Monitoreo y administración de energía

Las redes inteligentes se han colocado en el centro de atención de los sistemas eléctricos actuales. Son una solución para la seguridad y el ahorro de energía.

Por Roberto Figueroa Cerritos.

Primer lunes de mes y la escena se vuelve cada vez más común. El director de Finanzas de la empresa está haciendo un análisis del comportamiento de los costos de la empresa; tiene en su poder la información financiera del último bimestre. Se encuentra increíblemente alterado por detectar nuevamente que el recibo de energía eléctrica está por arriba de lo esperado y curiosamente no se tiene más gasto por matrería prima, lo que implica que no se tuvo incremento en la producción.

Lo anterior, sin contar que un bimestre anterior el recibo de energía eléctrica llegó con un anormal cobro de 30 por ciento arriba de lo del año anterior.

En una segunda escena se tiene al administrador de una torre de oficinas de 30 pisos, quien es responsable de los servicios generales, aire acondicionado, elevadores y algunas oficinas que no cuentan con servicio de medidor por parte de la suministradora de energía del país. Todos los meses pasa cerca de dos semanas tratando de prorratear los gastos de energía y controlar cómo recuperar los costos en un conjunto de recibos de energía que mes a mes suben y no siempre de manera acorde con los incrementos en el precio de la energía.

Esta situación cada vez es más común en el entorno empresarial. Ante esto, uno de los deseos de los administradores y financieros de las empresas es encontrar la manera de conocer en tiempo real y de manera histórica cómo, dónde y cuándo se consume la energía; además de la demanda número uno de todo empresario: ¿Qué hacer para reducir su costo-consumo de energía?

Los sistemas de monitoreo remoto de energía consisten básicamente en equipos de medición con capacidad de almacenar datos históricos que pueden ser obtenidos por distintos medios y que, entre otras cosas, permiten conocer parámetros varios, como cuánta energía se consumió y a qué hora, cómo se comportó el nivel de tensión en la alimentación, cuál fue el nivel de factor de potencia que presentó la empresa y que puede ser motivo de penalización por parte de la compañía suministradora.

Esquema simplificado de un Smart Grid

Anteriormente, la medición de energía era materia exclusiva de la Comisión Federal de Electricidad (CFE); sin embargo, en la medida en que los precios de los energéticos suben –entre ellos la electricidad–, cada vez más usuarios desean echar mano de sistemas de medición propios.

Por otro lado, a nivel de avance tecnológico, la implementación de Smart Grids vienen avanzando a pasos agigantados. El termino Smart Grid comienza a escucharse con más frecuencia, por lo que es necesario entenderlo y aplicarlo. Tiene su traducción como “Redes Inteligentes”; sin embargo, si buscáramos una definición, podríamos decir que “es una red que integra de manera inteligente las acciones de los usuarios que se encuentran conectados a ella: generadores, consumidores y aquellos que son ambas cosas a la vez, con el fin de conseguir un suministro eléctrico eficiente, seguro y sostenible”.

Ante este hecho, es importante mencionar las características de una red inteligente, entre las que destacan:

• Medición más precisa y permanente a través de un sistema de vanguardia tecnológica
• Lectura de consumo vía remota, por lo que la ubicación de los medidores puede ser dentro del domicilio
• Conocimiento en tiempo real de la demanda de carga por los usuarios para poder determinar los niveles de generación en tiempo real
• Detección de fallas en el suministro y su establecimiento oportuno, sin que se tenga que realizar algún tipo de reporte a la compañía suministradora
• Mejora en la calidad del suministro de energía eléctrica
• Corte vía remota del servicio
• Reconexión automática del servicio, una vez que el cliente regularice su situación de adeudo
• Ahorro de energía en el consumo de cada uno de los usuarios
• Predicciones de flujo de carga e interacción con sistemas de generación distribuida
• Capacidad de despachar energía en todo momento y en todo lugar de acuerdo con la demanda en tiempo real del usuario
• Predicción de fallas en el sistema

Por el lado de los usuarios, desde el nivel doméstico hasta los niveles industriales, la tecnología del Smart Grid se conoce como Smart Metering y está enfocada en permitir a los usuarios conocer en tiempo real y acumular la información de los parámetros eléctricos presentes en el sistema, entre los que destacan el consumo y la calidad de suministro. Esto en función de que son los valores que afectan directamente el costo de operación de las empresas y de los hogares.

Anteriormente, bastaba con tener un medidor básico, recibir la factura de energía y pagar la cuenta. Parecen lejanos lo días en que la tendencia del ahorro de energía: se resumía a cambiar la iluminación en las empresas y a los programas gubernamentales de cambio de lámparas incandescentes por fluorescentes compactas. Al final, control de calidad: “Lo que no se mide no se puede controlar y por lo tanto no se puede mejorar”.

La aparición de normas internacionales en manejo de energía, como la ISO-50001, basada en administración de energía, así como los estándares de IEC-41430-4, que cubre la medición de calidad de energía, han predispuesto en las empresas la necesidad de implementar sistemas de medición permanente en sus instalaciones, con la finalidad de tener a la mano el recurso más útil en la reducción de costos de energía y de operación: la información.

Los ejes rectores de las redes inteligentes

Sistemas de monitoreo remoto
En la actualidad, la mayoría de las empresas tienen su camino andado y ofrecen gran variedad de sistemas de medición, con tal o cual característica, nivel de precisión, capacidad de variables y opciones que tienden a complicar la decisión de cuál sistema es mejor. Con la finalidad de plantear hacia dónde vamos en lugar de dónde estamos, es importante considerar las características que la tecnología ofrece y está desarrollando en materia de medición.

La medición es hoy de valor eficaz o RMS; es decir, mucho más exacta que en los tiempos de los medidores analógicos.

La medición tiende a muestreos cada vez más rápidos. Cuando los equipos están enfocados en monitoreo, es decir en mediciones permanentes y con capacidad de almacenar históricos, tienden a medir cada vez más rápido la tendencia; a medir a velocidades de 128, 256, 512, 1024 muestras por ciclo, y en equipos de última generación, hasta 20 mil muestras por ciclo.

La capacidad de almacenamiento de información también tiende a incrementarse en el interior de los equipos, desde 4MB en equipos muy antiguos, hasta 32 GB, e incluso con dispositivos de estado sólido que almacenan 1 TB.

La capacidad de procesamiento dota a los equipos de nueva generación de hasta cuatro procesadores que operan de manera simultánea, permitiendo no sólo medir, sino realizar el análisis de la información en tiempo real, presentar alarmas de eventos en tiempo real relacionadas con parámetros preconfigurados, como detección de transitorios, elevación de niveles de THd o armónicas, excesos de demanda en un valor preconfigurado, variaciones como FIKKER, transitorios, desbalanceo, pérdida de fase, corrientes de arranque o Inrush, entre muchos otros.

Este tipo de información, si se considera el nivel actual de operación de muchas empresas, representa problemas en la calidad de los productos terminados, daño en los sistemas de automatización, fallos en la operación de sistemas de respaldo eléctrico; pérdidas económicas, en general.

Existen ahora opciones de conexión a redes y comunicación en varios protocolos, como pueden ser los básicos ModBus, SNMP, SNTP, TCP/IP, Zig Bee, DNP3, PLC, Profibus, Device Net, entre muchos otros, de tal manera que no importa la manera en la que el dispositivo entregue la información, pues éste logrará insertarla a una red LAN y podrá ser administrada en un sitio remoto mediante redes de área local o la propia internet.

Entre las características de los sistemas de monitoreo remoto, destacan dos configuraciones.

Submetering con concentrador
Básicamente es la instalación de un grupo de medidores a lo largo del predio o planta que se comunican a un solo concentrado, cuya función es colectar la información, almacenarla y transmitirla a través de la red a donde se requiera. Entre los puntos destacados, se encuentran los siguientes:

• Requiere de un equipo dedicado o licencia de software que concentre la información, además de licencias por cada medidor para conectarse y enviar información
• Es accesible económicamente al usar equipo final de medición de bajo perfil, pues sólo requiere medir y enviar la información al concentrado, o dicho de otra manera, ser leído por el concentrador
• Emplea básicamente un solo nodo de comunicaciones al exterior, pues su cableado interno puede ser par tranzado o inalámbrico
• Es altamente flexible, pues se pueden colocar tantos concentradores como se requieran
• Su principal desventaja es que, al fallar el concentrador, falla todo un grupo de puntos de medición

La arquitectura LAN tradicional
En este sistema cada equipo de medición es una dirección IP por sí mismo, lo que permite, sin intermediarios, ingresar el equipo de medición a la red de la empresa. Esta flexibilidad da la libertad de tener tantos equipos como se desee, sólo con la configuración de un segmento LAN adecuado, de tal manera que cualquier equipo de la compañía con la plataforma de software adecuado puede consultar los equipos.

• Requiere o no licencias para su consulta, pues hoy los equipos tienen una página web en su interior, lo que permite en tiempo real conectarse a cualquiera de los equipos de la compañía
• Vía software puede concentrarse la información directamente en cualquier servidor de la compañía, en formato bases de datos
• Si un equipo falla, sólo se pierde la información del equipo fallado; los demás siguen operando ininterrumpidamente
• Es un sistema más costoso, pues todos los equipos se instalan de acuerdo con las características de medición deseadas. Ya que depende de cada punto de medición, no existen equipos de gama baja
• Es la opción más precisa y rápida, pues no existen intermediarios en el flujo de la información

En resumen, más importante que la tecnología y la flexibilidad del sistema, se vuelve de mejor inherencia el manejo de la información, lo que en realidad es la raíz de los sistemas, la generación de perfiles ideales de carga, el análisis de las tendencias para técnicas de mantenimiento predictivo, así como el costeo a detalle de las pérdidas de un sistema en la aplicación por máquina o proceso, hasta la simple dispersión por usuario en caso de subestaciones compartidas, sin dejar de ver la importancia de la nueva era con la generación distribuida, donde cada usuario podrá genera su propia energía y portearla al sistema para que sea consumida en cualquier punto de la red. Es cada vez más importante tener en cuenta que la medición hoy tiene un sinónimo y éste es el monitoreo.
—————————————————————————————————————————————————

Ing. Roberto Carlos Figueroa Cerritos.
Director General de IMEF, S.A. DE C.V; ingeniero certificado como CPQ, por la AEE.