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Gestión de equipos críticos
La naturaleza intermitente de las fuentes de energía renovables, como la solar y eólica, provoca esfuerzos térmicos, eléctricos y mecánicos adicionales en los equipos de generación, transformación e interrupción de la energía eléctrica. Esto contribuye al deterioro acelerado de los dispositivos, requiriendo herramientas avanzadas para la gestión de la vida útil, determinar su estado y planear su mantenimiento, reparación o sustitución.
Para apoyar con la gestión del ciclo de vida de estos equipos críticos (activos) y evitar paros no programados en el Sistema Eléctrico Nacional (SEN), en el INEEL se desarrollan y optimizan metodologías que permiten estimar indicadores de condición (salud) de los activos principales asociados a los procesos de generación, transmisión y distribución de la energía eléctrica.
Estas metodologías (figura 1) consideran como datos de entrada las características de construcción y operación de los equipos, así como los resultados de las pruebas en fábrica, puesta en servicio y mantenimiento de rutina. Los datos se analizan y evalúan mediante algoritmos especializados, considerando criterios establecidos en la normativa nacional e internacional, así como la experiencia y el conocimiento del personal del Instituto y de los propios usuarios, obteniendo como resultado un conjunto de indicadores numéricos que permiten clasificar el estado operativo o de salud de cada equipo. Estos indicadores se presentan al usuario en una interfaz gráfica, la cual, con base en su magnitud y aplicando un esquema de colores (figura 2), permite determinar el estado o condición del equipo analizado, desde "excelente" hasta "crítica". Esta característica puede facilitar la toma de decisiones, con un enfoque ejecutivo y operativo.
- En el enfoque ejecutivo, la metodología proporciona información necesaria para la planeación estratégica de cargabilidad, mantenimientos, reparaciones, sustituciones y análisis estadístico a nivel flotilla.
- En el enfoque operativo, la metodología proporciona la identificación de los mecanismos de deterioro o falla que están presentes en los activos, así como las recomendaciones de mantenimiento necesarias para atender las problemáticas, previo a una evolución de pérdida de flexibilidad operativa o falla catastrófica, con los consecuentes costos operativos, financieros, ambientales y sociales.
Planeación de los sistemas eléctricos de potencia
En la década de los 90, el Instituto desarrolló un modelo computacional para la Planeación de la Expansión de los Medios de Generación y Transmisión de energía eléctrica (PEGyT), el cual, en su primera versión, se diseñó para su uso en la Comisión Federal de Electricidad (CFE) y se empleó como apoyo para la preparación de la estrategia de expansión de la infraestructura de generación y transmisión del SEN.
Figura 1. Pantalla de inicio del sistema para el cálculo del índice de salud de generadores.
Figura 2. Tendencia en función del tiempo de una variable del sistema (tangente delta o tanδ), para el cálculo del índice de salud de generadores eléctricos: rojo (crítico), amarillo (regular) y verde (buen estado).
Con la evolución de las computadoras personales y de la necesidad de una interfaz de usuario más versátil, el PEGyT evolucionó en el 2005 a una segunda versión, la cual incluyó mejoras metodológicas que redujeron considerablemente los tiempos de cálculo, resolviendo además algunos problemas de convergencia, lo que permitió un uso más amplio.
Entre 2007 y 2015, se integraron al PEGyT mejoras en sus procedimientos de cálculo, al implementar una metodología que cuantifica y minimiza los riesgos económicos por efecto de la variabilidad futura de los precios de los combustibles, la cual impacta directamente en la composición tecnológica de la matriz energética propuesta. Además, considera una modelación más precisa de los flujos de potencia activa y de las pérdidas de energía eléctrica en la transmisión para obtener resultados más confiables.
Actualmente, la versión del PEGyT es una herramienta de planeación en el sector eléctrico que, ante los cambios tecnológicos y regulatorios, implementa una serie de extensiones (figura 3) para identificar las ventajas competitivas de los recursos de almacenamiento y de energías renovables, modelando con más detalle sus condiciones operativas, su efecto como reserva de energía en el cumplimiento de metas de energías limpias, así como su impacto económico.
Estas extensiones funcionales requieren una mayor explotación de la información, por lo que su implementación incluyó un rediseño de la interfaz gráfica de usuario y un manejo más robusto de bases de datos, permitiendo realizar estudios exhaustivos con algoritmos novedosos, diseñados para utilizar procesamiento en paralelo.
A través del tiempo, el PEGyT ha demostrado ser una herramienta poderosa como apoyo en el proceso de la planeación a largo plazo de los sistemas eléctricos y su impacto en el SEN, manteniéndose a la vanguardia y a la par de sus competidores comerciales. Esto ha sido posible por su continuo rediseño, acorde a la evolución del sistema eléctrico mexicano, a sus actualizaciones frecuentes y a sus métodos de cálculo más eficientes.
Figura 3. Proyección de la capacidad regional instalada al 2040: Resultados obtenidos con el modelo PEGyT para la expansión en fuentes renovables, almacenamiento eléctrico y ciclo combinado.
Normalización eléctrica
En México, el tema de normalización de la eficiencia energética surgió a inicios de la década de los 90, donde un mercado global era inminente; es entonces cuando surge la preocupación por tener estándares mínimos de eficiencia, o bien, consumos energéticos máximos para equipos y sistemas de uso final que se fabrican, comercializan y utilizan en nuestro país, con el objetivo de que los nuevos productos no impacten negativamente en la curva de demanda y consumo de energía eléctrica.
En marzo de 1991, y por encargo de la Comisión Nacional para el Uso Eficiente de Energía (CONUEE, antes CONAE), el Instituto apoyó en el desarrollo conjunto de proyectos de normas de eficiencia energética para refrigeradores electrodomésticos, equipos de aire acondicionado y motores eléctricos trifásicos de hasta 200 HP. Todos estos trabajos contribuyeron a la publicación y entrada en vigor de las primeras tres Normas Oficiales Mexicanas (NOMs) de eficiencia energética, las cuales se publicaron en el Diario Oficial de la Federación (DOF) en septiembre de 1994.
Posteriormente, en colaboración con la CONUEE, se continuó el soporte técnico a los proyectos de normas para bombas y lavadoras electrodomésticas, lámparas, bombas verticales, bombas sumergibles, sistemas de bombeo y sistemas de iluminación en edificios y vialidades, envolvente de edificios no residenciales, aire acondicionado central, equipos de refrigeración comercial, motores monofásicos y transformadores. Desde entonces, se ha colaborado en grupos de trabajo para establecer e impulsar la gran mayoría de las 33 NOMs de eficiencia energética y que están vigentes en nuestro país.
Para estos estudios, el Instituto apoyó en el consenso de las especificaciones técnicas que limitan el consumo energético o eficiencia de los equipos; además, el INEEL propuso métodos de prueba basados en normas internacionales, o bien, adaptados a las características del entorno nacional.
En este mismo contexto, el Instituto desarrolló una metodología de evaluación de los impactos energéticos y económicos por la implementación de las NOMs de eficiencia energética. La evaluación de la eficacia del programa de normalización de eficiencia energética concluyó que el impacto energético, económico y social que ha tenido desde su aplicación (1996 - 2017) implica un ahorro acumulado de 29.5 TWh y una demanda evitada de 2,844 MW, con un beneficio económico de aproximadamente 22 millones de pesos y 19.4 millones de toneladas de dióxido de carbono evitadas al medio ambiente (figura 4).
Figura 4. Resultados de ahorros energéticos globales por la aplicación de las normas de eficiencia energética.
Conclusiones
El diagnóstico preventivo de los principales activos asociados a los procesos de generación, transmisión y distribución de la energía eléctrica, y la planeación de los sistemas eléctricos de potencia —incluyendo la elaboración de normas para el uso eficiente de la energía eléctrica— son sólo algunas de las huellas que ha dejado la División de Sistemas Eléctricos (DSE) en el INEEL a través del tiempo. Además, ha sido un eje preponderante y estratégico en el desarrollo tecnológico del país, tal como la creación de reglas de operación del Mercado Eléctrico Mayorista (MEM), atendiendo también diversas necesidades tecnológicas en dos de las más grandes empresas públicas del sector energético de nuestro país: CFE y PEMEX; entre otras empresas del sector eléctrico y energético, ya sean públicas o privadas, nacionales o del extranjero.
Tendencias a futuro
El acelerado avance tecnológico en sistemas de control inteligentes y aplicaciones informáticas de Inteligencia Artificial (IA) ofrece un panorama prometedor en los sistemas de monitoreo y diagnóstico de activos importantes en sistemas eléctricos de potencia.
Por ejemplo, la incorporación de IA en el diagnóstico de "salud" de transformadores de potencia es un caso práctico de su aplicación, ya que reduce el tiempo dedicado a la toma de decisiones para el pronóstico del mantenimiento preventivo de dichos activos. La creciente incorporación de fuentes renovables (fotovoltaica y eólica) en la generación de energía eléctrica, aunada a una mayor penetración de autos eléctricos para uso particular y comercial, creará sinergia para incrementar la generación distribuida y redes eléctricas inteligentes, contribuyendo a optimizar el consumo energético y una acelerada transición energética.
Finalmente, los trabajos enfocados a la elaboración de normas de eficiencia energética para equipos de uso doméstico y comercial, desde ahora, muestran una tendencia a incrementar la eficiencia y reducir el consumo energético, con una visión de carácter obligatorio cada vez más estricto y creciente; toda vez que se mantenga una voluntad política mundial positiva y decidida para la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero, incluyendo una independencia energética acelerada de los combustibles fósiles.
Autores:
M.C. Dora Elia Flores Alva, deflores@ineel.mx
Ing. Itha Sánchez Ramos, isanchez@ineel.mx
M.T.A. Gabino Poblano Cuéllar, gpoblano@ineel.mx
Dr. Arturo Rodas Grapaín, arodas@ineel.mx