Metodología para determinar los factores de responsabilidad de la carga y los usos finales de la energía para una empresa comercializadora.

Metodología para determinar los factores de responsabilidad de la carga y los usos finales de la energía para una empresa comercializadora.

Metodología para determinar los factores de responsabilidad de la carga y los usos finales de la energía para una empresa comercializadora. Quituisaca, Patricio; Medina, Ricardo 1 Abstract: Para una empresa comercializadora es importante conocer el consumo energético de sus clientes, no sólo la cuantía total al final de mes, sino también el uso a lo largo del día y especialmente en la hora pico, esta información puede ser empleada para la implementación de planes de ahorro o eficiencia energética, administración de la demanda (Demand Side Maganament), focalización de subsidios o como herramientas de planificación para predecir el crecimiento de la demanda. Palabras Clave: Factores de Responsabilidad, Curva de Usos Finales de la energía.

I.

INTRODUCCIÓN

E

L presente documento es un resumen de la investigación realizada como una ampliación de la tesis de grado “Plan de Gestión del Consumo residencial para la Empresa Eléctrica Regional Centrosur”, esta investigación pretende defnir parámetros y líneas de acción para que una empresa comercializadora determine las curvas de carga y usos finales de la energía de su sistema. Para obtener esta información es necesario definir las acciones a tomarse para determinar los usos finales de la energía y las curvas de carga de los clientes de la empresa comercializadora.

de un consumidor a otro, dependiendo del uso que se de a la energía eléctrica; el consumo residencial por ejemplo presenta dos picos uno en la mañana alrededor de las 7h00 producido por el calentamiento de agua y la iluminación; otro a las 20h00 producido por la iluminación. La curva de carga del sector comercial tiende a ser una parábola que inicia alrededor de las 8h00 y termina alrededor de las 18h00, con descensos al medio día, coincidiendo con los horarios de atención al cliente. El sector industrial presenta una gran variedad de consumos pero tiende a ser lineal sin muchas variaciones, en las industrias que trabajan las 24 horas su consumo aumenta en la noche debido a la iluminación. Curva de Usos Finales de la Energía Con lo antes expuesto se plantea preguntas: ¿Qué participación tiene la iluminación en el consumo residencial?, ¿Cuánta energía es consumida por el calentamiento de agua en la mañana?, para dar respuesta a estas interrogantes es necesario conocer los “Usos finales de la energía” que permiten desglosar el consumo de los artefactos eléctricos para cada hora del día. II.

Par iniciar la caracterización de la demanda es necesario clasificar a los consumidores, es importante determinar grupos homogéneos en los cuales los clientes sean agrupados, a continuación se presentan dos alternativas de clasificación:

La Ilustración 8: Esquema de Obtención de las curvas de Usos Finales de la energía para una empresa distribuidora muestra gráficamente la organización del trabajo para obtener las curvas de carga y factores de responsabilidad.

Curva de Carga y Usos Finales de la Energía. Para iniciar definamos los términos que se emplearán en esta metodología: Curva de Carga Curva de Carga es la gráfica que muestra la relación del consumo en un periodo de tiempo; comúnmente la demanda cambia hora a hora, de un día para otro, más entre estaciones y

CLASIFICACIÓN DE CONSUMIDORES.

1) según el uso que se da a la energía y 2) por el nivel de consumo.

Clasificación de los clientes según el uso de la energía (Tarifa). La energía eléctrica es empleada de diversa manera según cada sector de la población y cada actividad económica, esta clasificación básicamente distingue a los clientes de la siguiente manera2:

1

R. Medina (e-mail: [email protected]), P. Quituisaca (e-mail: [email protected])

2

CONELEC: Pliego Tarifario Vigente - Resolución 107/08 12 Ago 2008.

Tarifa Residencial Industriales Otros

General

Comerciales

Residencial

Categ oría

Metodología para determinar los factores de responsabilidad de la carga y los usos finales de la energía para una empresa comercializadora. Tabla 1: Clasificación de los Clientes de rangos mediante la minimización de la varianza dentro de cada estrato, otra opción es aplicar cuartiles, quintiles o deciles para agrupar a los clientes según su consumo, por Características ejemplo si se opta por los cuartiles se agrupa en cuatro estratos Corresponde al servicio eléctrico destinado distribuyéndose el 25% del consumo en cada estrato. exclusivamente al uso doméstico, es decir, dentro de la residencia de la unidad familiar independientemente del tamaño de la carga conectada. También se incluyen a los Consumidores de escasos recursos económicos y bajos consumos que tienen integrada a su vivienda una pequeña actividad comercial o artesanal. Persona natural o jurídica, pública o privada, que utiliza los servicios de energía eléctrica para fines de negocio, actividades profesionales o cualquier otra actividad con fines de lucro. Persona natural o jurídica, pública o privada, que utiliza los servicios de energía eléctrica para la elaboración o transformación de productos por medio de cualquier proceso industrial. Entidades oficiales, Asistencia social, Beneficio público, Bombeo de agua, Escenarios deportivos, Periódicos y Abonados especiales

Clasificación y agrupación de los consumidores según los estratos. Una vez obtenidos los estratos de consumo para cada tarifa se debe completar una tabla con el formato siguiente: Tabla 2: Ingreso por Tipo de tarifa Tarifa Estrato

Esta clasificación permite definir el uso de energía por tipo de tarifa, es importante definir cual es la influencia de cada tipo de tarifa sobre el consumo de la empresa distribuidora.

Determinación de estratos de consumo para cada tipo de tarifa. Los estratos de consumo son rangos en los cuales los clientes de una distribuidora pueden ser clasificados, la estratificación debe seguir criterios que optimicen el número de estratos pero que a su vez estos rangos sean representativos para organizar a los clientes con consumos similares. Para determinar la cantidad de estratos se puede emplear la estratificación Dalenious-Hodges que busca el número óptimo

Código

Clientes

Consumo

De manera que cada cliente queda debidamente identificado y clasificado según parámetros antes expuestos, con esta clasificación se logra agrupar a los consumidores de características similares, esta estratificación puede también ser avaluada desde un punto de vista socio-económico, ya que el nivel de consumo de una familia está en función de su estrato económico, pero estas consideraciones deberán ser analizadas en el caso de que el estudio se enfoque a la aplicación de subsidios o tarifas, para el caso de la obtención de curvas de carga la variable socio-económica no es considerada o está implícita. III.

Ilustración 1: Clasificación de los usuarios según el tipo de uso de la energía.

Rango

DETERMINACIÓN DE MUESTRAS

a. Muestra Residencial – Comercial Las tarifas comercial y residencial presentan una gran cantidad de clientes y mucha dispersión en cuanto al consumo, por lo tanto se debe emplear la base de datos con el catastro de los clientes, para que de manera aleatoria se obtenga los clientes-muestra para cada estrato. b. Muestra Industrial La caracterización de consumo para el sector industrial corresponde a un esquema no probabilístico, se agrupará a las industrias según la clasificación CIIU 3 y estará determinado por los clientes con mayor demanda de cada grupo, se buscará que los clientes a ser muestreados cubran el margen de confianza de entre un 90 y 95% del consumo industrial de su grupo, tomándose primero las industrias con mayor consumo, en orden descendente las demás industrias hasta completar el consumo equivalente al margen de confianza.

3

CODIGO INDUSTRIAL INTERNACIONAL UNIFORME,

las clasificaciones empleadas se basaron en la revisión número 3

Metodología para determinar los factores de responsabilidad de la carga y los usos finales de la energía para una empresa comercializadora. Nivel de factores de responsabilidad de la carga basada en la Características Grupo Voltaje agrupación de los clientes según su nivel de consumo, la Tabla Demandas menores. Usuarios domésticos con alta participación en la punta de demanda. Demandas menores. Usuarios Comerciales, Gobierno, pequeñas industrias, con baja participación en la punta. Demandas medias. Usuarios con medición de potencia con menos de 200 kW. contratados y alta participación en el pico de cargas. Demandas medias. Usuarios con medición de potencia con menos de 200 kW. contratados y baja participación en el pico de cargas. Grandes demandas. Usuarios con medición de potencia con más de 200 kW. contratados. c. Muestra Otros

CON R

Bajo

CON 0

Bajo

3: Grupos de Consumo según la Metodología de SIGLA presenta la agrupación de consumidores según los criterios: Tipo de demanda, Uso de la energía o nivel de consumo (demanda) y Factor de carga. Tabla 3: Grupos de Consumo según la Metodología de SIGLA

MEDP

Bajo Medio Alto

MEDFP

Bajo Medio Alto

MAY

Bajo Medio Alto

Esta tarifa agrupa una variedad de consumos que se encuentran dispersos y que por lo general tienen baja representatividad en el consumo, se aplicará una distribución proporcional a cada tipo de consumidor para definir las muestras a tomar de este grupo de consumo.

Ilustración 2: Clasificación de los Clientes según el nivel de Consumo.

d. Muestra Alumbrado Público El alumbrado público constituye un rubro de consumo importante en las empresas distribuidoras, la energía suministrada puede ser fácilmente estimada si se dispone de un catastro de luminarias para cada empresa, además este consumo tiene horas muy precisas de encendido y apagado con muy poca variación estacional, en estudios anteriores 4 se estimó que las lámparas se encienden desde las 18h30 hasta las 06h30, con una variación de 15 minutos entre estaciones, además la curva de encendido y pagado está dentro del rango de 15 minutos.

Para los grupos CON R y CON O se empleará la base de datos con el catastro de los clientes, para que de manera aleatoria se obtenga los clientes-muestra por cada estrato.

Clasificación de los grupos de consumo según su nivel de consumo, empleando la metodología de “Cálculo de los Factores de Responsabilidad de la Carga (FRC)” Tradicionalmente los clientes pueden ser clasificados por la actividad en la cual emplean la energía eléctrica, pero en el año 2004 se planteó una metodología5 para determinar los 4 “Factores de responsabilidad de la carga en la EERCS CA”, EERCS CA, Cuenca, 1999. 5 SIGLA Auditoría Energética; PROYECTO DE MODERNIZACIÓN DE LOS SECTORES ELÉCTRICO, DE TELECOMUNICACIONES Y SERVICIOS RURALES (PROMEC) Definición de una Metodología para la Determinación de las Unidades de Propiedad Estándar (UPE) y Cálculo de los Factores de Responsabilidad de la Carga (FRC)

Determinación de muestras a) Muestra Residencial – Comercial de bajo consumo (Grupos CON R y CON O).

b) Muestra Comercial e Industrial (Grupos MEDP, MEDFP y MAY) La caracterización de consumo para los grupos de alto consumo es muy compleja, debido a que existe una gran variabilidad en el uso de la energía y existe una gran concentración del consumo en pocos consumidores, por lo expuesto es necesario analizar este consumo de manera distinta a la empleada en los grupos CON R y CON O, la selección de clientes corresponde a un esquema no probabilístico y está determinado por los clientes con mayor demanda, se buscará que los clientes que deban ser muestreados cubran el margen de consumo de entre un 90 y 95% del consumo en cada grupo. Tomándose primero las industrias con mayor consumo y en orden descendente las siguientes industrias hasta completar el consumo equivalente al margen de confianza, es decir se tomará las industrias que consuman el 90% de la energía del sector industrial.

Metodología para determinar los factores de responsabilidad de la carga y los usos finales de la energía para una empresa comercializadora. IV.

MÉTODO ESTADÍSTICO PARA REALIZAR LA CARACTERIZACIÓN DE LA CARGA Y DEFINIR LOS USOS FINALES DE LA ENERGÍA DE LOS CLIENTES DE UNA EMPRESA DISTRIBUIDORA.

A continuación se definirán los métodos estadísticos para determinar una población sobre la cual realizar encuestas y mediciones que recopilen información sobre los usos de la energía, este muestreo debe representar el consumo promedio de los clientes que están en los diversos estratos. Para levantar esta información se propone emplear un sistema mixto de análisis basado en encuesta y medición, de manera que el mismo cliente sea encuestado y se le instale un equipo de medición, la Ilustración 7: Esquema de Trabajo para la

obtención de las curvas de Carga y Usos Finales de la energía. muestra un esquema para la obtención de las curvas. Con las encuestas se obtendrán los usos finales (desagregados) de la energía, las mediciones por su parte permitirán construir la curva de carga de cada cliente; se emplea este método mixto ya que la encuesta presenta la percepción del cliente sobre el uso que da de la energía, por su parte la medición muestra la curva de carga (o perfil de carga) siendo este un dato real sobre el consumo. La información debe ser contrastada con los históricos de consumo del cliente, si una medición no concuerda con el histórico de consumo deberá ser desechada. Las mediciones y encuestas deberán ser realizadas por personal capacitado y claramente identificado, para evitar desconfianza y falta de colaboración de los clientes, además es obligación de la empresa distribuidora difundir información a la colectividad sobre la realización de estas acciones.

Mediciones Las mediciones deberán ser realizadas con equipos que registren los siguientes parámetros: voltaje, corriente, potencia activa, por cada una de las fases; el equipo de medición debe tomar los datos cada quince minutos 6 y deberán ser guardados en un registro; el periodo de medición comprenderá siete días completos; se obtendrán 96 diarias y 672 mediciones semanales. Si se dispone de equipos de medición con registro trifásico, es válido medir el consumo de tres usuarios monofásicos conectando un usuario por fase. En caso de no contarse con los equipos de medición suficientes para obtener la curva de carga de cada cliente se puede emplear información adicional para crear la curva de 6 Referencia: se emplea el periodo de 15 minutos de: “Spatial Electric Load Forecasting”, de H Lee Willis, Coinidence and load Behavior: página 49, Figure 2.17.

carga de cada estrato, la misma que puede ser obtenida de mediciones de calidad de energía u otros estudios, siempre que cumplan con las especificaciones explicadas. Con estos datos se debe obtener un comportamiento característico de consumo para los períodos: a)

Día laborable: de lunes a viernes.

b) Fin de semana: sábado y domingo.

Encuestas Las encuestas son un instrumento para desagregar los usos finales de la energía según grupos de consumo, en realidad la información obtenida mediante encuestas se refiere a la “percepción” del cliente sobre el uso de la energía, existe un gran factor aleatorio en esta información por lo cual se sugiere que la encuesta deba ser tomada al inicio y al final del periodo de medición aprovechando el tiempo de instalación y retiro de los equipos esta duplicidad permitirá tener una mayor confianza en los resultados obtenidos. El procesamiento de la información de las mediciones y encuestas se realizará empleando una base de datos que permita posteriores consultas. Para cada tipo de tarifa se debe definir grupos de consumo, en los que los equipos eléctricos con similares características son agrupados de manera que puedan ser clasificados y cuantificados. Como ejemplo para el sector residencial se pueden considerar los siguientes grupos: Refrigeración, Preparación de alimentos, Radio/televisión, Equipos de Computación, Iluminación, Calentamiento de Agua empleando sistemas eléctricos, Aseo y limpieza, Otros.

Selección de los clientes-muestra. Se llama cliente-muestra al cliente sobre quien se aplicará la medición y encuesta; para los sectores residencial y comercial se empleara un muestreo aleatorio estratificado, mientras que para el sector industrial se agrupará los consumo dentro de la clasificación CIIU, la tarifa “otros” requerirá una distribución proporcional según los consumidores.

Distribución de Muestras A continuación se plantean tres alternativas para determinar la distribución de las muestras:

Metodología para determinar los factores de responsabilidad de la carga y los usos finales de la energía para una empresa comercializadora. Muestreo regional, cantones como unidad de análisis En caso de que una distribuidora provea servicio eléctrico a 7 varias regiones geográficas se puede aplicar una distribución de las muestras proporcional al consumo de cada región. Para aplicar este criterio regional se puede agrupar a los 8

consumidores empleando un muestreo por conglomeración utilizando las divisiones políticas existentes, los cantones son divisiones bastante homogéneas y pueden ser agrupados para obtener muestras representativas por cada grupo de cantones. Para clasificar a los cantones se puede emplear varios criterios de agrupación, estos pueden ser: a)

Por la región climática a la que pertenece templado – tropical)

b) Por el la ubicación de los consumidores – rurales) c)

(frío – (urbanos

Por el nivel de consumo promedio de los clientes (muy bajo – bajo - medio- alto)

Esta clasificación puede presentar una dificultad al no encontrar un cantón que esté dentro de una clasificación “pura”, es decir que un mismo cantón tiene clientes tanto urbanos y rurales, la solución se encuentra en catalogar los cantones según el clima y su nivel de consumo. Un complemento a esta alternativa consiste en clasificar a los clientes según la zona climática, su ubicación, y nivel de consumo; con esta clasificación determinar un grupo de cantones en los cuales aplicar las encuestas. Con esta información se procederá a calcular las curvas de carga para cada grupo de consumidores. Muestreo regional, parroquias como unidad de análisis Los cantones pueden ser unidades de división bastante útiles, pero en el caso de existir cantones con gran población y de alta variabilidad en el consumo y su población se introducen errores, al catalogar a todos los clientes un como “urbanos” o “rurales”; para este caso la siguiente unidad política la constituyen las parroquias, la metodología de selección es la misma que en el “muestreo por cantones”, se agrupa a las parroquias según su ubicación y nivel de consumo. Una vez definidas las parroquias “modelo” de consumo estándar, es decir cuando se ha determinado las parroquias con características similares se puede construir el consumo de un cantón en función de los tipos de parroquias que posea. 7 En el caso del Ecuador la presencia de tres regiones geográficas marcadas influye en las costumbres y hábitos reconsumo de los habitantes. 8 El muestreo por Conglomeración consiste en dividir el territorio a investigar en varias regiones menores, para seleccionar las más representativas y que tengan características comunes a la mayoría de la población.

Con esta clasificación se puede estructurar el consumo de un cantón mediante la integración de los consumos de varias parroquias estándar.

Muestreo proporcional directo Esta alternativa consiste en distribuir las muestras para todos los clientes, de manera que todos los clientes puedan ser escogidos para la muestra, este criterio elimina la variable regional debido a que en la muestra participan proporcionalmente las regiones servidas, por lo tanto las variaciones ya estarán consideradas en el muestreo. Este muestreo es más rápido y sirve para estudios en los cuales se requiera conocer el comportamiento global de los consumidores en general, pero no es adecuado cuando se necesita desglosar los consumos de manera más específica.

Selección de la distribución de muestras. En los apartados anteriores se presentaron alternativas para agrupar a los clientes según su nivel de consumo o la actividad en la que emplean la energía, además se presentó diversas opciones para la distribución de muestras; estas alternativas presentan ventajas e inconvenientes las cuales serán analizadas a continuación: La metodología para clasificar a los clientes según su nivel de consumo presenta una ventaja al agrupar a todos los consumidores en cinco grupos bien definidos, esto facilita las mediciones conglomerando la información lo que mejora su procesamiento y la elaboración de curvas de carga, la mayor desventaja radica en que los clientes de distintos tipos de tarifas están agrupados juntos, por ejemplo en el grupo MEDFP se agrupa a los consumidores industriales y comerciales de alta incidencia en la demanda máxima, pero estos consumos son muy distintos entre sí; para determinar los usos finales de la energía es necesario definir y agrupar a los clientes con hábitos de consumo similares, por lo tanto esta clasificación es válida si se desea obtener los factores de responsabilidad de la carga, mas no para determinar los usos finales de energía. La clasificación basada en el uso que se da a la energía (clasificación según tarifa) plantea que se agrupe a los clientes según la tarifa para la cual contrató el servicio, la ventaja consiste en reunir a los consumidores que tienen hábitos y equipos similares, por ejemplo en el sector residencial un importante porcentaje de la energía se consume en “iluminación”, “radio-T.V.” y “refrigeración” estos grupos de consumo están presentes en casi la totalidad de hogares, mas no tanto en el sector comercial o industrial; el problema con esta clasificación radica en la existencia de un grupo “Otros”

Metodología para determinar los factores de responsabilidad de la carga y los usos finales de la energía para una empresa comercializadora. que reúne los consumidores que por su actividad no están incluidos en la clasificación: Residencial, Industrial, Comercial; este grupo tiene alta variabilidad y no permite una determinación precisa de su consumo, para poder definir este porcentaje su participación se debe aplicar una gran cantidad de muestras; y generalmente este grupo es poco representativo en clientes y consumo. Cuando se ha seleccionado el tipo de clasificación de los clientes es necesario definir como se asignarán las muestras, para lo cual se requiere conocer que nivel de precisión es esperado, si se necesita conocer la información por regiones (costa-sierra) y sectores (urbano-rural) con mediana precisión se debe escoger el muestreo regional empleando los cantones como unidades de análisis, si se necesita conocer los usos finales de la energía a un nivel muy preciso (por cantones) se debe emplear el muestreo regional empleando las parroquias como unidad de análisis, este muestreo es muy preciso y permite conocer el consumo por cantones incluso por parroquias, esta precisión tiene una dificultad: el número de muestras es elevado. Si el estudio requiere definir el consumo de la distribuidora completa y la información regional es irrelevante o no tiene demasiada utilidad, se puede emplear el muestreo proporcional directo, cuya gran ventaja es reducir el número de muestras a realizar, para que sea verdaderamente representativo se debe asegurar que todos los clientes puedan ser seleccionados para la encuesta, de esta manera los clientes de las zonas geográficas también estarán incluidos en los cálculos; este punto debe ser tomado muy en cuenta en el momento de diseñar las rutas de medición y encuesta.

que serán muestreados en caso de producirse eventualidades que dificulten la realización de las encuestas o mediciones, estas pueden ser: Usuario Ausente, Inmueble Abandonado, Datos de Cliente Incorrectos, Ubicación Distante, Inaccesibilidad al Lugar. Si durante la recolección de muestras cumple con la cantidad requerida se debe suspender el muestreo, no es necesario realizar todas las muestras adicionales.

V.

CÁLCULO DEL TAMAÑO DE LA MUESTRA

Sería impráctico realizar las mediciones y encuestas en la totalidad de los clientes, por lo tanto es necesario calcular el número de mediciones y encuestas (tamaño muestral) que se deben realizar, la fórmula presentada a continuación 9, nos permite calcular el tamaño de la muestra que debe ser investigada. Ecuación 1: Determinación del tamaño de encuesta

n

P(1 P) D P(1  P)  Z2 N 2

Donde: n, es el número de mediciones-encuestas a realizar. N, es el número de usuarios de la Distribuidora. D, es el margen de error deseado. Z, parámetro estadístico que depende del nivel de confianza seleccionado. P, porcentaje de respuesta; para el cálculo será igual a 0,50 (esta valor es sugerido para el cálculo en la Regulación CONELEC – 007/08).

Aplicación del muestreo proporcional Número de muestras por grupo de consumo. Una vez determinado el tamaño de la muestra debe conocerse cuantas muestras realizar en cada tipo de tarifa (industrial, residencial, comercial, alumbrado público, otros), esta distribución de las muestras se realiza proporcionalmente a la participación de cada tarifa en el total de clientes de la distribuidora, la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. explica esta distribución, las fracciones de muestra se deben redondear al inmediato superior. Ilustración 3: Definición de Grupos de consumo

Mediciones Adicionales Las muestras deben ser distribuidas procurando cubrir con la muestra base (cantidad mínima de muestras) y determinado un porcentaje de clientes adicionales (alrededor de un 10% más)

La categoría “Alumbrado público” fácil de caracterizar por lo cual se lo excluirá de las encuestas y se procederá a calcular

9 Tomada de PROCEDIMIENTO SATISFACCIÓN

la REGULACIÓN No. CONELEC – 007/08, PARA LA ELABORACIÓN DE ENCUESTAS DE DE LOS CONSUMIDORES

Metodología para determinar los factores de responsabilidad de la carga y los usos finales de la energía para una empresa comercializadora. los porcentajes de participación de las tarifas sin el consumo de “Alumbrado público”.

Los pasos a seguir son los siguientes: 

Eliminación de la base de datos a los clientes que tengan consumo nulo (menor a 10kWh/mes) en los últimos meses, estos clientes no tienen representatividad para este cálculo.



Separar la base de datos por tarifa: Residencial, Comercial, Industrial y Otros.



Con los clientes de la misma tarifa se procede a ordenarlos de menor a mayor en función de su consumo promedio, en una celda lateral se debe tener el porcentaje acumulado de consumo.



Definir el número de estratos en los cuales se agrupará a los clientes y en base a ello definir los porcentajes de cada estrato, por ejemplo en el caso de determinar 4 estratos cada uno agrupará un 25% del consumo, con 5 estratos cada uno agrupará 20% del consumo; esta agrupación se realiza en función del consumo, los estratos bajos tendrán mayor cantidad de clientes que los estratos de mayor consumo.

Ecuación 2: Cálculo de las muestras por tarifa

nm / tarifa nmtotal 

nc ons _ tari fa N

Donde:

nm / tarifa :

Número de muestras por tarifa.

nmtotal : Número de muestras totales. ncons _ tarifa : Consumo total de los clientes de la tarifa. N: Consumo total de los clientes servidos por la empresa distribuidora. Esta distribución de la cantidad de las muestras permite realizar más mediciones y encuestas en las tarifas con mayor significancia de consumo, permitiendo una mayor confianza de los resultados. Muestreo aleatorio estratificado. El siguiente paso es aplicar un muestreo aleatorio estratificado que consiste en distribuir aleatoria y proporcionalmente las muestras asignadas a cada tipo de tarifa según los estratos que se definieron de manera que todos los estratos de consumo sean considerados, medidos y caracterizados además de que cada cliente tenga la misma posibilidad de ser encuestado y medido; en el caso del sector residencial y comercial es posible aplicar esta distribución de las muestras ya que existe un gran número de consumidores dentro de cada estrato y los consumos pueden ser promediados para obtener un consumo medio, el caso del sector industrial es distinto ya que pocos clientes consumen una gran cantidad de energía por lo cual para este caso se debe aplicar una clasificación según el tipo de actividad desarrollada (clasificación CIIU) y según su consumo. Una vez distribuidas las muestras a obtener para cada estrato se considerará un porcentaje de muestras adicionales para que en ningún caso se incumpla el número de muestras mínimo. De existir un estrato en el que se deben realizar pocas muestras, se tomarán como mínimo 10 muestras válidas.

Método para definir los estratos. Para seleccionar los estratos para los sectores residenciales y comerciales es necesario contar con una base de datos del catastro de los clientes en la cual deben constar los campos: código de cliente, tipo de tarifa, consumos mensuales del último año (o su promedio), Ubicación (Provincia, Cantón, Parroquia, Dirección).

En la columna de porcentaje agrupado se debe buscar el valor de consumo que más se aproxime al porcentaje limite, una vez definido esto se redondea el limite a un valor cercano, en Ilustración 4: Selección de los límites para cada estrato se presenta que el límite de selección coincide con el consumo de 138 kWh, se puede aproximar este límite a 140 kWh.

Ilustración 4: Selección de los límites para cada estrato

Una vez definidos los estratos se procede a clasificar a los consumidores y agruparlos, para obtener información como:    

Frecuencia de aparición: cantidad de clientes en el estrato. Consumo del estrato. Consumo promedio del estrato, resultado de dividir el consumo total para el número de clientes. Varianza de consumo.

Metodología para determinar los factores de responsabilidad de la carga y los usos finales de la energía para una empresa comercializadora. Tabla 4: Características y Rangos para cada estrato. Superior

Estrato E1 E2 E3 E4

Inferior

Rango kW h/mes

1 140 141 205 205 320 321 4229 totales

Energía kW h/mes

Clientes

Total Estrato

%

24190 51.13% 11613 24.55% 8111 17.14% 3397 7.18%

2047844 1964506 2021152 1562426

26.96% 25.86% 26.61% 20.57%

47311

7595928

100%

Frecuencia

%

100%

Desviación Estandar

kW h/mes

Marca de Clase kW h/mes

Límites Mediana kW h/mes

Mediana Promedio Inferior Superior

35.18 18.58 31.64 235.77

71 84.657 0.15 140.85 173 169.164 135.84 210.16 263 249.187 199.22 325.78 2275 459.943 1803.45 2746.55

Con esta información se procede a validar cada estrato, el criterio busca minimizar la varianza del indicador para cada estrato10, en caso de que exista una variación muy significativa en los estratos, es decir los datos agrupados en cada estrato no estén dentro de dos varianzas con respecto a la marca de clase, se deberá dividir en dos estratos hasta lograr este criterio. Con estos estratos se puede calcular directamente el consumo para el total, en los estratos con alta variabilidad es posible dividirlos en grupos más pequeños que no serán más de dos o tres sub-estratos.

Estratos de consumo. Sector residencial y comercial. El sector residencial comprende todas las cargas domésticas, en este sector se incluyen a los consumidores que tengan integrada a su vivienda una actividad comercial o artesanal de bajo consumo. El sector comercial comprende a todos los clientes que desarrollan actividades económicas con fin de lucro.

Estratos para el sector residencial y comercial. Para definir los estratos óptimos es necesario conocer el comportamiento de los clientes, para establecer los estratos de consumo se agrupará a los consumidores mediante el criterio de intensidad de consumo, definiendo cuatro estratos (cuartiles): Bajo, Medio, Alto y Muy Alto.

Muestreo aleatorio estratificado

Por la gran cantidad de clientes y características propias de su consumo es necesario realizar un muestreo aleatorio estratificado para que los estratos con mayor consumo tengan proporcionalmente más muestras y que los estratos de menor consumo tengan una representación estadísticamente válida, esto se logra obteniendo de manera aleatoria un grupo de consumidores que serán sobre quien se aplique la medición y encuesta.

En el momento de determinar los usuarios a ser encuestados se puede seguir una estructura secuencial, tomando primero un alimentador a continuación una red secundaria y por último un trafo al cual estén conectados clientes, este proceso no quita el factor aleatorio ya que cualquier cliente puede ser escogido y también es eficiente dado que las rutas de medición no estarán dispersas. Cálculo de las muestras por estratos.

La distribución de las muestras se realizará en función de la participación del consumo de los estratos, multiplicando el número de mediciones por los porcentajes de consumo de cada estrato. Ecuación 3: Cálculo de las muestras por estratos

nm / est  nm / tarifa  Donde:

nm / est :

Número de muestras por estrato

nm / tarifa :

Número de muestras por tarifa. ncons

clie_ est tarifa

Criterio de Dalenius.

_

: Consumo de los clientes del estrato. nconsumo_

: Consumo Total de los clientes de la tarifa.

Sector industrial La caracterización de consumo para el sector industrial es muy compleja, debido a que existe una gran variabilidad en el uso de la energía, además de una gran concentración del consumo en pocas industrias, es necesario realizar la selección de clientes mediante un esquema no probabilístico, se deben agrupar a las industrias según la clasificación CIIU 11 y estará determinado por los clientes con mayor demanda de cada grupo, se buscará que los clientes a ser muestreados cubran el margen de confianza de entre un 90 y 95% del consumo industrial de su grupo, tomándose primero las industrias con mayor consumo, en orden descendente las demás industrias hasta completar el consumo equivalente al margen de confianza.

Determinación de la Muestra La muestra para esta tarifa está determinada por aquellas industrias con mayores consumos promedios. Por lo que es necesario generar un listado de los industriales, en función de los consumos de energía mensual promedios de por lo menos los últimos 3 meses, del cual se determinará el número de clientes para la muestra basándose en los siguientes criterios: 11

10

n c on _ clie_ es t nconsumo_ tarifa

CODIGO clasificaciones

INDUSTRIAL empleadas se

INTERNACIONAL UNIFORME, las basaron en la revisión número 3.

Metodología para determinar los factores de responsabilidad de la carga y los usos finales de la energía para una empresa comercializadora. La curva de carga a obtenerse deberá presentar un nivel de confiabilidad mayor al 90%, los industriales que se tomen en consideración para formar el grupo de análisis son aquellos cuyo consumo de energía promedio mensual en conjunto representen un consumo mayor al 90% del total de clientes industriales. Análisis de la Muestra Dentro de una muestra determinada se clasifican a los industriales mediante algún comportamiento uniforme en cuanto a la utilización de la energía, lo cual se consigue utilizando la Clasificación Industrial Internacional Uniforme (CIIU) que se basa en la actividad que realizan las industrias. Esta agrupación por actividad y su análisis se lleva a cabo de la siguiente manera: 

Se determina la actividad que realiza cada cliente industrial; es decir, el uso final de la energía eléctrica en cada industria.



La clasificación según el CIIU agrupa industrias con actividades similares formando grupos homogéneos, por ejemplo, industrias de la agricultura, industrias de alimentos, de la madera, y otras.

VI.

OBTENCIÓN DE LAS CURVAS DE CARGA Y LOS USOS FINALES DE LA ENERGÍA.

Para determinar las curvas de “carga” y “usos finales de la energía”, al aplicar mediciones la obtención de datos como potencia y energía es directa, por su parte las encuestas presentan una dificultad en la obtención de los consumos de los equipos, ya que estos valores son aproximados debido a que se basarán en las opiniones de los clientes, el método para cuantificar los consumos de los equipos se empleará el siguiente punto.

Definición de grupos de consumo Para realizar las encuestas es necesario definir grupos de consumo, es decir agrupar los equipos eléctricos con características similares, por ejemplo para el sector residencial podrían ser: Iluminación, Preparación de alimentos, Refrigeración, Calentamiento de Agua, etc. Estos grupos de consumo permitirán calcular los usos finales de la energía de manera más fácil.

Sin embargo, existen muchos otros usos finales en el sector industrial, pero su participación no es representativa en el consumo total de energía por lo que constituirán un grupo denominado “otros”.

Sector otros Este grupo de consumo tiene una baja representación en el consumo y una gran dispersión de las actividades de los clientes, es factible definir estratos en base a los tipos de consumo como: bombeo de agua, asistencia social, etc.

Cálculo de consumos de los electrodomésticos o usos finales de la energía. El consumo diario “Ce” de un artefacto hace referencia al cálculo de energía y potencia de un dispositivo eléctrico que difiere de sus datos de placa, se utiliza este factor con motivos estrictamente de cálculo orientado a la obtención del gráfico de la curva de carga, buscando siempre que estos datos sean cercanos a la realidad.

Ilustración 5: Definición de Estratos para cada grupo de consumo.

El consumo diario (Wh.) “Ce” de un artefacto queda determinado por la expresión: Ce= P * Fu * t Donde: P:

Potencia de placa del dispositivo eléctrico.

Metodología para determinar los factores de responsabilidad de la carga y los usos finales de la energía para una empresa comercializadora. Fu:

Factor de uso es igual a: Fu = Kf * F , donde: Kf; factor de uso en el intervalo de observación, F; factor de uso mensual. Duración del intervalo, 15 minutos, 30 minutos, 1 hora, etc.

t:

En la Tabla 5: Factores de cálculo para uso de equipos eléctricos se presenta los factores recomendados para aplicar en la base de datos de las encuestas, estos datos se basaron en la metodología empleada por la CENTROSUR para la obtención de las curvas de carga (véase la nota 4).

Obtención de las Curvas de Carga. Para obtener la curva de carga de la empresa distribuidora se procederá de la siguiente manera12: 

Realizar las mediciones del consumo horario para cada cliente-muestra.



Obtener la curva de carga para cada cliente-muestra basado en la información de las mediciones, promediando los consumos de cada hora y separando las muestras en días “laborables” y “fin de semana”.



Obtener la curva de carga para cada estrato promediando los consumos de cada cliente del mismo estrato, este promedio se debe realizar hora a hora.



Con una curva promedio por cada estrato se procede a multiplicar el consumo horario por el número de clientes de cada estrato, así se obtiene el consumo hora a hora total de cada estrato.



Sumar los consumos horarios de cada estrato para tener la curva de carga de cada tarifa.



Sumar los consumos horarios de cada tarifa para obtener la curva de carga del total del sistema.

Tabla 5: Factores de cálculo para uso de equipos eléctricos Factores de uso de equipos eléctricos Electrodomestico

Estrato

Factor de Uso en hora FU

Factor Diario, KF

Observaciones

I luminación Incandescente Dicroicos Reflectores Fluorescentes Otras lámparas Atenuadores Temporizador

T T T T T T T

1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,90 0,80

Refrigeradora Congeladores Cocina eléctrica Horno microondas Horno eléctrico Lavadora de platos Tostadora Arrocera Licuadora Batidora Cafetera Extractor de jugos

T T T T T T T T T T T T

0,40 0,60 1,00 0,10 1,00 0,60 0,50 0,67 0,10 0,33 0,17 0,50

1,00 1,00 1,00 1,00 0,40 1,00 1,00

Probabilidad de uso: 80% de funcionar hasta 5 luminarias 60% de funcionar hasta 7 luminarias 50% de funcionar mas de 10 luminarias = 12/30, funciona 12 de 30 dias Al colocar atenuadores se reduce el consumo 10% Funciona en promedio 80% del tiempo

Preparación de Alimentos 1,00 1,00 1,00 0,67 0,13 1,00 0,33 0,27 1,00 0,27 0,50 0,33

Funciona el 40% del dia Funciona el 60% del dia Para cocinas de 700w y 1400w Funciona 6 min en una hora, 20 dias al mes Funciona 4 dias al mes Funciona 35 min en una hora Funciona 30 min en una hora, 10 dias al mes Funciona 40 min en una hora, 8 dias al mes Funciona 6 min en una hora Funciona 20 min en una hora, 8 dias al mes Funciona 10 min en una hora, 15 dias al mes Funciona 30 min en una hora, 10 dias al mes

Obtención de las Curvas de Usos Finales de la Energía.

Radio / televisión/Reproductores de medios/ Entretenimiento: Equipos de sonido Radio – Grabadoras Televisores DVD Videograbadoras/VHS Juegos de video Teatro en casa

T T T T T T T

1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

1,00 1,00 1,00 0,33 0,33 0,67 0,33

Funciona Funciona Funciona Funciona

10 10 20 10

dias dias dias dias

al al al al

mes mes mes mes

Aseo, limpieza, Calentamiento de Agua, Otros

0,17

Ducha eléctrica

Calefón eléctrico Aspiradora Abrillantadora Lavadora de ropa Secadora

T T T T T

T T T

1,00 0,50

1,00 0,50

1,00

Máquina de coser Secadora de cabello Ventilador.

0,83 0,40 0,27 0,33 0,33

0,33

Plancha Bomba de agua Extractor de olores

1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

T T T

0,17 1,00

0,83 0,67

Funciona 20 minutos en media hora, al mes : 10/30 para Estrato 0 - 51, 15/30 para Estrato 51 - 100, 20/30 para Estrato 101 - 151, 30/30 para Estrato >151, Funciona 25 dias al mes Funciona 12 dias al mes Funciona 8 dias al mes Funciona 10 dias al mes Funciona 10 dias al mes Funciona al mes : 8/30 para Estrato 0 - 151, 15/30 para Estrato >151 Funciona 30 min en una hora, 15 dias al mes Funciona al mes : 30/30 para Estrato 0 - 121, 20/30 para Estrato >121 Funciona 10 min en una hora, 25 dias al mes Funciona 20 dias al mes

Para obtener las curvas de usos finales de la energía se seguirá la siguiente metodología: 

Realizar la encuesta a los clientes, en caso de realizar dos encuestas (al inicio y al final de la medición) se deberá promediar los resultados y esta será la “curva de usos finales” para cada cliente.



Con la curva de usos finales de energía de cada cliente se procederá a promediar todos los consumos para cada estrato, obteniéndose así una curva de “usos finales de energía” promedio para cada estrato.



A continuación se multiplica la “curva de usos finales” por el número de clientes de cada estrato, con esto se determina la curva de los usos finales de la energía para cada estrato.

Computación Computador de escritorio Computador portátiles Impresora Fax Adaptador CC Cargador CC

T T T T T T

1,00 1,00 0,10 0,10 1,00 1,00

0,73 0,83 0,67 0,67 1,00 0,83

Funciona 22 dias al mes Funciona 25 dias al mes Funciona 6 min en una hora, 20 dias al mes Funciona 6 min en una hora, 20 dias al mes Funciona 25 dias al mes

La Ilustración 8: Esquema de Obtención de las curvas de

Usos Finales de la energía para una empresa distribuidora presenta el esquema de trabajo empleado para obtener las “curvas de carga” y la “curva de usos finales de la energía”.

12

En el libro: “Spatial Electric Load Forecasting”, de H Lee Willis, presenta en el capítulo segundo una metodología para realizar el análisis de los usos finales de la energía, la cual fue adaptada y empleada para el desarrollo de la presente metodología.

Metodología para determinar los factores de responsabilidad de la carga y los usos finales de la energía para una empresa comercializadora. 

Se procede a sumar las “curvas de usos finales” de cada estrato y se obtiene los usos finales de la energía eléctrica para cada tarifa.

Cruce de curvas Una vez determinadas las curvas de “Carga” y de “Usos finales” se apreciarán diferencias entre los valores como indica la Ilustración 6: Comparación de las Curvas de

Carga y Usos finales de la energía. Comparación de las Curvas de Carga. un P.U. 1,00

Con este procedimiento la energía consumida cada hora representaba el 100% y cada grupo de consumo aporta un porcentaje equivalente a una cantidad de energía.

VII.

CONCLUSIONES

La presente metodología puede ser alicada con sus respectivas adaptaciones y consideraciones puede ser empleada para caracterizar el consumo de grupos de consumo. La mejor manera de mantener la información actualizada y consecuentemente confiable acerca del consumo de un grupo de clientes es realizar continuamente estudios y mejorar los acercamientos con los clientes.

0,90 0,80

Energía en P.U.

de esta manera se puede complementar la curva de carga con los consumos realizados en cada hora.

0,70 Las mediciones a los clientes puede ser aprovechada también para determinar otras características como calidad de energía, y otros indicadores requeridos por los reguladores.

0,60 0,50 0,40

VIII.

0,30 

0,20 0,10



0,00 1

3

5

7

9

11 13 15 17 19 21 23

Curva de Carga Mediciones Curva de Carga Encuestas Ilustración 6: Comparación de las Curvas de Carga y Usos finales de la energía. Para compensar las diferencias entre las curvas obtenidas de las mediciones y las encuestas se deben hacer ajustes de manera que se mantenga el perfil de consumo que se obtuvo con las mediciones (ya que este es más aproximado a la realidad) y se represente los usos finales de energía durante el día, para lograr esto se debe considerar los porcentajes de participación en cada hora de los diversos grupos de consumo,

  



BIBLIOGRAFIA

BONNEVILLE, Eric, PhD; RIALHE, Anne; “Demand Side Management for residential and commercial end-users”; AERE, Francia; 2007. EGUÍLUZ, L.I.; LAVANDERO, J.C.; MAÑANA, M.; SÁNCHEZ, P; “Eficiencia Energética Y Calidad de Suministro Eléctrico; Dpto. de Ingeniería Eléctrica y Energética, Universidad de Cantabria, 2006. Enviroment Protection Agency, “Report 2005”, Washington, 2006. International Energy Agency (IEA); “INDEEP Analysis Report”; Paris; 2004. M. TORRENT y M.A. LARRAYOZ; “Gestión de la demanda eléctrica, un método eco energético”; Dpto. Ingeniería Eléctrica. Universidad Politecnica de Cataluña, 2006. PROYECTO ALPHEO; “Guide Alpheo pour la maitrise de l'energie et de l'eau”; Francia; 2005

Metodología para determinar los factores de responsabilidad de la carga y los usos finales de la energía para una empresa comercializadora.

Ilustración 7: Esquema de Trabajo para la obtención de las curvas de Carga y Usos Finales de la energía.

Metodología para determinar los factores de responsabilidad de la carga y los usos finales de la energía para una empresa comercializadora.

Ilustración 8: Esquema de Obtención de las curvas de Usos Finales de la energía para una empresa distribuidora