Proyecto de Innovación Tecnológica IMPLEMENTACIÓN DE PROYECTO DEL SISTEMA DE TELEGESTIÓN PARA TECNOLOGÍA LED DE ALUMBRADO PÚBLICO (AP) ESTUDIOS DE PROYECTOS DE INNOVACIÓN TECNOLÓGICA Y/O EFICIENCIA ENERGÉTICA CONSORCIO SUR ABRIL 2023 1 Proyecto de Innovación Tecnológica CONTENIDO 1. Resumen del Proyecto: .................................................................................................. 3 2. Antecedentes..................................................................................................................... 3 3. Objetivo del Proyecto: .................................................................................................... 4 4. Evaluación de las Tecnologías de Telegestión. ....................................................... 5 5. PLC - Onda portadora ..................................................................................................... 6 6. Redes inalámbricas. ........................................................................................................ 8 7. Plataforma de Telegestión Propuesta PLC / RF ....................................................... 9 7.1. Sistema de Comunicaciones ..................................................................................... 9 7.2. Arquitectura de la Solución ..................................................................................... 10 7.3. Especificaciones de los Controladores de Luminarias LED .......................... 11 8. Tecnología PLC / RF Híbrida ....................................................................................... 13 8.1. Ventaja de la Tecnología PLC / RF Híbrida.......................................................... 13 8.2. Caso de Éxito Vattenfall (Suiza) ............................................................................. 15 9. Evaluación del Proyecto ............................................................................................... 16 9.1. Requisitos para el Proyecto .................................................................................... 16 9.2. Costos de Implementación, Operación y Mantenimiento................................ 17 9.3. Rentabilidad del Proyecto ........................................................................................ 26 9.4. Beneficios del Proyecto............................................................................................ 27 10. Bibliografía ................................................................................................................... 28 2 Proyecto de Innovación Tecnológica IMPLEMENTACIÓN DE PROYECTO DEL SISTEMA DE TELEGESTIÓN PARA TECNOLOGÍA LED DE ALUMBRADO PÚBLICO (AP) 1. Resumen del Proyecto: El presente proyecto piloto de innovación tecnológica, propone implementar un Sistema de Telegestión para Tecnologías LED de Alumbrado Público para Electro Sur Este, en unas 30 subestaciones definidas en Cusco y Madre de Dios, el cual considera la implementación de 1671 tarjetas de telegestión para los equipos de Alumbrado Público LED usando una plataforma de comunicación basada en la tecnología híbrida PLC y RF, de acuerdo a la alianza PLC G3 + RF MESH el cual usa la banda libre de 915-928 MHz con el fin de evitar realizar el pago del canon por el uso de la frecuencia. El proyecto debe mejorar la eficacia del alumbrado público y contribuir directamente en la optimización de sus costos de operación y mantenimiento y a la vez aumentar la disponibilidad y confiabilidad del alumbrado público. 2. Antecedentes Las empresas eléctricas de distribución están ejecutando desde hace algunos años el reemplazo gradual de luminarias con lámparas de vapor de sodio por luminarias con tecnología LED. Tanto es así que, la Corporación FONAFE mediante Licitación Pública Nº005-2018-FONAFE “Contratación de Bienes Compra Corporativa de Luminarias LED para las Empresas de Distribución Eléctrica Bajo el Ámbito de FONAFE”, el 26 de febrero de 2019 ha otorgado la Buena Pro para la adquisición 110,300 luminarias con tecnología LED según el siguiente detalle: Ítem 1 2 3 4 Descripción Luminaria para Alumbrado Público con Tecnología LED, para vía Tipo I de 190W a 200W Luminaria para Alumbrado Público con Tecnología LED, para vía Tipo I de 140W a 150W Luminaria para Alumbrado Público con Tecnología LED, para vía Tipo II de 90W a 100W Luminaria para Alumbrado Público con Tecnología LED, para vía Tipo III de 50W a 55W Total Cantidad PU USD Monto USD 2,850 230.10 655,785.00 8,550 159.30 1,362,015.00 32,030 95.33 3,053,363.73 66,870 73.03 4,883,541.75 110,300 9,954,705.48 Según especificaciones técnicas de las luminarias LED, éstas vienen preparadas para poder instalar un sistema de telegestión, con un sistema de conexión de telegestión la cual debe ser sobre la base de un sistema "plug & play", mediante un conector tipo NEMA zócalo de 07 pines. 3 Proyecto de Innovación Tecnológica Además, deberán cumplir con la “Norma ANSI/NEMA C136.41-2013 For Roadway and Area Lighting Equipment - Dimming Control Between an External Locking Type Photo control and Ballast or Driver”, de manera que, desde fuera, sin abrir la luminaria, para no afectar su hermeticidad y comprometer la garantía del fabricante, se pueda conectar el sistema de telegestión a instalar en un futuro. Electro Sur Este en su plan de mejoras tecnológicas, viene realizando progresivamente el reemplazo luminarias de vapor de sodio por otras de tecnología LED. 3. Objetivo del Proyecto: El objetivo principal del presente proyecto es mejorar y modernizar la gestión del servicio de alumbrado público, acorde a los estándares de calidad y operatividad establecidos en la NTCSE y el procedimiento Nº 094-2017-OS/CD; mejorando la eficacia, optimizando costos de operación y mantenimiento y a la vez aumentando la disponibilidad y confiabilidad del alumbrado público. Para ello se implementará en la zona de concesión de ELSE, un piloto de la tecnología de telegestión LED, el cual tendrá los siguientes objetivos: • Probar este tipo de tecnologías acondicionada al diseño del sistema eléctrico de ELSE. • Evaluar las mejoras en el mantenimiento predictivo y preventivo con el fin de reducir los tiempos de inspección y localización de fallas en la red de AP. • Contrastar la robustez y facilidades que brinda el uso de un software de gestión y control para el AP. • Cuantificar la reducción del tiempo de actuación ante una incidencia. • Cuantificar los ahorros por regulación del flujo luminoso según la necesidad de iluminación de la vía pública. • Detectar posibles desviaciones de consumo. • Reducir el tiempo de interrupción para puntos luminosos apagados. • La información recabada del proyecto sirva de referencia para empresas similares en características a la zona de concesión de ELSE para que puedan usar este tipo de tecnologías en su red AP. • Obtener información periódica del comportamiento de la red de AP. • Estimar plazos de acuerdo a las cantidades de suministro de los equipos tecnológicos. • Reducir el costo de Operación y Mantenimiento del equipo de AP. 4 Proyecto de Innovación Tecnológica La implementación del presente proyecto permitirá realizar un análisis de viabilidad técnica y financiera del proyecto, al evaluar los beneficios de implementar un proyecto de telegestión para reforzar los beneficios de implementación de lámparas LED. 4. Evaluación de las Tecnologías de Telegestión. Los sistemas de telegestión son herramientas basados en telecomunicación que permiten administrar, de manera remota e individual, cada luminaria de la red de alumbrado público, haciendo un uso completo de sus parámetros operativos, persiguiendo conseguir fundamentalmente un mayor ahorro energético, una mejor explotación de las instalaciones, aunado a un mejor servicio comunitario con responsabilidad social y medioambiental y sin que se trastoque la calidad del servicio, aportando información actualizada sobre el estado de la instalación que permitirá mejorarla o mantenerla. Un sistema de telegestión permite integrar una gran cantidad de información referente al estado de los elementos de la instalación, su localización, horas de uso, consumos instantáneos, etc. Esta información, junto con la capacidad de control que otorga un sistema de telegestión, permite optimizar consumos del sistema según su uso, realizar mantenimientos preventivos, conocer en tiempo real problemas en algún elemento, entre otros. En la reducción de los costos de alumbrado público intervienen los costos de la infraestructura, los costos de operación y mantenimiento y los costos de la energía eléctrica. Los principales objetivos de la instalación de la telegestión son los de propiciar el ahorro energético de hasta un 50% de la energía destinada originalmente a estos servicios, proporcionando un retorno de la inversión a corto plazo; siendo además dicha herramienta, un mecanismo con el que se reducirán los índices de contaminación lumínica y las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera. Al momento de la seleccionar el mejor sistema de control y gestión del alumbrado público, se debe tener en cuenta los siguientes aspectos: • Que preste facilidad de implantación, tanto en nuevas instalaciones como en las instalaciones existentes. • Que permita ejecutar un gerenciamiento dinámico y automático de los activos del sistema de alumbrado público. • Que otorgue confiabilidad en la recolección automática de la información. • Que cuente con un adecuado sistema de ahorro energético y con un nivel de precisión de +/-2% en la estimación de los consumos de energía eléctrica. 5 Proyecto de Innovación Tecnológica • Que permita una fácil gestión desde cualquier lugar, incluyendo el centro de control. • Que conceda la posibilidad de exportar la información a cualquier formato. • Que otorgue flexibilidad, escalabilidad y seguridad Una vez definidos los atributos y seleccionado el sistema que realizará el control, monitoreo y gestión del alumbrado público, conviene precisar el medio de propagación que transportará toda la información y mantendrá la parametrización de toda la red. Básicamente, y para cualquier alternativa de comunicación que se seleccione, los medios de propagación son dos; a saber: PLC (Power Line Communication) y vía Radiofrecuencia (radio, WIFI, telefonía celular GPRS/3G), con sus respectivas alternativas. Se tienen dos alternativas para cuando se utilizan las líneas de potencia (PLC) y tres alternativas cuando se utiliza la Radiofrecuencia. Figura 1: Alternativas de Implementación Mediante el módulo de comunicaciones se trasmiten las diferentes señales de estado de cada uno de los componentes del sistema de alumbrado, las cuales son almacenadas en bases de datos, que soportan interfaces gráficas del software adoptado para el centro de control. Los operadores, pueden acceder a los datos generados desde los diversos elementos del sistema de alumbrado, determinando las respuestas a los diferentes eventos asociados. 5. PLC - Onda portadora Los sistemas de onda portadora o Power Line Communications (PLC), aprovechan el cable eléctrico para comunicarse con las luminarias del sistema de Alumbrado Público, es una de las maneras más eficaces de comunicar puntos luminosos sin necesidad de un cableado adicional. Las frecuencias en el ancho de banda del rango de 20 kHz a 200 kHz conforman lo que se denomina banda estrecha y puede ser usada para la transmisión de información modulada por la red eléctrica. 6 Proyecto de Innovación Tecnológica La Banda ancha sobre líneas eléctricas (abreviada BPL por su denominación en inglés Broadband over Power Lines) representa el uso de tecnologías PLC que proporcionan acceso de banda ancha a Internet a través de líneas de energía ordinarias. En este caso, una computadora (o cualquier otro dispositivo) necesitaría solo conectarse a través de un módem BPL en cualquier toma de energía en una edificación equipada para tener acceso de alta velocidad a Internet. A primera vista, la tecnología BPL parece ofrecer ventajas con respecto a las conexiones inalámbricas ya que utiliza medios guiados, al igual que la banda ancha basadas en cable coaxial o en DSL, la amplia infraestructura disponible permitiría que la gente en lugares remotos tenga acceso a Internet con una inversión de equipo relativamente pequeña. Las características físicas y de capilaridad de la red eléctrica y las altas prestaciones de los estándares por parte de la IEEE, posicionan las comunicaciones vía PLC como una excelente alternativa, siempre que se disponga de redes privadas de cable sobre las que inyectar señales PLC, como son las redes exclusivas de Alumbrado Público. El ancho de banda de un sistema BPL se caracteriza por su estabilidad. Los módems PLC transmiten en las gamas de media y alta frecuencia (señal portadora de 1,6 a 30 MHz). La velocidad asimétrica en el módem va generalmente desde 256 kbit/s a 2,7 Mbit/s. Las tecnologías de banda ancha sobre líneas eléctricas, tienen como desventaja que las señales de BPL no pueden pasar fácilmente a través de los transformadores (su alta inductancia los hace actuar como filtros de paso bajo, dejando pasar solo las señales de baja frecuencia y bloqueando las de alta) y por esta razón requieren repetidores en los centros de distribución. El segundo problema principal de las tecnologías BPL tiene que ver con la intensidad de la señal junto con la frecuencia de operación. Se espera que el sistema trabaje en frecuencias en la banda de 10 a 30 MHz, que es utilizada por los radio-aficionados, así como por emisoras radiales internacionales en onda corta y por diversos sistemas de comunicaciones (militar, aeronáutico, etc.), lo que puede producir interferencia. Sin embargo, los sistemas modernos de BPL utilizan la modulación OFDM que permite minimizar la interferencia con los servicios de radio mediante la remoción de las frecuencias específicas usadas. La inmunidad frente a ruido e interferencias depende de la frecuencia de transmisión y de la utilización de un tipo de transmisión a dos hilos como línea-tierra ó línea-neutro; en cuanto a costos, el sistema es una alternativa económica y de rápida instalación para el transporte de datos. Uno de los protocolos más utilizados en los sistemas de onda portadora es la plataforma LonWorks, (Local Operating Networks) que es un protocolo estándar abierto y se encuentra homologado por las distintas normas Europeas 7 Proyecto de Innovación Tecnológica (EN14908), de Estados Unidos (EIA-709-1) y Chinas (GB/Z20177-2006), ahora es oficialmente conocido como ISO/IEC 14908-1. Una gran desventaja de éste sistema es su inoperancia ante eventos como postes estrellados y vandalismo, dado que la señal en el centro de control desaparece totalmente. En redes eléctricas de uso general se requieren estudios detallados para evaluar su implementación. Por lo tanto, los costos adicionales no definidos por la utilización de las redes de uso general, conllevan a descartar el uso de éste medio de comunicación dentro del sistema piloto de telegestión 6. Redes inalámbricas. La comunicación inalámbrica, podría ser la solución ideal para la comunicación de la telegestión del servicio de Alumbrado Público, al permitir crear un sistema en el que la municipalidad no necesite construir un centro de control, sino que la información está a su disposición en cualquier momento y sitio a través de un simple acceso Web en Internet. La utilización de la telefonía móvil, permite la gestión total del sistema a través de Internet. Además, permitiría ayudar al trabajo diario de los servicios de mantenimiento, así como a facilitar la realización de acciones puntuales, empleando las posibilidades de la mensajería SMS. (Short Message Service), que es un servicio disponible en los teléfonos móviles que permite el envío de mensajes cortos. Es por ello que una alternativa que supera varios de los problemas de un sistema como el PLC, son las nuevas tecnologías inalámbricas. Existen entre otras: WPAN, (en inglés Wireless Personal Area Networks, red Inalámbrica de área personal) es una red de computadoras para la comunicación entre distintos dispositivos (computadoras, puntos de acceso a Internet, teléfonos celulares, PDA, dispositivos de audio, impresoras) cercanos al punto de acceso. Estas redes normalmente son de unos pocos metros y para uso personal. WMAN, redes inalámbricas de área metropolitana. (wireless neighborhood área networks). Las redes inalámbricas de área extensa (WMAN) tienen el alcance más amplio de todas las redes inalámbricas. Por esta razón, todos los teléfonos móviles están conectados a una red inalámbrica de área extensa. Las tecnologías principales son: • GSM (Global System for Mobile Communication). 8 Proyecto de Innovación Tecnológica • GPRS (General Packet Radio Service). • UMTS (Universal MobileTelecommunication System. WLAN (en inglés, wireless local area network) es un sistema de comunicación de datos inalámbrico flexible, muy utilizado como alternativa a las redes LAN cableadas o como extensión de éstas WIMAX, son las siglas de Worldwide Interoperability for Microwave Access (interoperabilidad mundial para acceso por microondas). Es una norma de transmisión de datos usando ondas de radio. Es una tecnología dentro de las conocidas como tecnologías de última milla, también conocidas como bucle local que permite la recepción de datos por microondas y retransmisión por ondas de radio. El protocolo que caracteriza esta tecnología es el IEEE 802.16. Una de sus ventajas es dar servicios de banda ancha en zonas donde el despliegue de cable o fibra por la baja densidad de población presenta unos costos por usuario muy elevados (zonas rurales). El único organismo habilitado para certificar el cumplimiento del estándar y la interoperabilidad entre equipamiento de distintos fabricantes es el Wimax Forum; todo equipamiento que no cuente con esta certificación, no puede garantizar su interoperabilidad con otros productos. 7. Plataforma de Telegestión Propuesta PLC / RF 7.1. Sistema de Comunicaciones El sistema de telegestión de alumbrado público propuesto cuenta con una plataforma de comunicación existente basado en la tecnología híbrida PLC y RF, de acuerdo a la alianza PLC G3 + RF MESH el cual usa la banda libre de 915-928 MHz con el fin de evitar realizar el pago del canon por el uso de la frecuencia. Figura 2: Tecnología Hibrida 9 Proyecto de Innovación Tecnológica Los concentradores se instalan en las SED y tienen la capacidad de gestionar diferentes IED (medidores inteligentes y controladores de luminarias LED al mismo tiempo) a distancias del orden de kilómetros formando una red del tipo malla. Cada concentrador puede gestionar hasta 1000 controladores de luminarias. El sistema emplea la comunicación por la propia red eléctrica de BT (PLC) y cuando se presenten problemas de ruidos u otros factores, automáticamente utiliza la comunicación RF. El uso de la señal RF o PLC dependerá de la que tiene mejor performance en ese momento. El sistema de telegestión de alumbrado público puede hacer uso de una plataforma de comunicación existente para los SMI, el cual está basada en el protocolo IEEE 802.15.4 Para el manejo de interferencias los controladores utilizan la metodología (FHSS Frequency Hop Spread Spectrum), la que permite realizar saltos en la banda de frecuencia y de esta manera evitar los ruidos e interferencias. 7.2. Arquitectura de la Solución En los sistemas de telegestión de alumbrado público la confiabilidad o disponibilidad se basa en la cantidad de lecturas exitosas con respecto a las lecturas solicitadas por el sistema, sin tomar en cuenta el medio de comunicación usado. El sistema prevé una alta confiabilidad promedio de lecturas no menor de 95%. Figura 3: Arquitectura de la Solución La plataforma de gestión es la encargada de recibir la información proveniente de las luminarias y a través de la plataforma de comunicaciones con el fin que el usuario del proyecto puede visualizar la información y realizar las gestiones correspondientes tales como: lecturas, cortes, detección de interrupciones, dimerizaciones, entre otras funciones. 10 Proyecto de Innovación Tecnológica Figura 4: Visualización gráfica de la solución El software de telegestión de alumbrado público se encargará del manejo de la información procedente de los controladores de luminarias LED, su objetivo principal será la gestión de la información y acceso de parte de los usuarios a las diferentes herramientas. El sistema cuenta con las siguientes funciones desde la interface del operador: • Vistas de lectura de energía, voltaje, potencia, factor de potencia. • Capacidad de exportar los datos recolectados en formato Excel. • Función de encendido / apagado automático (de forma puntual o grupal) basado en el atardecer / amanecer. • Función de encendido / apagado basado en programación horaria • Listado de alarmas • Programación de atenuación o dimerización de luminarias de forma puntual o grupal. • Gestión de activos con control de inventario completo de las luminarias. • Vista cartografía basado en interfaces Google maps o GIS. • Reportes de alarmas de medición y de comunicación. 7.3. Especificaciones de los Controladores de Luminarias LED La plataforma de gestión es la encargada de recibir la información proveniente de las luminarias y a través de la plataforma de comunicaciones con el fin que el usuario del proyecto puede visualizar la información y realizar las gestiones correspondientes tales 11 Proyecto de Innovación Tecnológica Los Controladores para luminarias LED de Alumbrado público tienen las siguientes características técnicas: Módulo de comunicación para luminaria Id Descripción Valor requerido 1 Generales 1.01 Fabricante / marca Indicar 1.02 País de origen de fabricación Indicar 1.03 Modelo Indicar 1.04 Tipo Socket NEMA ANSI C136.41 con 7 pines 2 2.01 2.02 2.03 Dimensiones externas máximas (diámetro, alto) Características mecánicas Humedad Grado de protección Temperatura de operación 3 Características eléctricas 3.01 Tipo de diseño Electrónico 3.02 Posibilidad de dimerización SI 3.03 Fotocelda incluida SI 3.04 Tensión de alimentación 220 V 3.05 Frecuencia 60 Hz 3.06 Consumo eléctrico <= 3 W 4 Características de operación 1.05 4.01 Parámetros medidos (120,70 mm) 90% no condensado IP66 De -20°C hasta +60°C Energía Potencia Voltaje Corriente Factor Frecuencia Activa activa de potencia 4.02 Encendido y Apagado Deberá de poder realizar el prendido y apagado de la luminaria a distancia a través de un software o HES 4.03 Dispositivo interno Relé mínimo de 2 A 4.04 Reloj Autónomo 5 Dimerización 5.01 Rango De 10 a 100% 5.02 Receptáculo NEMA socket 7 Pines SI 5.03 Programación Las luminarias deben poder funcionar de acuerdo a perfiles asignados, o pueden ser encendidas y/o atenuadas bajo requerimiento. Además, se deberá poder programar perfiles específicos para días especiales, como feriados o días festivos. 5.04 Equipo de comunicación con módulo SI DALI 5.05 Medición de la energía 6 Comunicación 6.01 Comunicación Clase 1; parámetros eléctricos (voltaje, corriente, potencia) con precisión superior al 99% o desviación del 1%. Los módulos deberán usar comunicación PLC Hibrida (PLC+RF) 12 Proyecto de Innovación Tecnológica Id Descripción Valor requerido 6.02 Seguridad Encriptación tipo AES-128 o superior 6.03 Velocidad de datos Indicar (250 kbps) 6.04 Indicar (+20 dbm) 6.06 Potencia de transmisión Rango de alcance hacia Concentradores Cumplimiento de normas 6.07 Modulo GPS incorporado Indicar 6.08 Sensores El equipo deberá contar con sensores internos para medir: voltaje, corriente, factor de potencia y potencia. 6.09 Frecuencia de comunicación celular Cada nodo y/o concentrador deberá de comunicarse verticalmente por la red celular multioperador. Deberán tener comunicación hibrida 6.05 > 1 km IEEE 802.15.4 8. Tecnología PLC / RF Híbrida 8.1. Ventaja de la Tecnología PLC / RF Híbrida La tecnología PLC, en términos generales es ideal para aquellas zonas vulnerables a las interferencias de radio al aire libre (ya sea por la gran cantidad de edificaciones alrededor o por las mismas condiciones climáticas de la zona). Sin embargo, la mayoría de las tecnologías de PLC (especialmente de un solo canal) adolecen de poca confiabilidad debido al ruido existente en las líneas eléctricas. Asimismo, la tecnología RF (radio frecuencia) es ideal para aquellas áreas con gran congestión de usuarios finales y en el que las líneas eléctricas del sistema estén afectadas por ruidos eléctricos (debido al uso de motores eléctricos, etc.). Sin embargo, la tecnología RF adolece de poca confiabilidad entre la comunicación medidor – DCU en aquellas zonas por las que no se tenga una línea vista despejada. La tecnología híbrida combina lo mejor de ambos mundos al integrar RF con PLC de frecuencias multicanal para permitir una red en malla de larga distancia, adaptativa en tiempo real y autoconfigurable de forma inalámbrica y/o sobre líneas eléctricas ruidosas. Esta red híbrida gratuita puede ayudar a ampliar el rango de transmisión o cerrar una brecha donde hay obstrucciones de radio o congestionadas por líneas eléctricas ruidosas. Esta tecnología es compatible con los medidores de solo PLC o RF y reducirá la necesidad de enviar ingenieros de campo al sitio para configuraciones y depuración. Esto es fundamental para permitir la escalabilidad en grandes implementaciones. La solución de comunicación de modo híbrido combina las ventajas del PLC y RF inalámbrica y complementa las desventajas. Adopta la solución G3-PLC y RF-Mesh para 13 Proyecto de Innovación Tecnológica formar dos redes peer to peer distribuidas independientes usando el mismo módulo de comunicación. Requerimiento Tecnología PLC Tecnología RF Tecnología Hibridad (PLC + RF) Cada SED cuenta con más de 500 suministros asociados Está dirigida a aquellas SED con hasta un máximo de 400 medidores Cumple el requerimiento Cumple el requerimiento Se ve afectada debido al ruido ocasionado por las cargas generalmente trifásicas Cumple el requerimiento Cumple el requerimiento Cumple el requerimiento Se ve afectada cuando la línea vista entre medidor y DCU se ve obstaculizada Cumple el requerimiento Las zonas propuestas cuentan con una cantidad considerable de suministros trifásicos para pequeñas industrias (aprox. 100 c/u) Las zonas propuestas cuentan con algunas áreas sin línea de vista u obstaculizadas por edificaciones. Así las soluciones de red PLC e PLC & RF híbrida obtienen la mejor puntuación general según el informe técnico de “Navigant Smart Street Lighting”, que también indica Las opciones de banda media, incluido el PLC, tienden a obtener la mejor puntuación general en términos de equilibrar los gastos iniciales y continuos con la flexibilidad y la solidez para admitir una variedad de aplicaciones. Figura 5: Detalle de Opciones de banda media de la solución de red PLC e PLC & RF híbrida Fuente: Navigant Research-Echelon Smart Street Lighting White Paper - Full Report 2017 14 Proyecto de Innovación Tecnológica 8.2. Caso de Éxito Vattenfall (Suiza) Vattenfall, una de las principales empresas energéticas europeas, presenta un sistema de iluminación conectado único para municipios basado en la comunicación por línea eléctrica G3-PLC.En su forma más simple, la tecnología implementada permite que las lámparas informen fallas en la lámpara o en la fuente de alimentación. Esto reduce los costos de mantenimiento para los municipios, que es un factor de costo considerable en comparación con el consumo de energía. Además, existen otras formas de reducir aún más los costos o agregar valor adicional a las luminarias. Los municipios pueden adoptar un enfoque más dinámico para controlar los tiempos de encendido/apagado, por ejemplo, según la ubicación, por ejemplo, cerca de parques o callejones, o las condiciones climáticas. Alejándose de las aplicaciones centradas en la iluminación, se puede pensar en el control del tráfico o la contaminación o incluso en aplicaciones de emergencia y seguridad. Vattenfall ha desarrollado e instalado un sistema de iluminación conectada que utiliza la infraestructura existente para la comunicación. Figura 6: Visualización gráfica de la infraestructura de Vattenfall La comunicación utiliza tecnología G3-PLC, el cual es un estándar de comunicación PowerLine robusto, probado en campo y de última generación diseñado para aplicaciones de red inteligente que amplía drásticamente el alcance, la velocidad de datos y el rendimiento de las comunicaciones PowerLine. Utiliza la infraestructura existente para la comunicación y es muy rentable. La comunicación por línea eléctrica G3-PLC es la elección natural para la iluminación conectada y tiene varias ventajas sobre los sistemas de comunicación inalámbricos. Al igual que la tecnología inalámbrica, no se requieren nuevos cables. Sin embargo, con PLC, la comunicación se mantiene 15 Proyecto de Innovación Tecnológica incluso bajo tierra, a través de paredes y en las esquinas. G3-PLC no tiene limitación de línea de visión y no se ve afectado por el clima. Además, dado que el PLC utiliza la línea eléctrica, puede detectar cuándo hay un corte de línea y su ubicación aproximada 9. Evaluación del Proyecto 9.1. Requisitos para el Proyecto Se identifican las siguientes necesidades que se buscan cubrir con el proyecto: Técnico: • Gestión de Operación y Mantenimiento a distancia de Luminarias LED. • Reporte en línea el estado de cada luminaria, eliminando el costo de las inspecciones para detección de fallas. • Contar con información en Tiempo Real, que permita realizar el mantenimiento en forma predictiva y proactiva, organizando los servicios de mantenimiento y las compras de componentes en base a las estadísticas y reportes del sistema. • Proporcionar mediciones concretas y precisas de los consumos de energía y de los tiempos de servicio de cada luminaria para el caso de la telegestión individual o por circuitos de luminarias para el caso de la telegestión por tablero. • Contar con información para monitorear el nivel de servicio de mantenimiento en forma cierta (tiempos medios para reparación, tiempos medios de respuesta, órdenes de trabajo pendientes, etc.). Comercial: • Información de consumos de Alumbrado Público agrupado por subestaciones, individual o según requerimiento del área. Tecnologías de Información y Comunicación: • El sistema de telecomunicaciones brinde alta disponibilidad. • Debe brindar cobertura necesaria para la comunicación de los controladores, concentrador y centro de control. Clientes: • Calidad del alumbrado público, operatividad permanente de las UAP en forma individual y por sector. 16 Proyecto de Innovación Tecnológica Regulador: • Eficiencia en la operación del sistema de Alumbrado Público. • Garantizar la operación del sistema de telegestión acorde al reconocimiento tarifario. 9.2. Costos de Implementación, Operación y Mantenimiento El proyecto busca implementar una nueva tecnología que permite gestionar remotamente y automatizar los servicios de alumbrado público. Entre los principales elementos que se evaluaron para proponer la tecnología de telegestión del alumbrado público se encuentran: • Inversión en nueva tecnología y componentes. • Ahorros en el costo de energía por la factibilidad de aplicar la dimerización de la luminosidad del UAP de forma programada. • Ahorros por cambios en las actividades del concesionario al contar con nuevas herramientas que permitan realizar la gestión remota del UAP • Para este proyecto se considera solamente los ahorros relacionados a la tecnología de telegestión. No se consideran como parte de los beneficios los ahorros por cambio de lámparas de sodio a LED (y la reducción del consumo de energía). • No es prerequisito que la dimerización se aplique a lámparas LED. Esto puede ser aplicado a varios tipos de tecnología de lámparas de alumbrado público. Entre las actividades de implementación, esta tecnología requiere habilitar en la subestación de distribución un equipo concentrador que permitirá gestionar con las UAP asociadas a la llave de alumbrado público. Para ello inicialmente se revisó el parque de luminarias de ELSE para identificar una lista de subestaciones candidatas que puedan evaluarse el piloto. Entre los requisitos se sugería que estuvieran junto a zonas densamente transitadas como mercados o avenidas principales. Como estrategia se propuso evaluar el proyecto con una muestra del 1% del parque de UAP’s de ELSE, relacionadas a 30 subestaciones de distribución que fueron repartidas entre 4 áreas geográficas diferentes y para distintas potencias de lámparas. Esta distribución por áreas es para evaluar la respuesta del piloto ante diferentes condiciones técnicas y geográficas. 17 Proyecto de Innovación Tecnológica SED SELECCIONADAS Potencia (W) SED Zona Por Evaluar Estado 40 50 60 65 001SED000124 1-CUSCO (Av Cultura) 1-Seleccionado 33 001SED000679 1-CUSCO (Av Cultura) 1-Seleccionado 11 001SED000292 1-CUSCO (Av Cultura) 1-Seleccionado 13 001SED001015 1-CUSCO (Av Cultura) 1-Seleccionado 001SED000207 1-CUSCO (Av Cultura) 1-Seleccionado 001SED000058 1-CUSCO (Av Cultura) 1-Seleccionado 001SED000169 1-CUSCO (Av Cultura) 1-Seleccionado 001SED000111 1-CUSCO (Av Cultura) 1-Seleccionado 001SED000012 1-CUSCO (Av Cultura) 001SED000287 1-CUSCO (Av Cultura) 001SED000283 1 30 1 47 70 90 95 130 150 180 5 5 2 5 34 9 10 17 17 5 23 6 1 34 30 1 1-Seleccionado 39 4 1-Seleccionado 40 1-CUSCO (Av Cultura) 1-Seleccionado 59 001SED000056 1-CUSCO (Av Cultura) 1-Seleccionado 001SED000216 1-CUSCO (Av Cultura) 1-Seleccionado 001SED000114 1-CUSCO (Av Cultura) 1-Seleccionado 200SED000024 1-MADRE DE DIOS (Tambopata / Dos de Mayo) 1-Seleccionado 200SED000037 1-MADRE DE DIOS (Tambopata / Dos de Mayo) 1-Seleccionado 200SED000346 1-MADRE DE DIOS (Tambopata / Dos de Mayo) 1-Seleccionado 200SED000022 1-MADRE DE DIOS (Tambopata / Dos de Mayo) 1-Seleccionado 200SED000299 1-MADRE DE DIOS (Tambopata / Dos de Mayo) 1-Seleccionado 200SED000084 1-MADRE DE DIOS (Tambopata / Dos de Mayo) 1-Seleccionado 14 200SED000027 1-MADRE DE DIOS (Tambopata / Dos de Mayo) 1-Seleccionado 200SED000444 1-MADRE DE DIOS (Tambopata / Dos de Mayo) 1-Seleccionado 200SED000041 1-MADRE DE DIOS (Tambopata / Dos de Mayo) 1-Seleccionado 200SED000047 1-MADRE DE DIOS (Tambopata / León Velarde) 1-Seleccionado 3 200SED000206 1-MADRE DE DIOS (Tambopata / León Velarde) 1-Seleccionado 200SED000053 1-MADRE DE DIOS (Tambopata / León Velarde) 1-Seleccionado 1 5 23 7 10 3 29 5 1 54 3 8 7 8 5 7 49 3 8 14 2 13 6 16 1 17 1 22 2 18 2 9 9 28 7 15 11 2 38 26 18 19 40 36 1 2 5 13 250 12 2 5 2 240 4 28 2 3 8 7 26 2 4 3 7 18 16 5 7 5 19 20 5 7 27 12 6 25 44 15 22 5 5 6 21 8 23 30 3 10 6 15 23 30 2 9 4 50 1 1 1 2 17 17 25 5 1 16 10 4 34 13 1 35 4 4 4 4 18 Proyecto de Innovación Tecnológica SED SELECCIONADAS Potencia (W) SED Zona Por Evaluar Estado 200SED000052 1-MADRE DE DIOS (Tambopata / León Velarde) 1-Seleccionado 40 50 60 4 1 1 65 200SED000448 2-MADRE DE DIOS (Tambopata / Andrés Avelino) 1-Seleccionado 200SED000096 2-MADRE DE DIOS (Tambopata / Andrés Avelino) 1-Seleccionado 27 Cantidad UAP Seleccionada Potencia (W) 57 86 6 0 0 0 0 40 50 60 65 90 5 11 11 10 95 130 150 31 180 240 250 30 8 10 20 8 18 15 3 6 12 9 18 32 6 197 504 292 178 6 200SED000086 2-MADRE DE DIOS (Tambopata / Andrés Avelino) 1-Seleccionado Cantidad UAP Total 70 511 138 70 256 256 90 Cantidad SED 0 0 95 197 130 504 150 106 106 180 292 240 178 250 30 Lista de SED con UAP a ser incluidas en el Proyecto 19 Proyecto de Innovación Tecnológica Distribución geográfica de la SED y UAP seleccionadas para Cusco 20 Proyecto de Innovación Tecnológica Distribución geográfica de la SED y UAP para Puerto Maldonado 21 Proyecto de Innovación Tecnológica Por lo que para la implementación se requiere que ELSE: • Adquiera e instale 1671 controladores de telegestión de alumbrado público con comunicación híbrida (PLC y RF) • Adquiera e instale 30 concentradores de tecnología hibrida en las subestaciones de distribución definidas incluyendo gabinetes, accesorios, chips celulares de comunicación y sus planes anuales. • Implemente un sistema instalado localmente (On Premise) para la gestión remota de los controladores. • Proponga subestaciones candidatas de reemplazo en caso el proyecto tenga dificultades técnicas. Luego de tener definido las subestaciones y los tipos de UAP a evaluar se realizó la evaluación del ahorro que se generaría por la regulación programada de la intensidad de la luminosidad del alumbrado (dimerización) para el caso de telegestión y de forma referencial los ahorros adicionales que se obtendrían al cambiar la luminaria a tecnología LED (fuera del alcance del proyecto). Tecnología Tradicional Tipo AP Potencia Unidades de AP Lámpara (W) Potencia Nodo (W) Suma Potencia Total (kW) Energía Costo por Total Anual Energía con (MWh) US$ I 178 250 50 53.4 233.9 19,173.7 II 292 240 48 84.1 368.3 30,195.4 III 106 180 36 22.9 100.3 8,221.0 IV 504 150 30 90.7 397.4 32,573.8 V 197 130 26 30.7 134.6 11,034.6 VI 0 95 19 - - - VII 256 95 19 29.2 127.8 10,478.8 VIII 138 70 14 11.6 50.8 4,162.2 322.6 1,413.1 115,839.4 1671 22 Proyecto de Innovación Tecnológica Sistema Convencional Telegestión AP Costos por la potencia de la lámpara LED Potencia Potencia Suma Tipo Unidades Lámpara Nodo Potencia AP de AP (W) (W) Total (kW) Energía Total Anual (MWh) Ahorros de Costos Por Dimerización Costo por Energía USD En MWh En US$ I 178 150 30 32.0 140.3 11,504.2 52.6 4,314.1 II 292 150 30 52.6 230.2 18,872.1 86.3 7,077.0 III 106 90 18 11.4 50.1 4,110.5 18.8 1,541.4 IV 504 90 18 54.4 238.4 19,544.3 89.4 7,329.1 V 197 75 15 17.7 77.7 6,366.1 29.1 2,387.3 VI 0 50 10 - - - - - VII 256 50 10 15.4 67.3 5,515.1 25.2 2,068.2 VIII 138 50 10 8.3 36.3 2,973.0 13.6 1,114.9 191.9 840.3 68,885.3 315.1 25,832.0 1671 Sistema con Telegestión LED En base a la tecnología de telegestión PLC / RF recomendada, se obtuvo cotizaciones de diferentes proveedores y se estimó el costo de implementación del proyecto: Implementación del Sistema de Telegestión (Costos en US$) Costo Total (US$) A nivel de SEDs SUMINISTRO DE EQUIPOS DE TELEGESTION - Controlador de telegestión de alumbrado público con comunicación híbrida (PLC y RF) + Instalación del controlado 115,299.0 CONCENTRADORES HÍBRIDOS. Incluye: - Suministro (Concentrador, Gabinete y accesorios) - Instalación y pruebas - El concentrador viene con un tablero polimérico. No se requiere otro tablero. 57,000.0 Sistema de Gestión y APN Privado SOFTWARE DE GESTION: Software de telegestión de alumbrado público - Incluye licencias por (Hasta 2,000 controladores) - Servidor On Premise (no requiere costo de suscripción anual) 25,065 SERVICIOS DE INGENIERIA E IMPLEMENTACIÓN - Ingeniería básica y de detalle + Estudio de campo y análisis de ruidos - Pruebas y puesta en servicio + Capacitación 45,000 Soporte Técnico y Mantenimiento - Costo de soporte y mantenimiento del software es por un periodo de 2 años. Incluye comunicación celular para cada concentrador. 22,000.0 23 Proyecto de Innovación Tecnológica Implementación del Sistema de Telegestión (Costos en US$) Costo Total (US$) Soporte Técnico y Mantenimiento - Comunicación celular para cada concentrador (1 año) y soporte básico. 2,750.0 Presupuesto del Proyecto 264,364.0 Y también el costo de mantenimiento anual para el sistema tradicional: SIN Proyecto - Tecnología VSAP COSTOS POR MANTENIMIENTO Costo Anual US$ Cantidad C.U US$ Frecuencia Años 1,671 7.20 1.5 8,017 30 3.27 0.08 1,177 Inspección de Reclamo de AP (en campo) 1,671 6.54 6.7 1,639 Localización de Falla de AP (en campo) 1,671 24.53 13.3 3,074 Detección de Deficiencias (revisión ocular en campo) 1,671 2.27 1.0 3,797 30.0 46.00 5.0 276 Costo Anual 17,980 Costo Unitario por UAP 10.76 Limpieza de Lámparas Limpieza y alineación de artefacto UAP Lecturas de Medidores Lectura consumos de energía de AP por SED (en campo) Inspección y Detección de Deficiencias Mantenimiento de Sensores y Equipos Electrónicos Sustitución de fotocélulas para llaves AP en SED con VSAP Mantenimiento: Cambio y/o Instalación de Dispositivo de protección de sobretensión Mantenimiento: Cambio y/o Instalación de Driver Dispositivo Mantenimiento: Cambio y/o Instalación de Nodo Controlador Mantenimiento: Cambio y/o Instalación de Concentrador de Alumbrado Público Mant. Sistema Telegestión / Internet Chip GPRS / Licencias / Firmware 24 Proyecto de Innovación Tecnológica Y el costo de mantenimiento anual con la tecnología de telegestión AP. CON Proyecto - Telegestión COSTOS POR MANTENIMIENTO Cantidad C.U US$ Frecuencia (Años) Costo Anual US$ Limpieza de Lámparas Limpieza y alineación de artefacto UAP 1,671 7.20 1.5 8,017 1,671 24.53 40.0 1,025 Mantenimiento: Cambio y/o Instalación de Dispositivo de protección de sobretensión 1,671 15.53 15.0 1,729 Mantenimiento: Cambio y/o Instalación de Driver Dispositivo 1,671 18.98 15.0 2,114 Mantenimiento: Cambio y/o Instalación de Nodo Controlador 1,671 34.50 15.0 3,843 30 1,900.00 15.0 3,800 1 2,750.00 1.0 2,750 Lecturas de Medidores Lectura consumos de energía de AP por SED (en campo) Inspección y Detección de Deficiencias Inspección de Reclamo de AP (en campo) Localización de Falla de AP (en campo) Detección de Deficiencias (revisión ocular en campo) Mantenimiento de Sensores y Equipos Electrónicos Sustitución de fotocélulas para llaves AP en SED con VSAP Mantenimiento: Cambio y/o Instalación de Concentrador de Alumbrado Público Mant. Sistema Telegestión / Internet Chip GPRS / Licencias / Firmware Costo Anual 23,278 Costo Unitario por UAP 13.93 El cronograma de implementación del proyecto piloto requiere realizar una inversión gradual a lo largo de dos años de US$ 264,364 básicamente para la adquisición e instalación del equipamiento propuesto. También se requieren solventar costos anuales adicionales de mantenimiento para el reemplazo del equipamiento, las licencias de software, planes de datos para los chips que crecerán gradualmente hasta llegar a ser US$ 23,278 anuales. El cronograma de inversiones anuales del proyecto es la siguiente: Año Inversión (US$) Costo de O&M (US$) Total 2024 92,527 2025 2026 2027 Total 171,837 - 264,364 8,147 23,278 23,278 23,278 77,980 100,675 195,114 23,278 23,278 342,344 El detalle de la evaluación económica se encuentra en el Excel incluido en los anexos, el cual contiene las siguientes hojas: 25 Proyecto de Innovación Tecnológica • “Parámetros y Muestra SED” Cálculos de parámetros de evaluación, UAP por sed, costos de energía / pérdidas, comparación de consumos con tecnología convencional y con telegestión. • “SED Evaluadas” evaluación del parque de UAP por Sed evaluadas para el proyecto. • “Evaluación Económica” Evaluación comparativa de uso de tecnología convencional y con telegestión. 9.3. Rentabilidad del Proyecto El proyecto considera un horizonte de evaluación de 20 años, en los cuales se estiman obtener los siguientes beneficios cuantificables del cuadro adjunto (a valor presente): Tipo de Alternativa Inversión (US$) Caso 1: Escenario Actual (VSAP) Caso 2: Renovación Gradual a Telegestión Ahorros US$ (VAN) Costo de O&M (US$) 150,417 Ahorros Por Regulación (US$) Otros Ahorros (US$) 150,417 245,953 179,606 - 216,105 - 88,424 245,953 216,105 - 88,424 - 29,189 - Costo Total Servicio AP (US$) 121,030 29,387 Respecto a la rentabilidad del proyecto se obtiene un VAN positivo de US$ 29,387 comparando con seguir con el escenario de no contar con la tecnología de telegestión. Tratándose de un proyecto de innovación se considera pertinente incurrirlo en aras de evaluar la experiencia correspondiente, precisar los beneficios de esta tecnología y verificar las mejoras de servicio que darían a nuestros clientes. Se debe considerar que la ejecución del proyecto generará competencia entre proveedores donde será posible obtener mejores condiciones con lo cual el proyecto permitirá alcanzar los objetivos planteados. 26 Proyecto de Innovación Tecnológica 9.4. Beneficios del Proyecto Se estiman obtener los siguientes beneficios a valor presente cuantificables: Para el usuario: • Un ahorro estimado de US$ 22,239 por reducción de la criminalidad al contar con zonas con mayor y mejor iluminación. • Detectar inoperatividad de UAP, posibilitando la rehabilitación respectiva en el menor tiempo posible. Esto dará mayor confiabilidad a la prestación del servicio de AP, reduciendo tiempos de interrupción, al poder gestionarse el encendido remotamente y permitir realizar descartar sin tener que asignar una cuadrilla de AP para verificar el caso. • Al reducir el consumo de energía, se reducen las emisiones de CO2 al medioambiente. Para la empresa: • Un ahorro de US$ 216,105 por reducción de consumo de energía al aplicar una regulación más fina de la iluminación vía la programación de horarios o zonas de las siguientes formas: o Programar horarios de encendido y apagado de las lámparas AP evitando que estas se enciendan innecesariamente, en temporadas con mayor número de horas de luz natural. o La dimerización permitirá graduar la potencia de las lámparas para conseguir el flujo luminoso óptimo de acuerdo con las características medioambientales, como es el caso del amanecer o anochecer. • Un ahorro de US$ 64,420 por reducción de pérdidas y reducción de la morosidad asociada a la red de alumbrado público al contar con lecturas de consumo de los equipos (robos de energía en la red de AP, UAP encendidos de día, fallas de la fotocélula, pérdidas en la red, limitación de la contaminación lumínica, etc.). • Un ahorro estimado de US$ 1,765 por reducción en el pago de multas por mala calidad de alumbrado público. • Reduce el costo del “Primer Viaje”, que tiene por finalidad identificar la falla que presenta una unidad de alumbrado público. • Reducción de la Energía no Suministrada por inoperatividad de lámparas de AP, debido a que la Telegestión detecta inmediatamente la inoperatividad de lámparas y se reduce el tiempo de restitución al estado operativo. • Reducción de Costos de OyM, debido a que por efecto de la dimerización el mantenimiento preventivo se realizará de manera más espaciada. 27 Proyecto de Innovación Tecnológica Comparativamente con las lámparas de vapor de sodio se pasará de una frecuencia anual a un mantenimiento cada 6 años. • Ahorros en el costo de mantenimiento de la concesionaria al reducir las lecturas manuales de los medidores de AP (Lectura Centralizada de Consumos). Dicha función permite lecturar remotamente valores de tensiones, corrientes, potencias y energía consumida de cada luminaria o grupo de luminarias, evitando el envío de personal de campo. Dichas lecturas de las luminarias LED puede ser comparada con la lectura de energía del totalizador de alumbrado público y con ello determinar perdidas o posibles robos de energía en el circuito de alumbrado. • Reemplazar la inversión de la empresa en fotoceldas o temporizadores, pues los controladores permiten programar encendidos y apagados automáticos de las luminarias según horarios preestablecidos. • Construir un sistema de telecomunicaciones que permita brindar servicios de valor agregado a otras aplicaciones tales como: Telecontrol a reconectadores y señalizadores de falla y otros sensores. Para el regulador: • Mejora considerablemente los indicadores de calidad de servicio, incluyendo ayudar a identificar interrupción a nivel de SED. • Se pueden optimizar costos de fiscalización, en tanto no se requiere realizar trabajo de campo, sino interacción desde el centro de control del sistema de telegestión LED. 10. Bibliografía • https://ciencialatina.org/index.php/cienciala/article/view/3178/4863 • http://www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/123456789/25739/1/La%20Revol uci%c3%b3n%20del%20Alumbrado%20P%c3%bablico.PDF • https://g3-plc.com/g3-plc/hybrid-plc-rf-2/ • https://www.smart-energy.com/regional-news/europe-uk/vattenfall-presentsa-uniquely-connected-lighting-system-for-municipalities/ 28