Eficiencia Energética Sustentable ICA Procobre México. Marzo 2011

Transcripción

1 Eficiencia Energética Sustentable ICA Procobre México Marzo 2011

2 Objetivo El objetivo de la iniciativa es optimizar el uso del cobre en la energía del futuro y los sistemas de electricidad y así lograr la eficiencia energética, la protección al medio ambiente, seguridad y fiabilidad durante la generación, transmisión y distribución de energía eléctrica y otras energías.

3 Aumento de Precios de la Energía

4 Precio kwh $2.75 $2.50 $2.25 $2.00 $1.75 Evolución de Precios Tarifa HM $kwh Punta $kwh Inter $kwh Base $kw Precio kw $180 $160 $140 $120 $1.50 $100 $1.25 $80 $1.00 $0.75 $0.50 $0.25 $ Región Central $60 $40 $20 $0

5 $100,000 $90,000 Costo de 100 kw en Operación sin IVA $85,997 $87,191 $95,010 $91,524 $80,000 $79,174 $81,527 $70,000 $71,560 $60,000 $57,345 $51,708 $50,000 $40,000 $30,000 $28,443 $31,649 $34,449 $39,856 $45,676 $42,471 $20,000 $10,000 $8,837 $13,572 $0 En los últimos 16 años se incremento 1,100%

6 (Feb)* USD Corrientes Precio Barrili Petróleo WTI El Precio del Petróleo a la Alza... Los Precios de la Energía Eléctrica a la Alza... Está Usted preparado para ello, o seguirá pagando la energía que se puede ahorrar? * Fuente Energiza

7 El sector industrial

8 El sector industrial Distribución del Consumo NorOeste Norte Occide Centro Sureste L y F Promedio Aire Comprimido 13.5% 18.1% 16.2% 16.6% 12.3% 15.6% 15.4% Iluminación 11.9% 11.0% 9.1% 12.1% 8.1% 13.8% 11.0% Proceso Productivo Acondicionamie nto Ambiental 30.6% 48.7% 53.8% 44.6% 48.1% 46.4% 45.4% 14.3% 7.1% 3.8% 4.9% 6.5% 2.2% 6.5% Refrigeración 13.7% 5.7% 7.8% 6.5% 11.7% 6.6% 8.7% Bombeo 5.2% 3.7% 4.7% 5.5% 6.1% 4.7% 5.0% Cómputo y oficina 8.8% 4.8% 4.2% 7.8% 3.5% 8.9% 6.3% Otro 2.0% 0.9% 0.4% 2.0% 3.7% 1.8% 1.8%

9 El Sector Industrial Distribución media de la potencia eléctrica Refrigeración 9% Cómputo y oficina 6% Bombeo 5% Otro 2% Aire Comprimido 15% Iluminación 11% Acondicionamiento Ambiental 6% Proceso Productivo 46%

10 Áreas de Oportunidad Motores Ventilación Bombeo Variadores de velocidad Refrigeración Aire acondicionado Transformadores

11 Ahorro de Energía en Motores Eléctricos

12 Los motores Eléctricos de Inducción Potencia Eléctrica Demandada Potencia Mecánica Entregada Pérdidas Diversas Son los usuarios del 70% de la energía eléctrica

13 Eficiencia % Eficiencia Comparativo de Eficiencia Potencia Sale Potencia Entra Estándar Alta Eficiencia Premium HP

14 Ejemplo de sustitución con Tarifa HM Resumen Industria Grande 50 HP Cambio de un Motor de 50 HP 2 Turnos de trabajo diario 3 Turnos de trabajo diario Alta Eficiencia Premium Alta Eficiencia Premium Horas de Operación al mes Ahorro en Potencia kw Ahorro en Consumo kwh/mes Ahorro Económico anual $16, $20, $21, $27, Inversión $31,250 $38,750 $31,250 $38,750 Tiempo de Retorno Tasa interna de Rrentabilidad TIR% 52% 53% 68% 69% Precio del kw = $ Precio de kwh Punta = $ Precio del kwh Intermedio = $ Precio del kwh Base = $0.8482

15 Porqué Ahorra un Motor de Alta Eficiencia?

16 Ahorro de Energía en Transformadores de distribución

17 Transformadores Introducción: El uso intensivo y extensivo de la energía eléctrica en corriente alterna, ha sido posible gracias al Transformador Eléctrico. La electricidad se genera muy lejos de donde se consume Su transporte sería complicado sin los transformadores

18 Utilidad de los transformadores El transformador se usa desde la generación, hasta el último usuario. Solamente elevando el voltaje se puede transmitir a grandes distancias y solamente reduciendo el voltaje se puede utilizar

19 Transformador Es una dispositivo electromagnético estático que permite aumentar o disminuir el voltaje en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia fija. Basado en el fenómeno de la inducción electromagnética, constituidos en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de acero al silicio. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan al Voltaje de alta o baja tensión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados, en este caso puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.

20 Diagrama esquemático de un transformador

21 Tipos de transformadores Por su aplicación ó construcción, ya sea monofásicos ó trifásicos; existen varios tipos: Transformador Tipo poste Transformador Tipo distribución Transformador Tipo estación Transformador de Potencia Transformador Tipo pedestal

22 Tipos de transformadores Por su enfriamiento son: Tipo subestación Tipo pedestal (tipo jardín)

23 Tipos de transformadores Transformadores de Potencia

24 Eficiencia del transformador PotenciaSalida Potencia Entrada P salida P P salida pérdidas Eficiencia KVA KVA Salida xfactor depotencia xfactor de Potencia Pérdidas Salida

25 Pérdidas en los transformadores Pérdidas en el circuito magnético (P O, Núcleo). Denominadas también pérdidas en el hierro o en vacío, ya que se determinan mediante el llamado ensayo de vacío del transformador. Son prácticamente invariables a tensión y frecuencia constante. Pérdidas por efecto Joule en los devanados (P CU ). Se deben a las pérdidas en los embobinados del transformador debido a las resistencias existentes en éstos (efecto Joule). Varían con el cuadrado de la corriente, si se conocen las pérdidas producidas por este concepto en régimen nominal P CC, cuando el transformador funcione con un índice de carga c, las pérdidas por efecto de calor son: P CU = c 2 x P CC Pérdidas Totales. Las pérdidas en los devanados de un transformador en régimen nominal P CC es un dato que proporcionan los fabricantes. Las pérdidas de un transformador P P, que trabaje con un índice de carga c serán: P P = P O + P CU = P O + c 2 x P CC

26 Trifásicos Monofásicos Pérdidas en vacío y totales máximas permitidas en Transformadores (watts) NOM-002-SEDE-1999 Capacidad Clase de aislamiento kva Hasta 15 kv Hasta 25 KV Hasta 34.5 KV En vació Totales En vació Totales En vació Totales , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,644 1,000 3,951 1,100 4, ,330 5,561 1,475 6,073 1,540 6,586

27 Norma Oficial Mexicana NOM-002-SEDE-1999, Requisitos de seguridad y eficiencia energética

28 Se estima que aproximadamente cerca del 2% de la energía a nivel mundial se pierde en los transformadores eléctricos En México se generaron en 2009, TWh, el 2% son aproximadamente 4.61TWh

29 50% Load (Watts) 750 COMPARATIVO TRANSFORMADORES TRIFASICOS MENORES A 100 KVA México actualmente Canadian Standards Association C National Standads of China GB/T UE HD 428 Australian Standards AS Part XX (MEPS) Australian Standards AS Part XX (High Efficiency) NEMA TP India - Proposed MEPS (BEE) JAPAN TOP RUNNER at 40% Load condition Indonesia SPLN 50:1997 India - BIS Mexico Mexico 07 kva

30 50% Load (Watts) 2800 COMPARATIVO TRANSFORMADORES TRIFASICOS DE A 100 KVA A México actualmente kva Canadian Standards Association C National Standads of China GB/T UE HD 428 Australian Standards AS Part XX (MEPS) Australian Standards AS Part XX (High Efficiency) NEMA TP India - Proposed MEPS (BEE) JAPAN TOP RUNNER at 40% Load condition Indonesia SPLN 50:1997 India - Section C Central Board of Irrigation & Power St Mexico Mexico 07

31 México Actual México Propuesta

32 Principal ahorro por la sustitución de transformadores Generación Eléctrica en México CFE Generación Bruta (TWh) Generación Bruta (TWh) de Productores Independientes (No incluye cogeneradores ni autoabastecedores) Total Anual Pérdidas en transformación Actuales (TWh) Perdidas por Mejora de Eficiencia (TWh) 0.4% Ahorro Anual (TWH) Ahorro Anual (MWH) 862, , , , ,560 Ahorro Anual en Ton CO2 576, , , , ,270

33 Beneficios para el país Ahorro anual por 922,560 MWH casi el consumo del DF (1,003,708 MWH) del mes de mayo del 2010 Mayor al consumo mensual de los siguientes Estados: Aguascalientes Baja California Sur Campeche Colima Hidalgo Morelos Nayarit

34 Beneficios para el país Protección al Medio Ambiente Toneladas Evitadas de Gases de Efecto Invernadero CO2 616,270 SO2 13,838 NOx 40

35 Beneficios para el usuario Las Empresas que prefieran Transformadores de Alta Eficiencia también mejoran

36 El Costo Real de un Transformador Es la integración de dos bloques fundamentales: El costo de operación. El costo de inversión. Costo de operación = C energía + C materiales + C manto Costos por energía eléctrica: C energía = C potencia + C consumo Costos por potencia: C potencia = Demanda (kw) x (costo kw) Costos por consumo: C consumo = Consumo (kwh) x (costo kwh)

37 Caso Real: Se debe decidir la compra de un transformador, Se tiene la elección de dos transformadores de 112 kva con una relación de transformación de 30. La operación es continua, es decir, siempre está conectado. El índice de carga medio previsto es 80% C = 0.80 Los precios de la energía son Costo de kw: $ Costo de kwh: $1.21

38 Datos Técnicos Transformador Alta Eficiencia (embobinados de Cobre) Precio de adquisición es $ 60,000 Las pérdidas en vacío son: kw Las pérdidas a plena carga: 2.34 kw Transformador 2. Precio de adquisición es $50,700 Las pérdidas en vacío es: kw Las pérdidas a plena carga: 2.9 kw Cuál Transformador compraría?

39 Datos Técnicos Transformador 1. Precio de adquisición es $ Transformador 2. Precio de adquisición es $ Qué tan importante es el consumo de energía o la eficiencia y los materiales de fabricación?

40 Gastos por pérdida de energía Pérdidas = P O + C 2 x PCC G = GC + Pérdidas x Pk x Nm + (Pérdidas) x t x PkWh P O = Pérdidas en el Nucleo (kw) PCC = Pérdidas en el cobre a plena carga (kw) C = Índice de carga medio del transformador Pk = Precio de la potencia ($ por kw) Nm = Número de meses de operación al año t = Horas de operación al año PkWh = Precio de la energía ($ por kwh)

41 Los gastos al cabo de 1 año serán: Para el transformador 1. G = GC + Pérdidas x Pk x Nm + (Pérdidas) x t x PkWh G = 60,000+ (( x 2.34) x x 12 + ( x 2.34) x 8,700 x 1.21) G = $82, Para el transformador 2. G = (( x 2.9) x x 12 + ( x 2.9) x 8,700 x 1.21) G = $80,445.79

42 Los gastos luego de un año fueron Para el transformador 1. G = $ 82, Para el transformador 2. G = $80, Durante 20 años que es más importante? a) Ahorrar $9,300 al momento de comprar b) Ahorrar $ 19.2 cada día

43 La vida útil de los transformadores es mayor a 20 años $700,000 $650,000 Diferencia en Costos $600,000 $550,000 $500,000 $450,000 $400,000 $350,000 $300,000 $250,000 $200,000 $150,000 $100,000 $50,000 Transformador Cobre Transformador otro material $ año

44 La diferencia después de 20 años o más Año Transformador 1 Transformador 2 Diferencia 0 $60,000 $50,700 -$9,300 1 $82,686 $80,446 -$2,240 2 $105,372 $110,192 $4,819 3 $128,058 $139,937 $11,879 4 $150,744 $169,683 $18,939 5 $173,430 $199,429 $25,999 6 $196,117 $229,175 $33,058 7 $218,803 $258,921 $40,118 8 $241,489 $288,666 $47,178 9 $264,175 $318,412 $54, $286,861 $348,158 $61, $309,547 $377,904 $68, $332,233 $407,650 $75, $354,919 $437,395 $82, $377,605 $467,141 $89, $400,291 $496,887 $96, $422,977 $526,633 $103, $445,664 $556,378 $110, $468,350 $586,124 $117, $491,036 $615,870 $124, $513,722 $645,616 $131,894 $700,000 $650,000 $600,000 $550,000 $500,000 $450,000 $400,000 $350,000 $300,000 $250,000 $200,000 $150,000 $100,000 $50,000 $0 Diferencia en Costos Transformador Cobre Transformador otro material año $9,300 ahorrados al comprar se convierten en $131,894 pagados de más

45 Ventajas de los Transformadores Cobre de alta eficiencia Reducen sustancialmente la energía pérdida. La eficiencia del aprovechamiento de la energía eléctrica aumenta con relación a la mayor cantidad de conductores de cobre utilizados. A mayor cobre utilizado, mayor posibilidad de sobrecarga, por tanto operan en forma más eficiente para índices de carga superiores. Trabajan con mejores condiciones de enfriamiento, Tienen vida útil mayor.

46 Ventajas de los Transformadores Cobre de alta eficiencia El costo de adquisición es más elevado comparado con los transformadores convencionales, pero en costos de operación son más bajos. Cuando se consideran el tamaño, costo y resistencia, la mayoría de los diseñadores de transformadores validan que el cobre es el mejor conductor eléctrico.

47 Ventajas de los Transformadores Cobre de alta eficiencia El cobre es el material sustentable preferido cuando se necesita alta conductividad eléctrica. El cobre conduce la electricidad 60% mejor que el aluminio, 5 veces mejor que el hierro, 10 veces mejor que el acero 18 veces mejor que el titanio. La plata es el único metal que tiene mayor conductividad eléctrica que el cobre (un 5%), pero es mucho más cara.

48 Ahorro de Energía en aire Acondicionado

49 Aire acondicionado Introducción: El aire acondicionado permite dar un tratamiento completo al aire ambiental de los locales habitados y consiste en regular las condiciones en cuanto a la temperatura, humedad, limpieza y el movimiento del aire dentro de los locales.

50 NOM 023, 9.3 BTU/Wh = 1.29 kw/tr

51 Normalización EQUIPOS CON SELLO FIDE 13 BTU/Wh = 0.9 kw/tr 14 BTU/WH = 0.84 kw/tr

52 Análisis de caso Tipo de Equipo Aire Acondicionado Evaluación Económica Valor Ahorro Económico Mensual $49,421 Ahorro Económico Anual $593, Inversión $1,760,000 Tiempo de Recuperación en Años 2.97 Tasa Interna de Rentabilidad TIR 32% Inicial Equipos de Ventana Equipo Ahorrador Mini Split Número de habitaciones Capacidad del Equipo BTU/hr 13,500 13,500 Potencia Promedio del Equipo (kw) Potencia Global (kw) Relación de Eficiencia kw/tr Horas de Operación día Consumo de Energía Mensual 100,980 66,660 Costo Mensual del Consumo $145,411 $95,990

53 Análisis de caso Reducción de Emisiones Valor Toneladas de Refrigeración a Sustituir 1 Ahorro Energético kwh/mes 156 Ahorro Energético kwh/año 1,872 Reducción de NOx kg 5 Reducción de SO2 kg 28 Reducción de CO2 kg 1,250

54 Preguntas?

55 Programa Eficiencia Energética Sustentable Muchas Gracias por su ATENCIÓN Tel. (52)

56 Muchas Gracias