x jornadas tÉcnicas abb, santiago de chile , 11 de abril

X JORNADAS TÉCNICAS ABB, SANTIAGO DE CHILE, 11 DE ABRIL DE 2017

Eficiencia energética en TransformadoresConstruyendo un mundo mejorHERNAN ESCARRIA, Gerente Desarrollo de Producto

52 fábricas de transformadores

Capacidad Global ABB

April 18, 2017 Eficiencia energética en Transformadores - Construyendo un mundo mejorSlide 2

Eficiencia energética en TransformadoresConstruyendo un mundo mejor – verde es mejor

Sostenibilidad es la responsabilidad que todostenemos en el equilibrio de las necesidadeseconómicas de la sociedad con un impactosocial y ambiental.WWF (World Wildlife Fund) la define como lamejora de la calidad de la vida humana, viviendodentro de la capacidad de carga de losecosistemas.

Las emisiones globales de CO2 son de hasta 30Giga toneladas por año

Eficiencia energética en TransformadoresConstruyendo un mundo mejor

Eficiencia Energética

Reducción de emisiones de CO2

Seguridad– Atóxico

– Menor riesgo para personaloperativo

– No inflamable ni explosivo

Reducción de la velocidad deenvejecimiento

– Activos con mayor vida útil

– Menor generación de desechos

– Menor utilización de recursosnaturales

Biodegradabilidad


Introducción a los Transformadores

DESARROLLO CRONOLOGICO DE LA TECNOLOGIA DEL NUCLEO

• 1882 Primer circuito magnético cerrado (transformador) Gaulard - Gibbs.

DESARROLLO CRONOLOGICO DE LA TECNOLOGIA DEL NUCLEO

• 1885 Transformador con circuito magnético en H, I y luego en E.Stanley y Westinghouse


En 1890, cinco añosdespués de lainvención de lostransformadores,Brown Boveri & Ciefue el primero enutilizar el aceite debase mineral comomedio aislante yrefrigerante detransformadores.


Transformadormoderno


TransformadorModerno


1. Núcleo2. Unión de

cerramiento delnúcleo

3. Riostras deensamble

4. Parte inferior dela cuba

5. Bobinas de altatensión

6. Tapa superior7. Radiadores8. Conexiones9. Conmutador

para operaciónsin carga

10. Bujes


1. Eficiencia: Diagnóstico y relevancia

2. Acciones energéticamente eficientes (MEPS)

3. Eficiencia: PEI (Peak Effciency Index)

4. TCO (Costo total del activo)


Agenda






Agenda

Tendencias globales

Enfrentando los desafíos de la sociedad actual

April 18, 2017 Slide 14

Incremento de la demanda eléctrica parael 2040 (bajo politicas actuales)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

2013 2040Electricity demand is calculated as the total grosselectricity generated less own use in the production ofelectricity and transmission, and distribution losses.

+87%

Source: IEA, World Energy Outlook 2015

In thousand Terawatt-hours (TWh)

Sin rapidas acciones para reducir lasemisiones de CO2, el calentamiento global se

acelerará, trayendo consecuenciascatastróficas

Eficiencia energética en Transformadores - Construyendo un mundo mejor

Comportamiento a lo largo de la cadena energética

Pérdidas estimadas en las redes eléctricas

April 18, 2017 Slide 15 Eficiencia energética en Transformadores - Construyendo un mundo mejor

Cerca del 80%de la energía esperdida antes deque llegue alcliente final

20 -30%que se puede ganarusando la tecnologíadisponible

T&D a nivel global

Pérdidas estimadas en las redes eléctricas


8.5%

Balance energético global


Source: REN21, 2015

A nivel global La energía renovable (no hídrica) es menor que las pérdidas en T&D

El transformador es un gran consumidor de energíaRelevancia de la eficiencia en el transformador


Más del tres por ciento de la energía electrica generada es pérdida entre la fuente de energía y elusuario final debido a pérdidas en transformadores. Basicamente toda la energía eléctrica debepasar a través de los transformadores antes de alcanzar el uso y aplicación final.

El transformador es un gran consumidor de energía

Relevancia de la eficiencia en el transformador


Comparando los transformadores menoseficientes en uso actualmente con lostransformadores más eficientes que sepueden fabricar hoy, las pérdidas se

podrían reducer hasta en un 60%

Las pérdidas en transformadores en lared global de transmisión y distribuciónson aproximadamente iguales a 700 TWh



Seleccionando transformadoreseficientes energéticamente, sepodría llegar en el año 2035, aahorrar al menos un uno porciento de la electricidad generadalo que corresponde a 350 TWh

350 TWh fue el consumo deenergía del Reino Unido in 2014

Transformadores eficientes

El transformador es un gran consumidor de energía

Relevancia de la eficiencia en el transformador







Agenda

Incrementar la eficiencia energética y Reducir las emisiones de CO2

Construyendo un mundo mejor


Incrementar la eficiencia energética Reducir las emisiones de CO2

www.solarimpulse.com

Minimum Efficiency Performance Standards (MEPS)

Estándares de desemepeño de Mínima Eficiencia


MEPS legislationhttp://new.abb.com/products/transformers/energy-efficiency/meps-regulations-at-a-glance

Minimum Efficiency Performance Standards (MEPS)Estándares de desemepeño de Mínima Eficiencia


Link to directive (all EU-languages):

http://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=uriserv:OJ.L_.2014.152.01.0001.01.ENG

UE- Publicación de directiva 22.05.2014Aspectos regulatorios

Tecnologías y diseño que aumentan la eficienciaAspectos regulatorios

Potencia

Ruido Refrigeración

Voltajes

Integridad Mecánica

ImpedanciaEvaluaciónde Perdidas

Regulación Niveles deaislamiento

Pruebas

Específica

Transport

limitation acceleration

Seismicloads

Full ScaleSCC test

Sobrecargas

Accssories, bushings,TC, oil vaves andcorrosive protection

Pérdidas fijas Capitalizadas

Bajo nivel de ruido

Principales factores de costo:n Evaluación de pérdidasn Ruidon Requerimientos mecánicos

Temp.Gradiente,

temperatura ambiente

Mech. Integrity

due to SC forces

Aspectos regulatoriosTecnologías y diseño que aumentan la eficiencia

Automatización

Personalización

Confiabilidad

Diseño configurablebasado en lasnecesidades delcliente

Alta Calidad Pruebas deCC en todoel rango deproducción.Diseñoprobado

ConceptoDemostrado

Basado en regas communesde diseño ABB, Proveedores,procedimientos y Calidad.

Diseño

robustez

Y procesos

simplificados

Simplificación de procesos

Aspectos regulatoriosTecnologías y diseño que aumentan la eficiencia

Tecnologías y diseño que aumentan la eficienciaAspectos regulatorios

© ABB GroupApril 18, 2017 | Slide 04

UE- Publicación de directiva 22.05.2014Aspectos regulatorios

Peak Efficiency Index (PEI)






Agenda


Eficiencia en un transformador

Eficiencia

La eficiencia en cualquier condición de carga en un transformador es la energíaentregada en la salida del transformador sobre la energía suministrada en la entradadel transformador.

SkPk²-)P+(P-Sk=η

r

kc00r

***

Load Losses

No-Load Losses

Cooling Losses

Supplied EnergyUsable Energy

© ABB GroupApril 18, 2017 | Slide 04

Variación de la eficiencia con la carga

Eficiencia

La eficiencia es máxima cuando el factor de carga satisface:

=( + )

PEI

Indice de eficiencia máxima (PEI)

Eficiencia


• PEI es un índice para caracterizar laeficiencia energética de un transformadorde potencia.

• PEI es independiente del factor de potencia,y del factor de carga.

• PEI es el mayor valor de eficiencia quepuede ser alcanzado cuando el factor decarga se encuentra en su valor óptimo.

PEI

= η = 1 −2( + )

+

PEI es calculado de acuerdo a lasiguiente formulación:

Tolerancia en los valores de eficiencia(PEI)

Eficiencia


Para los valores de PEI se establece una toleranciade cero con respecto a los requermientos mínimosde eficiencia.

Ejemplo: Indice de eficiencia máxima (PEI)

Eficiencia







Agenda

Cúanto cuesta realmente un transformador?

Costo Total del activo – Total cost of ownership (TCO)


El costo real de un transformador para su dueño es la suma del precio inicial de compra masel costo de ponerlo en funcionamiento durante su vida útil 20 – 30 años

Costo durante elciclo de vida

La decision de compra requiere un balance adecuado entre el costo decompra y el costo de futuras pérdidas.

• Precio de compra• Costo de las pérdidas

Pérdidas sin cargaPérdidas en carga

• Costos por Puesta en marcha• Costos de mantenmiento• Costo por emisiones (según regulación)

Cúanto cuesta realmente un transformador?



Teniendo en cuenta que los estándares de mínima eficiencia de desempeño se debencumplir, es esencial una adecuada evaluación de las pérdidas para seleccionar untransformador con los niveles de eficiencia económicamente óptimos. Esto se puede hacerusando le método TCO (Total cost of ownership)

Po Pérdidas en vacío (NLL)

Pco Consumo por refrigeración en operación sin carga

Pk Pérdidas en carga (LL)

Pcs Consumo por refrigeración en operación con carga

IC Costo inicial

• El costo de las pérdidas tiene efectodurante toda la vida útil deltransformador, por lo tanto, dichocosto debe ser llevado al momentode la compra a través de Valores decapitalización A y B.

• Los factores A, B (USD/kW)dependen de las condiciones decarga del transformador, del costodel dinero, precio de la energía, vidaútil esperada.

Parámetros para el cálculo de los factores A y B



• t - Horas de operación por año (horas)

• i - Tasa de descuento por la inversión (“costo del dinero”, en porcentaje)

• n - Vida útil del transformador (años)

• - Costo de la energía durante la vida media de el transformador

• C - Costo inicial de la energía (USD/kWh)

• j – incremento anual del precio de la energía (porcentaje)

• k – promedio de carga del transformador durante su vida útil

Diseño óptimo basado en los datos del cliente



3,000

2,500

2,000

1,500

1,000

0,500

0,000

Precio de venta (1:1)

Costo de las pérdidas

Costo total del activo VS precio de venta

+

=

Sales price in MUSD

Tota

lCos

tin

MU

SD

LowestOwnership Cost

Optimal Design & Sales Price

Diseño óptimo basado en los datos del cliente



• La tarea es diseñar un transformador que minimice el costo total del activo

• Empleando más materiales se pueden reducir las pérdidas y los costos defuncionamiento, pero se incrementan los costos de fabricación.

• Un software de optimización es usado para encontrar el TCO más bajo.

• Para que el fabricante pueda encontrar la opción más óptima, el cliente debeproveer los valores de evaluación de las pérdidas, A y B

TCO Calculator: herramienta disponible

TCO



Si resultan preguntas o dudas, Favor contactarme

HERNAN ESCARRIA G

ABB Transformadores Pereira

Teléfono + 57 6 3136589

Cel + 57 3115617177

Mail [email protected]

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