Comunicación presentada al V Congreso Edificios Inteligentes
Autores
- Vicente Rodilla Sala, Ingeniero Industrial, CEO, CYSNERGY – Miembro del CTN 216, AENOR
- Francisco de la Asunción Castelló, Matemático, I+D, CYSNERGY
- Miriam Signes Salvà, Matemática, I+D, CYSNERGY
- Víctor Rodenas Gallego, Ing. Electrónico, Dpto. Técn., CYSNERGY
Resumen
Gestionar de manera eficiente el gasto energético es una necesidad, tanto para el sector industrial, como para las entidades de servicios. Hoy en día, en fábricas y en edificios, se suelen medir datos energéticos sobre una hoja de cálculo y son de difícil interpretación. La visión “Submetering 4.0” plantea el despliegue de un conjunto de dispositivos modelizadores energéticos, para extraer datos de los receptores eléctricos importantes, en cuanto a su consumo de potencia y/o energía (motores, equipo de refrigeración, calefactores, etc.). Esta etapa se denomina “Data Mining”. Procesar dichos datos en una aplicación web y ofrecer al usuario una interpretación inteligente y on-line del consumo energético de sus instalaciones, es la denominada etapa de “Smart Analytic”. Para ello, estos datos se modelizan matemáticamente, mediante una serie de ecuaciones, generando líneas, superficies e incluso espacios multivectoriales de base energética, que muestran el ratio dinámico de la cantidad de energía consumida por unidad de producción y/o de servicio, en función de otras muchas variables de interés; dado que la eficiencia no depende solo de la cantidad de energía consumida, sino de la cantidad de productos y/o de servicios que se hayan logrado con dicha energía; así como de muchos otros factores, de difícil repetibilidad a la hora de comparar consumos y de determinar los ahorros con exactitud. Y todo ello pasa desapercibido en las facturas.
Palabras clave
Eficiencia Energética 4.0, IoT, Industria, Edificios, Data Mining, Smart Analytics, Operational Efficiency
Introducción/Antecedentes
El consumo de energía industrial y terciario sigue disparándose, lo cual contribuye negativamente al calentamiento global y a la explotación de los recursos naturales de la Tierra. Una iniciativa de la Comisión Europea ha permitido desarrollar un sistema disruptivo, capaz de reducir el consumo de electricidad y de energía en general. El proyecto EFICONSUMPTION, desarrollado por CYSNERGY, s.l., mejora la eficiencia energética, basándose en la modelización y en la gestión inteligente del consumo de electricidad. Para ello, se abordó el problema de la eficiencia sobre dos aspectos. Por un lado, el ahorro de energía eléctrica gracias a un consumo más eficiente, que determina a su vez unas menores emisiones de CO2. Y por otro lado el ahorro económico, que da lugar a unas actividades empresariales con un mayor rendimiento u “Operational Efficiency”, además de mostrar sostenibilidad y compromiso social empresarial.
Focos de derroche
Existen cuatro puntos a tener en cuenta a la hora de analizar dónde se está malgastando la energía eléctrica:
- Las averías y los funcionamientos anómalos de máquinas e iluminaciones, que no están dotados de un sistema de mantenimiento predictivo eléctrico conectado a un ordenador, generan pérdidas superiores al 5% del gasto total eléctrico.
- Los descuidos y las negligencias por parte de los usuarios suponen más del 5% de la factura eléctrica en la explotación de un negocio (industrias y edificios).
- Las sobrecargas puntuales, originadas por la aleatoriedad de la propia demanda eléctrica, exigen contratar y pagar un exceso en la potencia; o bien sufrir penalizaciones del maxímetro. Ello incrementa en más de un 5% la factura eléctrica recibida.
- Los stand-by de determinados aparatos y máquinas eléctricas, así como los consumos latentes ocultos en todo tipo de instalaciones provocan pérdidas del orden del 5% del gasto eléctrico total, al quedar siempre conectados de forma innecesaria 24 horas al día.
Cada uno de estos puntos supone, como mínimo, un 5% y hasta un 10% de pérdidas; con lo cual se puede llegar a ahorrar hasta más de un 40% del gasto eléctrico, si detectamos y corregimos estas anomalías, muy extendidas.
Solución: Descripción del proyecto
Acciones de mejora
El proyecto apoyado por la Comisión Europea, desde Bruselas, dentro del Programa HORIZON 2020, ha permitido desarrollar una solución integral (tecnología y metodología). Se compone de un hardware (dispositivo CYSMETER) y de un software (denominado CYSCLOUD), gracias a los cuales se consigue aplicar la tecnología IoT sobre la base de la Visión Energía 4.0:
- Recogida masiva de datos y subida al Cloud (Data Mining)
- Tratamiento inteligente de los mismos y mejora técnica continua (Smart Analytic)
- Extracción de conclusiones y toma de decisiones económico/financieras (Operational Efficiency)
Hardware
CYSMETER es un sistema Submetering de telemantenimiento predictivo remoto y de modelización energética eléctrica, con patente internacional, basado en equipos Modelizadores Energéticos; que incorporan unas disruptivas pinzas Voltimétricas, enclavables sobre los propios cables de alimentación eléctrica de cada receptor, sin interrumpir la producción y dotados de telecomunicaciones con RF a 868 MHz y M2M vía Internet (3/4G).
Como se muestra en la imagen, el equipo de medida dispone de un punzón metálico por cada fase y neutro (para medir voltaje, temperatura, vibraciones, etc.) que le permite ser el único contador inteligente de energía eléctrica en el mundo que se instala en cualquier posición a lo largo de un tendido eléctrico, sin necesidad de interrumpir la continuidad del voltaje, corriente y potencia, pudiendo así cuantificar matemáticamente los ahorros asociados a la aplicación de medidas concretas de mejora, en forma de Euros/Unidad de producto o de servicio. Además, con un mínimo coste de instalación, ofreciendo las mejores condiciones de seguridad y una medición óptima del cosϕ (valores reales ad-hoc sobre las propias cargas); sin las perturbaciones de los restantes magnetotérmicos.
Software
CYSCLOUD es una plataforma de supervisión y de gestión online de la eficiencia energética eléctrica, que permite reducir los gastos específicos eléctricos sobre todas las etapas de un proceso de producción o de prestación de un servicio, a partir de las medidas del modelizador eléctrico CYSMETER. Ofrece el trazado automático de Líneas y Superficies de Base Energética ISO 50.001; así como un sistema de alarmas que avisa al usuario cuando alguno de los parámetros, bajo supervisión, debe ser revisado o bien cuando hay que aplicar una acción correctiva.
Ambos están diseñados en base a la Norma Internacional ISO 50001 sobre Gestión de la Energía, aplicando submetering y algoritmos de base energética eléctrica multivariable en 2D y en 3D, con soporte gráfico. Mediante una plataforma Big-Data en Cloud Computing, se procesan millones de datos en tiempo real, sobre los principales receptores de la energía consumida y se desglosan con detalle las facturas energéticas; mostrando los consumos individuales de cada carga y su grado de eficiencia energética eléctrica. Aplicándose después las oportunas acciones de mejora, diagnosticadas automáticamente sobre cada receptor, mediante una avanzada analítica inteligente de datos.
Metodología
La metodología aplicada por CYSNERGY para optimizar los costes específicos eléctricos por unidad de explotación en [kWh/Und.], abarca los siguientes aspectos; todos ellos basados siempre en un análisis económico previo sobre la rentabilidad de cada una de las inversiones (pay-backs):
- Compensación individualizada ad-hoc de las potencias reactivas sobre los receptores eléctricos
- Equilibrado de las intensidades y de las tensiones en los sub-cuadros importantes
- Integración de autómatas, variadores de frecuencia, contactores para deslastre, etc.
- Inspección y correcciones sobre el funcionamiento de las bombas de alta potencia
- Optimización de los consumos de energía sobre los motores eléctricos grandes
- Auditoría de los equipos e instalaciones de aire comprimido (fugas, rendimiento, etc.)
- Estudios sobre líneas de pintura, hornos, mecanizados, máquinas de frío y todo tipo de equipos especiales
- Control de puertas y accesos para minimizar las pérdidas de calor o frío
- Inspección y mantenimiento de los sistemas de acondicionamiento ambiental
- Optimización de las iluminaciones interiores y exteriores (tecnología, mantenimiento, etc.)
- Estudio de las condiciones de contratación del suministro eléctrico (eficiencia económico-financiera)
Resultados y conclusiones
En primer lugar, se pueden detectar remotamente las posibles anomalías en el funcionamiento de la instalación; es decir, se detecta si algún dispositivo presenta un consumo específico mayor de lo habitual, en forma de [KWh/Und.] producida (control predictivo basado en standares previamente aceptados). Evitando muchos problemas de todo tipo.
A continuación, si fuera necesario, se procede a la realización de una auditoría energética en la planta o edificio, para detectar a qué se deben físicamente esos sobreconsumos; pero solo en los casos en los que el proceso lo requiera.
Como podemos observar en la imagen, gracias al modelado 3D, podemos visualizar de manera directa la relación existente p.ej. entre la producción, la temperatura ambiental y el consumo energético por unidad producida o por servicio prestado (p.ej. KWh/Huésped, Visitante, Paciente: en hoteles, museos, hospitales, etc.; o bien p.ej. en depuración de aguas residuales, en [m3] y [DBO] o [DQO] según la demanda de oxígeno del agua). Gracias a estas imágenes y cálculos asociados, se puede apreciar y cuantificar claramente el ahorro específico en [Euros/Unidad]. Como p. ej. en las siguientes imágenes correspondientes a las situaciones -previa y -posterior a la aplicación de mejoras técnicas sobre una fábrica de papel; donde se modeliza su eficiencia energética eléctrica en forma de [KWh/Ton], en función de su propia producción en [Ton] y del gramaje del papel producido en [gr/m2]:
Referencias
- Cordis (26 febrero 2019)
- FuturEnergy (15 enero 2019)