ES2305085T3 - Procedimiento de ahorro de energia electrica. - Google Patents
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Abstract
Un sistema ahorrador de energía eléctrica, caracterizado porque consiste en detectar los periodos de tiempo en que se ocasione una sobre carga en la demanda de energía de una región; disponer un controlador en cierto número de aparatos y equipos conectados al sistema de distribución de energía de una región de acuerdo a la sobre carga que se registre a dicha región; programar los controladores para que pongan fuera de operación los aparatos o equipos durante varios periodos cortos dentro de dicho periodo en que existe una sobre carga de demanda en la región y de forma escalonada, tal que un grupo de equipos quedará fuera de operación por un periodo al cabo del cual otro grupo de equipos hará lo mismo y así sucesivamente.
Description
Procedimiento de ahorro de energía
eléctrica.
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Esta invención se refiere a un procedimiento
para el ahorro de energía eléctrica que controla el consumo de
energía por medio de la reducción de la demanda en horas
críticas.
En la actualidad, la actividad humana depende
altamente en la energía eléctrica, porque una gran cantidad de
equipos, maquinaría y dispositivos domésticos dependen de ella para
su funcionamiento, y la demanda de esta clase de energía ha venido
creciendo de acuerdo con el desarrollo de la tecnología, por lo
tanto, el género humano ha buscado medios alternativos para la
generación de esta energía a través de centrales termoeléctricas,
hidroeléctricas, nucleares, geotérmicas y eólicas. No obstante, esto
también tiene un coste ambiental, ya que se usan diversos recursos
naturales y la ubicación de estas centrales siempre tiene un impacto
en el entorno con consecuencias irreversibles. De manera adicional,
es apropiado mencionar que los recursos para la generación de
energía se han usado en exceso, por consiguiente, se requiere la
implantación de sistemas para el ahorro de energía con el fin de
reducir la carga en las centrales de generación y para garantizar el
suministro de energía durante un largo plazo con un impacto
medioambiental menor.
Sin embargo, a pesar de ser un problema bien
conocido, se han hecho pocos esfuerzos para intentar reducir la
demanda de energía de los consumidores, incluyendo los planes de
ahorro "en horas de luz" aplicables a nivel mundial, que han
sido efectivos aunque de una manera limitada.
En la actualidad, existen diversos dispositivos
de ahorro de la energía, que están instalados en aparatos
eléctricos tales como lámparas, hornos eléctricos, planchas y otros,
así como en dispositivos de ordenadores, equipos industriales,
etc., tales como los que se describen en la patente de los Estados
Unidos número 4.520.259 de Frederick Schoenberger, que consiste en
un sistema eléctrico para proporcionar un regulador de la carga
eléctrica para su uso en secadoras eléctricas de lavandería y en
depósitos eléctricos de agua caliente. Sin embargo, este sistema al
igual que otros sistemas existentes en la técnica anterior más
cercana, tiene el inconveniente de ser aplicable de manera
exclusiva en un grupo reducido de aparatos eléctricos, y el ahorro
de energía proporcionado no se refleja en la demanda de la región en
la que se estén usando.
Se sabe que la demanda de energía es variable a
lo largo del día y que incluso varía de acuerdo con los meses del
año, lo que implica una demanda oscilante para las centrales de
generación de energía, con períodos críticos que afectan a su
capacidad y a su funcionamiento. Por lo tanto, existe la necesidad
de un sistema que permita moderar los períodos críticos de demanda
para un funcionamiento óptimo de las centrales de generación, lo
que requeriría que el consumo se llevase a cabo de una manera más
constante, consiguiendo por lo tanto, ahorros en el consumo.
El documento
GB-A-2 302 952 describe un
procedimiento de ahorro de energía que detecta los períodos de
tiempo de sobrecarga de la demanda en una región, proporciona un
controlador en un número de dispositivos, y realiza una
programación para que ese corte de energía pueda ocurrir en el caso
de carga en exceso de la red.
El objeto de la invención es proporcionar un
procedimiento que permita una reducción en el consumo de energía
eléctrica, en base a la cual, disminuiría la carga de las centrales
de generación, y por lo tanto, funcionarían de una manera más
eficiente.
Otro objetivo de la presente invención es hacer
que todo el equipo que constituye el sistema de distribución de la
energía funcione a través de períodos programados, de forma que se
controle la demanda y el consumo de energía eléctrica en los
momentos en los que afecten de manera significativa a la capacidad
de las centrales de generación, con el fin de evitar que la demanda
y el consumo de energía alcance valores críticos.
Un objetivo adicional de la presente invención
es evitar que dicha programación de la demanda y el consumo de
energía afecte al funcionamiento del equipo conectado al sistema de
energía eléctrica.
Estos objetivos se consiguen con la materia
objeto de la reivindicación 1, en particular por medio de la
instalación de dispositivos de control de ahorro de energía
eléctrica en todos los dispositivos eléctricos y aparatos
eléctricos, y para sincronizarlos por medio de un sistema
electrónico, de manera que dejen de funcionar durante períodos
cortos de tiempo durante las horas en las que el consumo de energía
sea crítico para las centrales de generación de energía,
consiguiendo por lo tanto un funcionamiento de la central tan
constante como sea posible. De esta manera, las centrales de
generación de energía aumentarían su capacidad y proporcionarían un
número mayor de servicios, sin aumentar su capacidad de generación
de energía.
Además, desde el punto de vista del impacto
ambiental, no habrá ningún incremento, ya que no se necesitará el
consumo de combustibles, y se emitirá menos contaminación.
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La figura 1a y la figura 1b son diagramas que
muestran las caras lateral y frontal, respectivamente, de un
dispositivo del control del ahorro, para su conexión a aparatos
eléctricos con el fin de estar sincronizados con el sistema de
suministro de energía;
La figura 2 es un diagrama que muestra los
elementos de un dispositivo de control de la energía y cómo se
pueden incorporar a nuevos aparatos eléctricos durante su
fabricación;
La figura 3 muestra la topografía de un circuito
eléctrico que está incorporado al dispositivo de ahorro de
energía;
La figura 4 muestra un gráfico de la sincronía
de los ahorradores de energía usados de una forma escalonada;
La figura 5 muestra un gráfico del
comportamiento de la demanda de energía durante un cierto período de
tiempo;
La figura 6 muestra un gráfico de uno de muchos
programas que se pueden llevar a la práctica con los ahorradores de
energía de esta invención;
La figura 7 muestra un gráfico de la efectividad
del ahorrador de energía de esta invención.
Las figuras 8 a la 13 muestran el comportamiento
de un refrigerador (congelador) que funciona con y sin el ahorrador
de energía de esta invención, respectivamente.
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El procedimiento de la invención consiste en
proporcionar un control de ahorro de la energía en aparatos
eléctricos, como se muestra en las figuras 1a y 1b, que contienen
la información necesaria para identificar su funcionamiento, siendo
dicha información del tipo tal como control de ahorro (controles
ahorradores - CA) (4), el led verde indica que está bajo
funcionamiento y el led rojo indica que el equipo está ahorrando
energía (3), también el amperaje (1) está indicado (con el fin de
evitar la conexión de otros aparatos eléctricos con un mayor
consumo). La temporización (6) cuando el equipo está fuera de
funcionamiento debido a ahorro de energía, se observará en un lado;
este control es directamente conectado al contacto de 127 V (5) e
incluye una toma controlada, la toma (2) sirve para enchufar en
ella cualquier equipo electrodoméstico o cualquier aparato eléctrico
industrial y funciona como un circuito programado incorporado con
el fin de incorporar el formato deseado. El control de ahorro es un
dispositivo temporizador que apaga el funcionamiento del equipo
durante períodos de tiempo pequeños durante las horas críticas de
consumo de energía, lo que implica por lo general una carga mayor en
las centrales de generación de energía, de manera que su
funcionamiento sería más constante y por lo tanto más eficiente.
Para el nuevo equipo y para el equipo de alto
consumo, la recomendación es usar controles de ahorro de la energía
como el que se muestra en la figura 2, que consiste en un sensor de
la temperatura (8) para aparatos eléctricos tales como
refrigeradores, aire acondicionado, congeladores, etc. Este tipo de
control de ahorro se puede instalar en casi todos los aparatos
eléctricos (9) para su control, para llevar a cabo el objetivo el
objetivo sin afectar a su funcionamiento. Además, el controlador
debe incluir en un lugar visible del equipo que se vaya a instalar,
una pegatina (10) que indique la programación de períodos de apagado
y de encendido para el ahorro de energía. Por otra parte, se debe
integrar al mencionado control (11), tal como un motor de equipo de
bajo consumo o la bobina de arranque para el arranque de un motor de
cualquier capacidad con tal de que su funcionamiento se pueda ver
detenido durante los períodos programados de tiempo.
Con la instalación de estos controles, la
capacidad de las centrales aumentará de manera considerable, ya que
el consumo excesivo en los períodos críticos será eliminado y el
número de servicios se podría incrementar, sin aumentar la
capacidad de generación.
Los controles de ahorro se pueden conectar al
equipo existente, o se pueden integrar al nuevo equipo también,
siempre que su función, les permita apagar durante cortos períodos
de tiempo. Estos períodos de tiempo se seleccionan de acuerdo con
el comportamiento de la demanda regional, por ejemplo se puede
detener el funcionamiento durante cuatro o más períodos de 6
minutos y 15 segundos \pm 10 segundos (el período de tiempo puede
variar de acuerdo con las alimentaciones), durante un plazo de 3
horas y 30 minutos (este plazo variará de acuerdo con los períodos
críticos de demanda).
Los controles de ahorro están sincronizados en
forma escalonada a través de un programa de acuerdo con la demanda
y el consumo de energía eléctrica de cada una de las regiones y su
funcionamiento es, tal que durante un período crítico un grupo de
aparatos eléctricos cesarán de funcionar durante un período de
tiempo, cuyo vencimiento indicará a otro grupo de aparatos
eléctricos que detengan su funcionamiento durante el mismo período
de tiempo, y otros grupos de aparatos eléctricos seguirán unos a
otros de la misma manera, de forma que durante las horas de consumo
crítico cada uno de los grupos se apagará durante al menos 3 ó 4
períodos, según sea necesario, con el fin de reducir la demanda en
dicho período de consumo crítico.
De esta manera, será posible disminuir la
demanda de energía eléctrica en los períodos de consumo crítico de
acuerdo con cada una de las regiones, y dará como resultado un
comportamiento tal más constante de la demanda que hará que las
centrales de generación no pasen períodos de sobrecarga.
Existen varias formas de hacer circuitos
eléctricos, como se muestra en la figura 3, en los que el sistema
de ahorro de energía puede funcionar. Teniendo en cuenta que el
circuito de la figura 3, debe tener una toma de salida al equipo
que se ha de controlar (12), un microprocesador (13) programado para
llevar a cabo la función deseada y los led (14) que indican el
estado.
La figura 5 ilustra el comportamiento de la
demanda de energía en Méjico (16) para 1998 (datos aproximados). Se
puede observar un aumento de la demanda entre las 18:00 y las 23:00.
De acuerdo con el gráfico, con la implementación del plan de ahorro
durante las horas de luz, se obtuvo una reducción de la demanda (17)
durante este período, no obstante es insuficiente con el fin de
evitar el pico de subida que significa una sobrecarga para las
centrales de generación. Con el sistema de ahorro de la presente
invención, al producirse la instalación de los controladores
apropiados de ahorro de cantidad de energía para producir pequeños
cortes en el funcionamiento de los dispositivos consumidores de
energía, se conseguiría un ahorro mucho mayor (18) que evitaría y
eliminaría la carga adicional, como se observa en el gráfico en el
pico de demanda durante horas críticas, consiguiendo incluso que
muestre una reducción mayor durante algunos períodos, cumpliendo de
esta forma con los objetivos de la invención.
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La figura 4 ilustra un ejemplo de la
programación y de la organización de los contactos de ahorro para
una población dada. El gráfico incluye, por una parte, los grupos
de contactos de ahorro desde A hasta N que apagarán los
dispositivos (15) conectados al mismo, dentro del abanico entre
18:00 a las 21:30 horas, que se supone que es el período crítico de
la demanda de energía eléctrica para una población.
En este ejemplo, se provocan las interrupciones
en el funcionamiento del equipo durante períodos de seis minutos y
quince segundos. Esta programación de desconexión del equipo apagará
dichos dispositivos durante un tiempo suficiente para tener un
funcionamiento óptimo, y al mismo tiempo para no afectar a su
funcionamiento real. Es necesario que se detecten las horas
críticas de forma que se pueda fijar dicha programación con el fin
de realizar la instalación de controles de ahorro en el aparato
eléctrico apropiado, para conseguir el objetivo de ahorro de energía
eléctrica.
Para una mejor identificación de los períodos de
corte, la tabla 1 muestra la programación de un conjunto de grupos
de ahorradores de energía y las horas a las que se apagan (Apagado)
y cuando arrancan de nuevo (Arranque).
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\newpage
Estos datos se muestran en las figuras 4 y 6,
como una relación del consumo de energía medido en milivatios hora
por hora entre las 14:00 y las 24:00 horas, en donde se observa un
aumento en la demanda entre las 18:00 y las 21:30 horas, y también
muestra las reducciones obtenidas en la demanda al producirse la
implementación del plan de ahorro durante el día, y al producirse
la instalación de los controles de ahorro de acuerdo con la
invención, dichos controles de ahorro funcionarán durante las horas
críticas. Como se observó, el ahorro obtenido por el sistema de la
invención sobrepasa en una gran medida el ahorro obtenido con la
implementación del plan de ahorro durante las horas de luz. De la
misma manera, la figura 6 muestra una de las muchas maneras en las
que los controles de ahorro se pueden programar, como por ejemplo en
Méjico. En este caso, se propuso un sistema de 9 categorías de
controles de ahorro (Ca-A, Ca-B,
..., Ca-N); la cantidad depende del comportamiento
de la demanda y del consumo de energía, en donde se consideran los
períodos de apagado (19), al igual que los intervalos de tiempo en
los que los aparatos eléctricos están fuera de funcionamiento (20),
y los mismos aparatos eléctricos deben tener una señal de
funcionamiento (21).
funcionamiento (21).
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Algunas pruebas en campo se llevaron a cabo para
investigar la efectividad del control de ahorro de esta invención,
y la consecución del objetivo del sistema. Las pruebas fueron
llevadas a cabo en Fraccionamiento La Sirena, Sinaloa, Méjico,
obteniendo resultados favorables para la demanda y para el consumo
de energía, como se señala en la figura 7. Se obtuvo un perfil del
comportamiento del consumo de energía (22), y el perfil obtenido con
los controles de ahorro de energía (23) también se muestra. Durante
este ejercicio, se eligieron controles de ahorro específicos para
este caso, y consistieron en los controles de ahorro tipo A, tipo B,
..., tipo F, con períodos de apagado de 10 minutos y 15 segundos,
cada hora comenzando desde las 18:00 horas y acabando a las
23:00:15 horas (24) como se indica en la tabla 2.
Durante las pruebas, se instalaron 124 controles
en frigoríficos y se instalaron 54 controles en luces de
iluminación de la vía pública, obteniendo los resultados que se
muestran en la tabla 3.
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Los resultados obtenidos mostraron un ahorro en
el consumo de energía de 12,991% lo que es equivalente a
91,2 kWh, y un ahorro en la demanda del 10,437% lo que es equivalente a 16,5 kW.
91,2 kWh, y un ahorro en la demanda del 10,437% lo que es equivalente a 16,5 kW.
Es importante destacar que cuando se produce un
fallo de energía, los controles de ahorro comenzarán su
funcionamiento de una manera escalonada con intervalos de tiempo
que pueden ir desde un segundo hasta el tiempo deseado, que eviten
una demanda excesiva para la central de generación.
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Se creó un modelo matemático suponiendo que se
controlaban 40.000 lámparas de la vía pública, y que cada una de
las lámparas consume por lo general 0,40 kW. Los controles de ahorro
de esta invención se instalaron en el 60% de las lámparas de
alumbrado público y el 40% restante funcionó normalmente. Las
lámparas de alumbrado público que no tienen instalado el control de
ahorro, funcionaron durante 12 horas (desde las 18:00 a las 6:00),
mientras que las lámparas de alumbrado público con el control de
ahorro instalado, se dividieron en dos grupos, uno funcionando
durante 12 horas y el otro funcionando durante 8 horas. De esta
manera, el consumo para el grupo de lámparas de alumbrado público
sin control fue de 192,00 kWh, mientras que para el grupo de
lámparas de alumbrado público con controlador funcionando durante 12
horas solamente fue de 145,920 kWh, y para las lámparas de
alumbrado público controladas que funcionaban durante 8 horas fue de
30,720 kWh. Por lo tanto, el ahorro adicional obtenido cuando se
programó un corte a las 2:00 A.M. en las lámparas controladas fue
de 15,360 kWh, como se muestra en la
Tabla 4.
Tabla 4.
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Se llevo a cabo una prueba de laboratorio en un
frigorífico en el que se instaló el ahorrador de energía de esta
invención, ayudando además a reducir la demanda de energía, el
controlador también redujo el consumo de energía que, como se
muestra de los resultados obtenidos en la tabla 5, fueron del 25%,
del 81% y del 41,52%, indicando que la efectividad de los
ahorradores de energía reivindicados en esta invención aumentan de
una manera significativa.
Se usó para la prueba un frigorífico/congelador
(R/F) con un sistema de descongelado automático, obteniendo los
resultados que se muestran en las figuras 8 y 9.
Los resultados obtenidos con el congelador se
probaron con y sin el ahorrador de energía, estando fijado el
termostato en la posición de mínimo (figura 8), como se muestra en
un gráfico en las figuras 8 y 9, y se obtuvieron los mismos datos
con y sin el ahorrador de energía pero con el termostato fijado en
la posición normal (figura 9), los valores de la temperatura de los
alimentos (I, II y III) y el controlador de temperatura (IV, V y VI)
como se muestran en un gráfico.
Las figuras 10 y 11 muestran un gráfico para los
resultados obtenidos para la energía actual (B) versus la energía
en kWh (A) usada por el frigorífico/congelador cuando el termostato
estaba en la posición de normal y sin el ahorrador de energía
instalado (Figura 10); se obtuvieron los mismos resultados a partir
de la energía actual usada por el frigorífico/congelador cuando el
termostato está en la posición normal pero con el ahorrador de
energía de esta invención instalado (figura 11).
Las figuras 12 y 13 muestran los resultados
obtenidos para la energía actual (b) versus la energía en kWh (A)
usada por el frigorífico/congelador cuando el termostato estaba en
la posición mínima de la escala, y el ahorrador de energía estaba
instalado (figura 12) y no instalado (figura 13).
Claims (2)
1. Un procedimiento de ahorro de la energía
eléctrica que comprende los siguientes pasos: detectar las ventanas
de tiempo cuando existe una sobrecarga en la demanda de energía de
una región: proporcionando un controlador en un cierto número de
dispositivos y el equipo conectado al sistema de distribución de
energía de la mencionada región de acuerdo con la mencionada
sobrecarga registrada para la mencionada región; y la programación
de los controladores para apagar los dispositivos o el equipo
durante varios períodos de tiempo cortos de una forma escalonada,
durante la mencionada ventana de tiempo cuando exista una sobrecarga
de la demanda en la región, de manera tal que se apagarán un grupo
de dispositivos durante un período, el vencimiento de los
mencionados períodos de tiempo corto indicará que otro grupo haga
lo mismo, y así sucesivamente.
2. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque cuando se detecta un
nuevo incremento en la demanda, se podrían incorporar nuevos
controladores al equipo conectado al sistema de distribución
eléctrica, y estar programados para apagar dentro de la nueva
ventana de tiempo en la que exista una sobrecarga de la demanda de
energía.
Applications Claiming Priority (3)
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