Pérdidas de energía, el dilema de la CFE

El tiempo apremia. Con su transformación en empresa productiva, la CFE debe recomponer la manera en que transmite y distribuye la energía. Ya no es rentable contar con 14 por ciento de pérdidas, sobre todo cuando los nuevos participantes del mercado comiencen a pedirle cuentas. Hay que acelerar la transición de la red actual hacia la smart grid

Por Eduardo Sánchez de Aparicio

El mundo eléctrico está en constante movimiento, un movimiento cada vez más rápido y con una aceleración cada vez mayor. Parte de esta aceleración se hace evidente en la Reforma Energética y en los nuevos retos que implica para la Comisión Federal de Electricidad (CFE), ante su transformación en empresa productiva del Estado.

La evolución que han tenido los sistemas de conexión y las redes eléctricas en los últimos años ha sido más rápida que nunca, y todavía deben evolucionar más, para lograr sortear el reto de las pérdidas de energía, que ha estado presente desde el inicio de la era de la electricidad.

Desde el primer uso de la energía bajo un modelo comercial en Nueva York, a finales del siglo XIX, cuya red eléctrica funcionaba a través del modelo de corriente directa (CD), y que fue sustituido rápidamente por la red eléctrica en corriente alterna (CA), hasta el uso de sistemas digitales incorporados a los sistemas eléctricos actuales, los cambios son notables.

Este episodio histórico, conocido como Guerra de las Corrientes, se trató de una lucha por establecer el mejor método para generar y distribuir energía para su uso y comercialización. Los protagonistas: Thomas Alva Edison (con su modelo de CD) y Nikola Tesla (con su modelo de CA).

La red eléctrica de Edison tenía grandes pérdidas eléctricas y su administración y distribución eran muy costosas, además de ser poco práctica, ya que, a consecuencia de las grandes pérdidas, no podía transportarse a lo largo de grandes distancias. La red eléctrica de Tesla/Westinghouse logró disminuir notablemente las pérdidas eléctricas e incrementar considerablemente la distancia que podía recorrer para abastecer y cubrir mayores áreas, todo a un menor costo.

Tesla demostró que la energía necesaria (potencia) podía transmitirse a grandes distancias al incrementar el voltaje (lo que en corriente alterna es relativamente fácil con el uso de transformadores y subestaciones a media y alta tensión), teniendo bajas pérdidas de energía, que dependen de la intensidad de la corriente. Si el voltaje es elevado, la intensidad de la corriente es muy baja, teniendo como consecuencia bajas pérdidas técnicas (P = I2 R).

Sin embargo, la CA presenta un mayor riesgo para el ser humano, el cual aumenta si no es manipulada correctamente. Por ello, al acercarse a la zona de uso, el voltaje debe disminuirse (baja tensión) para minimizar el riesgo. Esto provoca que las pérdidas de energía se eleven, por lo que la distancia por recorrer en baja tensión debe ser relativamente corta. La clave para minimizar el riesgo humano en el uso de la CA se basa en la eficiencia de los aislamientos, o materiales dieléctricos, y el metal conductor utilizado para la conexión y el transporte de la energía.

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Evolución y meta de pérdidas de energía (GWh) en distribución

Una vez que se estableció, a principios del siglo XX, la corriente alterna como la mejor opción para la distribución de la energía de forma masiva-comercial y que concluyó la confrontación entre las dos posturas, la evolución de las redes eléctricas durante todo el siglo XX ha seguido un ritmo mucho más pausado, inclusive lento, ya que, durante muchos años, las redes eléctricas se basaron exclusivamente en la evolución de dos elementos principales: los aislamientos y el material conductor de los conectadores eléctricos.

Un ejemplo claro es que, hoy en día, en México, aún se cuenta con una red importante de media tensión subterránea en el centro del país que utiliza cable con aislamiento en papel impregnado en aceite (PILC, por sus siglas en Inglés), así como la utilización de conectadores mecánicos y a compresión, que se basan en la misma tecnología y diseño de los últimos 60 años. Otro ejemplo significativo es que, durante varias décadas, los watthorímetros utilizados para la medición del consumo de la energía eléctrica se basaron en una tecnología mecánica (disco).

Los aislamientos han tenido su sustento principalmente en la tecnología polimérica, aunque no exclusivamente. Un buen ejemplo es el uso de porcelanas (principalmente en las redes aéreas y alta tensión) o aceites, utilizados para los cables de media y baja tensión (tipo PILC, o en los transformadores y sistemas de seccionamiento).

Los conectadores han tenido cierta evolución en la tecnología de conexión y el material utilizado. Por su conexión, son mecánicos o a compresión y, por el material utilizado, pueden ser, principalmente, de aleación de cobre o aluminio. En lo que respecta a su diseño, es evidente que ha existido una importante investigación con la finalidad de lograr conexiones con menores pérdidas, falsos contactos, sobrecalentamientos, etcétera.

Ante la Reforma Energética y la transformación de la CFE en empresa productiva del Estado, si se desea cumplir con las expectativas y los nuevos retos, la investigación y el desarrollo no pueden limitarse exclusivamente a encontrar mejores aislamientos o mejores conductores eléctricos; debe ampliar considerablemente su campo de acción a otros conceptos, como el uso de la tecnología digital/electrónica para incursionar en temas como medición, monitoreo, comparación, alarmas, comunicación remota, generación de reportes, etcétera, con la finalidad de analizar la información de forma tal, que permita tomar decisiones inmediatas y lograr, al mismo tiempo, una distribución de la energía de forma eficiente, a través de pérdidas eléctricas bajas, tanto técnicas como no técnicas (robo de energía), una cobranza más efectiva y costos de operación bajos que permitan una alta competitividad ante la entrada de los nuevos participantes para la generación y comercialización de la energía.

Este nuevo horizonte comenzará a crear un marco de competencia completamente diferente de lo que se conoció durante los últimos 50 años. Uno de los cambios importantes de las últimas décadas es la sustitución o reemplazo de la red de baja tensión desnuda por redes o líneas en baja tensión aislada, conocida por la CFE como red trenzada en baja tensión tipo 2 + 1 o 3 + 1 (dos y tres fases, respectivamente, más el conductor de neutro) para la subdistribución de la energía y la conexión de las acometidas.

Hacia la red inteligente

No fue sino hasta el cambio de siglo que inició la aceleración en el desarrollo de nuevas tecnologías para la creación de conectadores, conductores eléctricos, sistemas de medición y comunicación más eficientes.

En el campo de los conectadores, se ha desarrollado y perfeccionado el tema de tecnologías, como la de penetración de aislamiento (conectadores tipo IPC) para realizar conexiones rápidas y confiables en cables aislados poliméricos, sin la necesidad de retirar el aislamiento, o la proliferación de materiales conductivos de menor costo y mayor eficiencia e, inclusive, la sustitución de los watthorímetros tradicionales mecánicos por digitales, que, además de medir el consumo de la energía, comienzan a realizar registros y reportes que permiten analizar el consumo de la energía, tomar decisiones y realizar recomendaciones a los usuarios para que la energía sea aprovechada de forma más eficiente y racional, lo cual incluso ayuda al usuario a bajar su facturación.

Con la transformación de la CFE, el peso específico de generar, transmitir, distribuir y comercializar la energía de forma más eficiente a un menor costo será cada vez mayor. Habrán de desarrollarse sistemas que permitan estar a la altura de los nuevos retos. No es suficiente la búsqueda de mejores materiales aislantes y conductivos, deberá desarrollarse tecnología digital y software que estarán fusionados con los sistemas de conexión, medición y aislamiento eléctrico para la distribución y comercialización de la energía.

El mercado eléctrico debe estar a la altura de los gadgets, aplicaciones, sistemas de información y comunicación que hoy existen, como los desarrollados para el mercado de las telecomunicaciones. Estos dos mercados deben estar más relacionados que nunca. Desde hace unos años, ambos han empezado a fusionarse.

Un primer ejemplo son los gabinetes de medición y conexión para acometidas que se han instalado en algunas ciudades (como Acapulco o la Ciudad de México), cuyo objetivo principal es minimizar las pérdidas no técnicas.

Para lograr este fin, los equipos se instalan cerca de la red de media tensión para persuadir a personas no autorizadas a intervenir el equipo, ya que se incrementa el riesgo de electrocución. Estos equipos también son capaces de medir el consumo de la energía, justo a la salida del transformador (o lo más cercano posible), y enviarla por vía remota a la central de la CFE, para conocer no sólo el consumo, sino datos estadísticos que permitan analizar el uso de la energía de cada punto a lo largo del tiempo.

La CFE, en 2015, lanzó diversos proyectos Pidiregas para la renovación de la red de baja tensión, los cuales incluyen, además, la instalación de decenas de miles de estos gabinetes, así como watthorímetros (tipo AMI) para la disminución de pérdidas eléctricas y mejora de la eficiencia en la distribución y comercialización de la energía eléctrica. Se puede observar en estos proyectos una tendencia al uso de transformadores de menor capacidad para contar con menor saturación de cargas y distancia más corta entre ellos y las acometidas eléctricas.

A0CE0043122Pero esto es sólo el principio de la carrera por el desarrollo de sistemas que permitan a las compañías comercializadoras de energía cumplir con los nuevos retos e iniciar en México la alineación de todas las tecnologías instaladas, desde los sistemas de control y medición en subestaciones de alta tensión, sistemas de seccionamiento manual y automáticos en las redes de distribución, hasta la utilización de equipos de medición, conexión y comunicación en las acometidas eléctricas de baja tensión para enlazar todos estos sistemas y que México pueda contar con una red inteligente de clase mundial (smart grid) y así aumentar el uso eficiente de la energía eléctrica.

A0CE0043121Si se puede distribuir y comercializar eficientemente la energía, el siguiente reto es lograr generarla y transmitirla de forma sustentable y económicamente viable, para que en cada paso a lo largo del ciclo de la energía haya comunicación, envío y recepción de datos analizables para asegurar el uso eficiente de la energía. Con ello, México se sumaría a la tendencia a desaparecer las pérdidas técnicas y no técnicas, que hasta 2014 fueron más del doble que el promedio de los países de la Organización para la Cooperación y Desarrollo Económicos (OCDE): 14 (México) contra el 6 por ciento (resto de los países de la Organización), sin mencionar a Corea del Sur, cuyo índice es de apenas de 3 por ciento.

Eduardo Sánchez de Aparicio I.
Es director de Exportaciones en Sigma Solutions Commerce Group; también es director de Sigma Solutions Consulting Group y coordinador del Subcomité de Accesorios y Herrajes para Cable, IEEE Sección México; miembro del Centro de Competitividad e Innovación Caname.

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