de transformadores eléctricos. 26

33 Desde mayo de 2010 funge como Director de Operaciones del Grupo (manufactura de transformadores eléctricos), encargado de tres plantas de manufactura, además de: ingeniería, cadena de suministro y mantenimiento Beneficios DAS: Son conceptos muy interesantes. En cuanto a la aplicación de estaciones de carga para vehículos eléctricos, podemos apreciar que es necesario desarrollarla más y mejor en México. CARD: Es un proyecto innovador y la tendencia va ir a la alza para que los institutos o las compañías desarrolladoras inviertan en este tipo de proyectos. Aparte de reducir pérdidas e incrementar eficiencias, traerá beneficios para los consumidores, pero sobre todo para las compañías eléctricas. DF: Como ventajas de las TIES, en particular de los transformadores, observo la gran capacidad que tienen de regular los voltajes de salida y la calidad de la energía que se maneja en estas redes Oportunidades DAS: Es pertinente considerar, como lo están haciendo, a todo el ecosistema social, ambiental, gubernamental, de mercado y tecnológico. Es necesario hacer vinculaciones con actores relevantes del sector, por ejemplo, articular redes de innovadores en energías, eco-innovaciones, redes eléctricas inteligentes (Cámara de Innovadores en Electricidad, por ejemplo). CARD: Esto va a dar partida a que haya más empresas nacionales e internacionales en el tema, por ello tiene que haber apertura por parte de los entes gubernamentales, para poder mejorar las condiciones de suministro de energía de la nación. DF: Existen algunos nichos de mercado que podrían ser una opción viable. Entre ellos están los centros de cómputo, las empresas que requieran gran cantidad de energía para sus operaciones y que invierten en filtros y otros mecanismos para disminuir los problemas del suministro de energía; y los sistemas que necesitan desarrollos de bajo peso y volumen como aviones, coches y trenes Retos DAS: Llevar plantas de energía a zonas aisladas donde no hay acceso a electricidad, podría ser el enfoque de algunos innovadores dentro de LiCore. Los principales obstáculos son: el marco normativo (falta de legislación apropiada) y la incapacidad del gobierno federal para facilitar los negocios y la adopción de innovaciones tecnológicas. El sector eléctrico todavía tiende a favorecer al monopolio estatal. CARD: Capacidad sí la hay, lo que ha faltado es que México invierta en investigación y aporte recursos para el desarrollo, es por eso que tenemos fuga de cerebros. Lograr la rentabilidad de un desarrollo tecnológico requiere utilizar el ingenio para hacer más con menos, si se tienen conocimientos sobre el tema, se pueden lograr cosas más inteligentes. 27

34 En el aspecto comercial, esta transición es algo muy parecido a lo que pasa con el petróleo, por qué no han salido los autos eléctricos como tal, porque qué va a pasar con el negocio petrolero. El obstáculo es más de política y de leyes, que muchas veces es lo que merma el desarrollo. DF: En México, el esquema de los sistemas eléctricos, al estar centralizado, evita en gran medida el desarrollo de sistemas inteligentes Riesgos DAS: Aun cuando hayan desarrollado el mejor avance tecnológico, no se desarrollen aplicaciones prácticas para que los consumidores puedan aprovecharlo. DF: Una de las ventajas de la CFE es su alta capacidad técnica, mas no invierte en desarrollo tecnológico, por lo que se hace necesario el tener socios capitalistas que podrían impulsar nuevas tecnologías. El intento por implementación de sistemas relacionados con Redes Inteligentes no tuvo éxito en México, debido a que el monitoreo de los sistemas era ineficiente y se convirtió en un problema de seguridad nacional Recomendaciones DAS: Sería recomendable no sólo lanzar el TIES en sí como producto, sino toda una gama de aplicaciones a partir del mismo. CARD: Revisar el tema de patentes, ver lo que se está generando en otros países, ver en organizaciones como la IEEE o la ISE las referencias de otros lugares. 6 MERCADO POTENCIAL La tecnología del TIES tiene amplias expectativas económicas por estar enfocada a incursionar en crecientes mercados a nivel global, tales como: Tracción Locomotriz, Estaciones de Carga para Coches Eléctricos y SmartGrids. De acuerdo con MarketsandMarkets se espera que la tecnología del TIES alcance un volumen de ventas por $5, millones de dólares (MDD) con un CAGR del 82.3% del 2012 al 2020 en todos sus nichos de aplicación. Por su parte, el mercado objetivo del transformador de distribución eléctrica en México ha mantenido ventas por encima de los $15 MDD mensuales desde el año 2007 a la fecha. A partir de esta información, se estima un tamaño del mercado del TIES de $40 MDD, en el cual se podría tener una buena participación al ser pioneros en la comercialización en México, con ventas de hasta 13 MDD anuales con una inversión inicial aproximada 28

35 de $2 MDD. Con estos datos se estima un VPN de $209.5 MDP con un ROI de 14.69% y un tiempo de retorno menor a dos años. El Mercado Potencial del TIES está segmentado en tres categorías generales, de acuerdo al Estudio de mercado contratado a MarketsandMarkets [5]. Figura 11. Segmentos del mercado de la tecnología del TIES. El primer segmento contempla los componentes que se muestran en la Figura 12 [5]. 29

36 Figura 12 Segmento de componentes de la tecnología TIES. El análisis global de este segmento de mercado presenta buenas perspectivas económicas para aplicaciones en SmartGrids, dado que se estima un crecimiento de $41.0 MDD en 2012 y se espera alcanzar $ MDD para 2020, como se muestra en la Tabla 2. Tabla 2 Mercado del TIES por componentes aplicado a SmartGrids ($MDD). El mercado del TIES se encuentra en sus primeras etapas de desarrollo. Sin embargo, se pronostica un crecimiento importante en la demanda durante los próximos años. En la Tabla 3 se muestra un interesante análisis con enfoque geográfico de las SmartGrids. Tabla 3 Mercado del TIES por zona geográfica aplicado a SmartGrids (Millones de Unidades). El prototipo del TIES propuesto en este proyecto estará dirigido a la CATEGORÍA DE APLICACIONES CON POTENCIAL COMERCIAL EN AMÉRICA. Asimismo se pretende impactar el MERCADO DE COMPONENTES: TAF, CONVERTIDORES Y PCC (OTROS). 30