Un mecanismo ahorra pérdidas energéticas en los transformadores en paralelo

0

El sistema patentado de optimización de transformadores en paralelo‐ PLO‐Parallel Losses Optimization‐ analiza la carga energética demandada y reduce su coste

En los sistemas de distribución eléctrica son necesarios transformadores. Para garantizar la continuidad de suministro se instalan habitualmente dos o más, en paralelo de modo que ante una avería o mantenimiento de uno de ellos el otro pueda proporcionar la energía necesaria. Ambos transformadores permanecen conectados a la red de forma continua y sin tener en cuenta el nivel de carga que se les demanda. Todo transformador presenta unas pérdidas energéticas que suponen un coste económico. El sistema PLO, patentado por ingenieros del  departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Control de la ETS Ingenieros Industriales de la UNED, es un dispositivo que, en función de la carga demandada a los transformadores y de las características de los mismos, evalúa la situación de mínimas pérdidas, ordenando la conexión de uno concreto de los dos transformadores, o de ambos de modo que se reduce el coste debido a pérdidas energéticas.


Beneficio fundamental:

Reduce el consumo eléctrico de los centros de transformación causado por las pérdidas energéticas internas de los propios transformadores mediante su conexión y desconexión automatizada en función de la necesidad real de la demanda en cada instante.

Dirigido a:

Empresas y entidades públicas con centros de transformación eléctrica sujetos a variaciones de consumo horario o estacional.

Características:

  1. Ahorra de forma automática al desconectar las unidades no necesarias en los momentos de menor consumo.
  2. Detecta el aumento de la demanda conectando las unidades necesarias. Actúa desde el nivel óptimo manteniendo la continuidad del servicio.
  3. El sistema modifica en tiempo real la combinación de la conexión, estableciendo el óptimo entre la configuración de los transformadores y la demanda eléctrica.
  4. El dispositivo patentado Sistema PLO‐Parallel reduce las pérdidas de los transformadores en un porcentaje que varía según el tipo y uso de la instalación. Se han detectado valores de ahorro que oscilan entre un 5% y un 40%.
  5. El periodo de recuperación de la instalación del Sistema varía entre uno y tres años.
  6. Es aplicable a instalaciones nuevas y en funcionamiento así como a todo tipo de transformadores.

Fundamentos:

  • El producto ofrecido está patentado por sus inventores. Sus autores pertenecen al departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Control de la ETS Ingenieros Industriales de la UNED.
  • La patente se ofrece comercialmente dentro de las actividades de transferencia de resultados contempladas en la normativa universitaria, LOU Ley Orgánica de Universidades 6/2001 de 21 de diciembre de 2002, y modificación Ley 4/2007 de 12 de abril
  •  La oficina de transferencia de resultados de investigación OTRI de la UNED colabora en la comercialización proporcionando servicios de apoyo a profesores y a empresas en promoción, contratación, licencias, exenciones fiscales, etc.

Descripción del sistema:

En los sistemas de distribución eléctrica son necesarios transformadores, la energía eléctrica se distribuye en alta tensión hasta los puntos de consumo donde esta tensión se reduce con el objetivo de adecuarla a los niveles aptos para el uso en industrias, oficinas, alumbrados públicos, etc.

Para garantizar la continuidad de suministro y como consecuencia de la normativa vigente se instalan habitualmente dos o más transformadores en paralelo de modo que ante una avería o mantenimiento de uno de ellos el otro pueda proporcionar la energía necesaria. Ambos transformadores permanecen conectados a la red de forma continua y sin tener en cuenta el nivel de carga que se les demanda. Todo transformador, como consecuencia de su propio funcionamiento, presenta unas pérdidas energéticas que suponen un coste económico asociado a la energía eléctrica consumida.

Conexionado de transformadores en paralelo y funcionamiento del PLO

Las pérdidas de un transformador son de dos tipos:

  • Pérdidas en vacío: presentes en el transformador de forma constante independientemente de la potencia demandada al transformador
  • Pérdidas en carga: función de la potencia demandada al transformador

El sistema PLO es un dispositivo que en función de la carga demandada a los transformadores y de las características eléctricas de los mismos evalúa la situación de mínimas pérdidas ordenando la conexión de uno concreto de los dos transformadores, o de ambos de modo que se reduce el coste debido a pérdidas energéticas.

Estas pérdidas energéticas suponen una pérdida económica asociada y las consiguientes emisiones de CO2 por la energía eléctrica consumida. Para cada combinación de dos transformadores en paralelo y una demanda eléctrica en los mismos existe una única situación de conexión que minimiza las pérdidas energéticas (suma de las de vacío y las de carga) del conjunto, pudiendo ser óptima la conexión del primero de ellos, del segundo o de ambos en paralelo. Esta combinación de conexión óptima no se corresponde situación de conexión real ya que ambos transformadores se mantienen conectados en paralelo de forma continuada.

Novedad técnica y ventajas:

La novedad radica en que el sistema permite conectar y desconectar los sistemas de transformación de modo que se reduzca el consumo energético y las emisiones de CO2 de un modo totalmente automatizado. Es novedoso igualmente el propio concepto de optimización de los centros de transformación puesto que ese aspecto actualmente no se lleva a cabo en ningún caso ni de forma manual ni automática y existe un elevado potencial de ahorro energético (estamos hablando de cientos de miles de centros de transformación en todo el mundo).

El método es válido para cualquier tipología de transformador ya sea este existente (instalaciones de transformadores actuales) o de nueva instalación y también permite su implementación sea cual sea el nivel de eficiencia energética de los transformadores.

La invención permite ayudar a solventar el problema asociado a las elevadas pérdidas energéticas en el conjunto de los transformadores de un sistema red de transporte‐ distribución que según estudios llevados a cabo en Estados Unidos suponen el 40% de las pérdidas eléctricas en instalaciones públicas y el 16% en instalaciones privadas, mientras que en Europa se estima que la sustitución de los transformadores existentes por otros un 40% más eficientes permitiría reducir el consumo energético en más de 22 TWh lo que conllevaría una disminución de emisiones de gases de efecto invernadero de más de 9 millones de toneladas de CO2 equivalentes.

La invención permite reducir las pérdidas en los transformadores un valor medio del 14,3% lo que supondría un ahorro estimado en Europa de más de 7,3 TWh.

Ahorros obtenibles:

La carga que se demanda a los transformadores varía enormemente en gran parte de los casos: horarios de apertura en centros docentes, funcionamiento estacional en localidades y centros turísticos, diferentes niveles de ocupación en función de la época del año, variación de requisitos de climatización en función de las condiciones climáticas, horarios de fabricación en industrias, etc. Con la aplicación de la invención se modifica la configuración de conexión en tiempo real reduciendo de este modo las pérdidas y el consumo energético.

En la figura 2 se muestran los ahorros anuales obtenibles para un caso de curva de carga monitorizada para un centro de transformación con transformadores de 1630 kVA y clase de eficiencia E0DK. La reducción de pérdidas es cercana a un 30% respecto de la situación inicial.

Reducción de pérdidas en caso de estudio transformador EODK

En la figura 3 se muestran los ahorros anuales obtenibles para un caso de curva de carga monitorizada para un centro de transformación con transformadores de 1630 kVA y clase de eficiencia C0BK. La reducción de pérdidas es de más de un 40% respecto de la situación inicial y se comprueba que el método funciona de forma correcta en cualquier transformador independientemente de su clase de eficiencia.

Reducción de pérdidas en caso de estudio transformador COBK

Instalaciones con posibilidad de aplicación:

La propiedad de los centros de transformación objeto de aplicación de la invención son tanto de titularidad del cliente o de la compañía suministradora de electricidad.

Esta amplia variabilidad de mercado hace que los potenciales clientes de la misma sean tanto clientes privados como compañías eléctricas que verían reducida de forma importante las pérdidas energéticas en la cadena de distribución eléctrica. El cliente final que posee en propiedad un centro de transformación paga por la energía consumida aguas arriba de los transformadores lo que implica que las pérdidas en los mismos son asumidas por él sin que se produzca ningún efecto útil. En el caso de las compañías suministradoras de electricidad las pérdidas en la cadena de transformación suponen costes económicos que son asumidas por ellas.

Análisis preliminar de la inversión:

Se presenta en las tablas adjuntas la evaluación económica y financiera de un caso tipo de estudio para dos transformadores, suponiendo un coste por dispositivo instalado de 1.500 €. obteniéndose una significativa rentabilidad con un periodo de recuperación de la inversión de entre 1 y 3 años.

Acceso a la patente (pdf) »

Contacto ‐ OTRI:

Sixto Jansa       91 398 96 90 –  sjansa@pas.uned.es

Compartir.

Dejar una Respuesta