COMISIÓN DE INTEGRACIÓN ENERGÉTICA REGIONAL COMITÉ NACIONAL ARGENTINO V CIERTEC - SEMINARIO INTERNACIONAL SOBRE GESTIÓN DE PÉRDIDAS, EFICIENCIA ENERGÉTICA Y PROTECCIÓN DE LOS INGRESOS EN EL SECTOR ELÉCTRICO Área de Distribución y Comercialización Identificación del Trabajo: AR-09 Maceió, Brasil, Agosto de 2005 CUANTIFICAR, EVALUAR, PLANIFICAR E IMPLEMENTAR ACCIONES PARA LA REDUCIÓN DE LAS PÉRDIDAS Tema 1.1: Pérdirdas Técnicas Autor/es: GUILLERMO BETOLAZA, GUILLERMO LAYERENZA Empresa o Entidad: PA CONSULTING GROUP DATOS DEL AUTOR RESPONSABLE Nombre: Guillermo Betolaza Cargo: Consultor Dirección: Cerrito 866 9°piso – BA Argentina Teléfono: +5411 48 13 98 98 Fax: +5411 48 11 98 55 E-Mail: guillermo.betolaza@paconsulting.com PALABRAS-CLAVE: Programa integral, evolución histórica, distribución de la demanda, ‘gap’ real vs. eficiente, enfoque global, procesos, acciones correctivas, Resultados Inmediatos INTRODUCCIÓN En este escenario, el control de pérdidas resulta de gran importancia para la estabilidad y rentabilidad, y para el direccionamiento de futuras inversiones asociadas con la planificación de mediano y largo plazo de la empresa. Frente a esta complicación surge la pregunta de cómo poder evaluar el nivel de pérdidas de la empresa en forma clara e integral, de manera de orientar las acciones de gestión a los fines de su reducción y minimización. Un elevado nivel de pérdidas de energía representa un perjuicio económico para las empresas distribuidoras. Esto implica un mayor gasto de abastecimiento, e interfiere con el diseño y vida útil de las instalaciones, el control del reactivo y del nivel de tensión. Asimismo las pérdidas deterioran la calidad del servicio prestado y afectan la situación financiera, lo que por elevación termina deteriorando todas las áreas de la empresa. 1 EL PROGRAMA INTEGRAL Sobre la base de nuestra experiencia, para asegurar la efectividad de los planes de reducción de pérdidas, se requiere la ejecución de acciones simultáneas que comprenden: la realización de estudios eléctricos, la planificación de la red y optimización de su operación, el análisis de la facturación y bases de datos de clientes, la realización de mediciones en las redes y en algunos casos en particular, la confección de campañas específicas para combatir las pérdidas no técnicas. Haciendo una referencia especial a éste último tema (pérdidas no técnicas) la determinación de las causas y su posterior eliminación resulta una tarea compleja, dado que normalmente existen causales múltiples e interrelacionadas que abarcan desde problemas sociales hasta - quizás complicidad voluntaria y/o involuntaria del propio personal. En nuestra experiencia específica, hemos implementado con éxito un programa integral de reducción de pérdidas que permite Cuantificar las pérdidas totales por nivel de tensión y su evolución histórica, Evaluar el ‘gap’ entre la situación ‘actual‘ y el escenario ‘eficiente’ objetivo, Planificar y analizar las posibles acciones de reducción de pérdidas, e Implementar dichas acciones conjuntamente con la planificación de la empresa mediante una evaluación técnico-económica asociada a cada proyecto. Las Fig.1 y Fig.2 muestran el esquema de las etapas del programa y las tareas relacionadas a cada una de ellas. Figura 2 – Detalle del Programa Balances de E y P Causales de Pérdidas Programa Actual EVALUAR PLANIFICAR Análisis TécnicoEconómico IMPLEMENTACIÓN Otras Experiencias Resulta de gran importancia para asegurar la eficiencia del programa en general, el control y monitoreo de dichas acciones de manera tal de posibilitar una retroalimentación a medida que se obtengan los primeros resultados y con el fin de permitir el ajuste de las acciones propuestas originalmente. A continuación se describen las actividades asociadas a cada una de las etapas del programa. CUANTIFICANDO LAS PÉRDIDAS El método clásico empleado para la determinación de las pérdidas de Energía y Potencia asociadas a las redes de distribución, comprende el desarrollo de dos tareas fundamentales: el Balance General de Energía y Potencia y los Estudios de las redes de distribución. El Balance general permite determinar las pérdidas totales para los sistemas de transmisión y distribución, por diferencia entre los ingresos y las ventas en los distintos puntos de la red. (Fig. 3) Figura 1 – Etapas del Programa CUANTIFICAR Resultados Inmediatos PLAN DE ACCIÓN Base Facturación DIAGNÓSTICO Estudios Eléctricos IMPLEMENTAR CONTROLAR Y MONITOREAR 2 Figura 3 – Balance General de Energía y Potencia Energía 4,762,226 263,333 MWh/año Clientes libres AT Pérdidas Transmisión MWh/año 1.495% 71,201 MWh/año Red Transmisión Ingreso a Transmisión Figura 4 – Estados de Carga Potencia G Curva de Carga 756,615 kW Ingreso a Transmisión 13,509 kW Clientes libres AT 4,986 kW 0.66% Pérdidas Transmisión MWh/año 4,430,365 Pérdidas Red MT 979,037 MWh/año 1.621% 71,823 MWh/año 2,824,502 Ingreso a Red BT 1 0,8 0,6 0,6 0,4 0,4 0,2 0 738,121 kW Ingreso a Red MT 73,181 kW Clientes libres MT 126,838 kW Clientes Red MT 16,065 kW 522,036 kW Ingreso a Red BT 471,702 kW Clientes BT 50,334 kW 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 0 1143 2285 3428 4570 5713 6856 7998 Estados de carga Banda Pico Red MT Clientes MT 1 0,8 738,121 555,003 MWh/año Clientes libres MT 1,2 0,2 AT/MT 4,430,365 Ingreso a Red MT Monótona 1,2 MWh/año 2.18% Banda Resto Pérdidas Red MT MT/BT 1,2 1 Banda Valle 0,8 Media Alto 0,6 Media Resto 0,4 Media Valle 0,2 Pérdidas red BT 8.357% 236,035 MWh/año Red BT 0 2,588,467 MWh/año Clientes BT 9.64% 4,764,899 MWh 756,615 kW Potencia Total Ingresada Energía Total Vendida 4,385,840 MWh 685,230 kW Potencia Total Vendida Pérdidas Transmisión 71,201 MWh 4,986 kW Pérdidas Transmisión 71,823 MWh MWh MWh 16,065 kW kW kW Pérdidas MT Pérdidas en Redes MT Pérdidas en Aisladores MWh MWh MWh MWh 42,313 56,515 108,704 23,684 9,144 30,033 3,136 kW kW kW kW Pérdidas Técnicas BT Pérdidas Centros MT/BT Pérdidas en Red BT Pérdidas en Medidores 47,132 MWh 8,020 kW Pérdidas No Técnicas BT Pérdidas Técnicas BT Pérdidas Centros MT/BT Pérdidas en Red BT Pérdidas en Acometidas y Medidores Pérdidas No Técnicas BT 66,172 5,651 188,903 15,420 645 1143 2285 3428 4570 5713 6856 7998 Un punto que requiere un comentario particular es la distribución de la demanda a lo largo del alimentador de MT. Tomando como dato de referencia la medición en cabecera del alimentador (Sistema SCADA), y la energía asociada a cada punto de carga (Usuarios MT o Centros MT/BT), se distribuye la demanda mediante un proceso iterativo en el que se ajusta el balance de las potencias demandadas por los puntos de carga, más las correspondientes pérdidas de potencia, con la potencia inyectada en el arranque del alimentador. Si bien el método se ajusta bien a los requerimientos de determinación de pérdidas medias anuales de energía y potencia, generalmente realizados con fines tarifarios, carece del manejo de la variable temporal de la demanda, y simplifica la asignación de la demanda a los puntos de carga, considerando un factor de carga constante para todos los usuarios. El desarrollo de los sistemas GIS, la creciente informatización de los sistemas de gestión (técnica, comercial y administrativa) de las empresas distribuidoras, y la reducción de los tiempos de cálculo, han permitido considerar la variable temporal en los estudios de pérdidas, y obtener como resultado, a diferencia del caso anterior, la curva ‘temporal’ de pérdidas asociada a cada nivel de tensión de la red considerada. Pérdidas red BT Energía Total Ingresada Pérdidas MT Pérdidas en Redes MT Pérdidas en Aisladores 0 Los estudios eléctricos de las redes de MT, SED MT/BT y Red de BT, permiten determinar las pérdidas técnicas para los niveles de tensión MT y BT, considerando un estado de carga determinado, y por diferencia obtener las pérdidas no técnicas asociadas al nivel de BT. Con respecto a los estados de carga, para la determinación de las pérdidas de potencia se modelan las redes con la carga máxima simultánea con el sistema; mientras que para calcular las pérdidas de energía, se trabaja con tres estados de carga (Punta, Resto y Valle) y se calculan las pérdidas de energía aplicando la siguiente fórmula: PE = PEP * hsP + PER * hsR + PEV * hsV En la Figura 4 se muestra la determinación de los estados de carga para el cálculo de las pérdidas de energía. 3 comercial con medición horaria de la demanda sea generalizado, estaremos en el caso óptimo, ya que para definir la demanda en un punto en cualquier momento, simplemente tendríamos que ‘sumar’ las curvas asociadas a cada uno de esos puntos. En la Figura 7 se muestra un esquema representativo del método. Si adicionalmente sumamos la potencialidad de los sistemas GIS de información, es posible desarrollar estudios de las redes en tiempo real y realizar mapas temáticos como los que se muestran en las siguientes Fig.5 y 6. Figura 5 – Mapa temático 2D Figura 7 – Metodología GIS OUTPUTS Estado de Carga Horario en distintos Puntos de la Red Pérdidas Técnicas y No Técnicas Horarias INPUTS Información para la Operación Curva de Carga de cada Usuario Información SCADA en cada Alimentador Información de Consumo de los Usuarios La información necesaria para la realización del estudio comprende: Figura 6 – Mapa temático 3D • • • • • A diferencia del caso anterior, este método permite trabajar con la curva de carga típica de cada tipo de cliente (Residencial, Comercial, Industrial, etc.) – dejando de lado el concepto de factor de carga constante – con lo cual, la distribución de la demanda se realiza proporcionalmente a la energía correspondiente a cada punto de la curva, ganando exactitud en los resultados. En un futuro no muy lejano, cuando el uso de los medidores de energía residencial y • Caracterización del Consumo del Mercado ( Curvas Características por Tipo de Usuario por Región, Estación, Tipo de Día, etc. ) Registros de carga continuos en cada Alimentador de MT ( SCADA, Equipos Registradores, etc.) Base de Datos con los consumo registrados de los Usuarios en el periodo de Facturación. Datos de los Usuario con Perfil de Carga Horaria. Información Técnica de las Instalaciones ( Redes de MT y BT, Capacitores, Centros MTBT, etc.) Topología de Redes Temporal y la Vinculación de los Usuario con la Red (SIPRE) Como comentario final podemos agregar que resulta conveniente determinar el Balance General (anual o mensual) considerando la evolución de los últimos años (al menos tres), para la posterior comprensión y análisis de la 4 La comprensión y verificación de las principales causales de pérdidas es el punto de partida para la posterior definición de las acciones a tomar para la reducción de las mismas. Esta tarea se debe desarrollar conjuntamente con el personal responsable o involucrado en la gestión de pérdidas, principalmente relacionado con las gerencias de distribución y comercial de la empresa. efectividad de las acciones de reducción de pérdidas ya implementadas. EVALUANDO LA SITUACIÓN ACTUAL El proceso de Evaluación del ‘gap’ entre la situación actual y el escenario ‘eficiente’ objetivo buscado permitirá definir posteriormente las acciones de reducción de pérdidas, conjuntamente con el análisis electrotécnico de las redes planteado anteriormente. El mismo depende básicamente de tres aspectos fundamentales: la identificación de las causales que dan origen a las pérdidas; la evaluación de la efectividad de los planes de reducción actuales e implementados; y la revisión de los criterios de diseño, operación y medición de las redes. Evaluación de los programas actuales. En general, las empresas distribuidoras realizan acciones de reducción de pérdidas técnicas y no técnicas en forma centralizada o aislada; las primeras íntimamente relacionadas con la planificación de las redes de distribución y la Gerencia Técnica, y las segundas con la gestión de morosidad, fraude administrativo, o aspectos comerciales en general asociados a la Gerencia Comercial. El objetivo de la evaluación de los programas que actualmente la empresa desarrolla, es la definición de una estrategia para la gestión de las pérdidas de energía, conjunta y centralizada, que tenga en cuenta las experiencias adquiridas en el desarrollo de programas de reducción ya ejecutados que garantice la sostenibilidad del mismo. Dada la situación descripta se debe identificar y recopilar toda la información relacionada con el tratamiento de las pérdidas en todos los ámbitos de la empresa, confeccionando un único registro de acciones, a partir del cual se analizarán las Fortalezas, Oportunidades, Debilidades y Amenazas (FODA) del mismo. Este análisis es de gran utilidad para la evaluación crítica de la situación, y sus resultados deben ser considerados en la definición de los nuevos planes de acción. Identificación de las principales causales de pérdidas. A efectos de posibilitar la definición de una adecuada estrategia para la gestión de pérdidas, es necesario individualizar en primer lugar cuáles son las principales causales de pérdidas de energía originadas en las redes de distribución de la empresa. A modo de ejemplo, y sobre la base de la experiencia recogida, resulta frecuente encontrar las siguientes causales de pérdidas: • Pérdidas Técnicas − Alto Nivel de utilización de la capacidad de las redes − Ineficiente Configuración del Sistema − Bajos Niveles de tensión y tecnología obsoleta − Inadecuada Gestión de la demanda − Déficit o planificación inadecuada de las redes • Pérdidas No Técnicas − Conexionado clandestino, Adulteración del medidor y Hurto generalizado − Errores del medidor y en el sistema de medición − Fraude Administrativo PLANIFICANDO LAS ACCIONES PARA LA REDUCCIÓN DE PÉRDIDAS Las acciones de reducción de pérdidas están muy relacionadas con la Planificación de las redes y la gestión Comercial. Por lo tanto, para que se puedan alcanzar los resultados esperados y asegurar la sostenibilidad en el tiempo, resulta indispensable lograr el compromiso del personal de la Empresa 5 Distribuidora y de cada uno de los sectores involucrados. todos los niveles de la empresa, de manera tal de poder verificar de algún modo el grado de aplicación de los planes bajo análisis. Evaluación de la efectividad de las acciones. La historia de la gestión de pérdidas implementada por una empresa distribuidora, es una herramienta muy importante para el análisis de la efectividad del mismo. En función de los resultados obtenidos se pueden identificar posibles relaciones entre acciones y niveles de pérdidas, de manera tal de obtener la sensibilidad de las variables que afectan las pérdidas e impactan en los resultados, y así ‘pesar’ dichas acciones en función de su impacto positivo en la reducción de pérdidas. Si se logran vincular las acciones realizadas con las magnitudes físicas (ventas de energía y pérdidas) a lo largo del tiempo es posible encontrar algún grado de correlación entre estas dos variables, y visualizar la evolución (en volumen) de las pérdidas. Fig.8 Revisión de criterios de planificación, operación y medición de las redes. La planificación de la red de distribución es el paso inicial en la definición de las instalaciones para la expansión de los sistemas de distribución. Por lo tanto resulta necesario la revisión de la misma desde el punto de vista su posible perfeccionamiento a efectos de la reducción de las pérdidas técnicas, con el objetivo de identificar y recomendar mejoras y cambios toda vez que corresponda. En este punto resulta necesario la determinación de la red técnicoeconómicamente adaptada a la demanda cumple un papel fundamental, ya que da una referencia de la red de mínimo costos objetivo asociada a una zona determinada de al empresa (Fig. 9): Figura 8 – Relación Acciones - Pérdidas Figura 9 – Adaptación técnico-económica Acciones vs. Pérdidas Pérdidas de Energía Acciones de Reducción de Pérdidas TAM 120 35% 100 30% Estudio de mercado abastecido. Caracterización del mercado Mapa de densidad de demanda. Crecimiento esperado. 25% 80 20% 60 15% 40 Campaña de Control de Pérdidas No Técnicas 20 Reconfiguración de la Red y Balance de Cargas 10% Aspectos regulatorios: Calidad de servicio y de producto técnico. 5% Jul-05 Abr-05 Jun-05 Mar-05 May-05 Dic-04 Feb-05 Ene-05 Oct-04 Nov-04 Jul-04 Ago-04 Sep-04 Abr-04 Jun-04 Mar-04 May-04 Dic-03 Feb-04 Ene-04 Oct-03 Nov-03 Jul-03 Ago-03 Sep-03 Abr-03 Jun-03 Mar-03 May-03 Feb-03 0% Ene-03 Características de las redes existentes. TAM [%] Energía [GWh] Ventas de Energía Estudio de adaptación técnicoeconómica de la red a la demanda. Mes Tecnologías disponibles y convenientes Aspectos reglamentarios, ambientales y legales. Contrato de Concesión. Reglamentaciones de instalaciones Leyes Códigos urbanos. RED TECNICO-ECONOMICAMENTE ADAPTADA PLAN DE LARGO PLAZO En el gráfico anterior se ha graficado en el eje auxiliar la Tasa Anual Móvil (TAM) de pérdidas, que representa las pérdidas porcentuales correspondientes a una ventana de un año hacia atrás del mes considerado. El beneficio de este tipo de análisis de mediano-largo plazo es que más allá de variaciones puntuales en el periodo de planificación, se garantizan los niveles de pérdidas en el entorno de los valores eficientes. El siguiente paso corresponde a la revisión de la operación de las redes de distribución. En función de las características de funcionamiento y criterios de operación de las redes de distribución primaria y secundaria de la distribuidora, se elaborarán recomendaciones de mejora desde el punto de vista de la reducción de las pérdidas, que incluirán por ejemplo aspectos tales como los que se indican a continuación: Es de real importancia en esta etapa del estudio, el análisis de la información recopilada referente a los planes de acción ejecutados, en lo que respecta al proceso propiamente dicho; es decir, se debe realizar un análisis crítico de las políticas de reducción de pérdidas implementadas, evaluando los procesos internos involucrados con el control y cálculo de pérdidas, y tomar contacto con el personal responsable mediante la realización de entrevistas y encuestas en 6 • • • • • • • • correspondiente. La evaluación se efectúa tanto en lo que respecta a los proyectos de reducción de pérdidas técnicas como en los referidos a la reducción de pérdidas no técnicas. Carga máxima recomendada por alimentador MT Corrección de desequilibrios por desbalance de cargas Control del factor de potencia y compensación del reactivo Control de armónicas en la red Longitud media de los alimentadores de MT Estado de carga óptimo de los transformadores MTBT. Nivel de reserva Criterios de operación óptimos Inspección de las redes y pautas para el mantenimiento Evaluación de costos y beneficios directos de los proyectos de mejora. La evaluación de los costos y beneficios directos de los proyectos de mejora comprende todos los costos involucrados, ya sea inversiones, materiales de explotación, recursos humanos propios y contratados, servicios diversos contratados, entre otros. Desde el punto de vista de los beneficios se consideran aquellos asociados al incremento de facturación futura de consumos no registrados, a la recuperación de consumos pasados no facturados, a la reducción de la generación y compra de energía en el caso de reducción de pérdidas técnicas o de consumos no registrados, y la reducción de costos comerciales o de operación y mantenimiento en el caso que resulten del proyecto en particular. La valoración de la reducción de las pérdidas se realiza sobre la base del costo incremental a largo plazo. Además de los beneficios directos mencionados en el punto anterior se identifican y evalúan los beneficios indirectos adicionales como pueden ser por ejemplo la reducción del nivel de fallas, de las caídas de tensión y el incremento de la capacidad de las instalaciones que se produce por la reducción de pérdidas técnicas y no técnicas (cuando conllevan asociadas una reducción del consumo), como así también la mejora en la seguridad de la población en general con la eliminación de las conexiones clandestinas, y otros que surjan del análisis de los distintos proyectos. Esta información podrá ser respaldada mediante la implementación de un Programa de Benchmarking para empresas distribuidoras de energía eléctrica, el cual permite identificar las mejores prácticas entre empresas de mercado asimilable. La información recabada a partir de las experiencias más favorables puede ser utilizada al momento de elaborar las recomendaciones respecto de los criterios de operación de las redes. Por último se analiza la metodología de medición a usuarios finales; en particular se pondrá énfasis en las medidas de control y acceso a los equipos de medición, recomendando evaluar aquellos cambios conducentes a la instalación de barreras tecnológicas para impedir el fraude (pérdidas comerciales). IMPLEMENTANDO LAS ACCIONES El Plan de Reducción de Pérdidas y Mejora de la Gestión Comercial consiste de una serie de proyectos, identificados en la etapa anterior como posibles reductores de pérdidas, que deben ser evaluados en cada caso desde el punto de vista técnicoeconómico de manera de fundamentar su conveniencia. Para ello deben identificarse los costos y beneficios asociados a cada proyecto (tanto directos como indirectos), y realizar posteriormente el análisis técnico-económico Análisis económico de los proyectos. Una vez determinados los costos y los beneficios asociados a cada uno de los proyectos de reducción de pérdidas a analizar, tanto directos como indirectos, se efectúa el análisis financiero de los mismos para un horizonte a establecer. 7 Se calculan los indicadores financieros típicos para evaluar proyectos, los cuales comprenden: evaluar y priorizar los proyectos en función de los criterios de rentabilidad que utilice la compañía, tomando en cuenta para su distribución temporal las prioridades establecidas por la empresa y la existencia de interrelaciones entre distintos proyectos. • Tasa Interna de Retorno (TIR): Tasa de descuento que iguala los ingresos y los egresos a lo largo de la vida útil • Período de Recuperación (Pay Back): Tiempo en que los ingresos igualan a los egresos a la tasa de descuento (definida) • Valor Actual Neto (VAN): Resultado en pesos (exceso o defecto) del flujo de fondos (ingresos – egresos) actualizados a la tasa de descuento y durante toda la vida útil • Efectivo Valor Agregado (EVA): es el VAN pero considerando el costo del dinero CONCLUSIONES La aplicación de éste tipo de Programa permite obtener una estimación precisa de las Pérdidas Técnicas, considerando los perfiles de carga de las diversas instalaciones en función de la curva de carga de los usuarios vinculados. Su posterior comparación con la energía comprada y facturada permite obtener el valor de Pérdidas No Técnicas existente con elevada precisión, con discriminación geográfica (GIS), posibilitando la posterior orientación de la investigación de los orígenes de las mismas y las acciones de mitigación. Una vez evaluados todos los proyectos y acciones de reducción de pérdidas analizados, se efectúa una priorización de los mismos en función de los indicadores económicos calculados para cada uno de ellos, tomando en cuenta para su distribución temporal las prioridades establecidas por la empresa y la existencia de interrelaciones entre distintos proyectos. Finalmente, se confecciona un gráfico como el que se muestra en la Fig.10. La simulación en tiempos breves de los distintos estados de carga simultáneos en diversos alimentadores, posibilita diseñar una estrategia para la operación en condiciones normales y definir las mejores opciones para los casos de emergencia. Adicionalmente permite detectar Sobrecargas críticas de las Instalaciones para evitar el envejecimiento de las instalaciones o su deterioro, como así también los niveles de Tensión por encima de los valores límites permitidos en los distintos puntos de la Red. Alto Figura 10 – Priorización de Acciones G Impacto en las pérdidas F B La disponibilidad de información del estado de carga horario simultáneo en todos los puntos de la red, para los 365 días del año, conjuntamente con un modelo de estudio de redes, resulta una herramienta única para la planificación. A C Bajo D Bajo TIR Resulta posible analizar el comportamiento de las diversas instalaciones en forma geográfica y determinar las necesidades de inversión en forma óptima considerando las posibilidades de configuración de la red. Alto De esta manera el planificador y el responsable financiero de la compañía podrá 8 REFERENCIAS [1]G. Betolaza/O. Castro, 2003, "Soluciones para la gestión de las redes de distribución basadas en la información gráfica de las empresas” CIER SIMSE 2003 Cartagena de Indias, Colombia. [2]J. Espain/S. Gallino, 2001, “Metodología para la determinación de las Tarifas de Distribución de Electricidad”, CIDEL 2002 Buenos Aires, Argentina. 9