Ecodiseño: dimensionamiento óptimo de conductores ... · Dimensionamiento de conductores . 3 . Casos de estudio representativos . 4 . Potencial de ahorro . 3 ... edificios (especialmente

II Congreso eficiencia energética eléctrica

Madrid 24 octubre 2012 IFEMA – Auditorio Sur

Ecodiseño: dimensionamiento óptimo de conductores eléctricos

en edificios

Fernando Nuño Copper Alliance


Madrid, 24 octubre 2012 IFEMA – Auditorio Sur

Índice

1 Copper Alliance

2 Dimensionamiento de conductores

3 Casos de estudio representativos

4 Potencial de ahorro

3

Copper Alliance

4

Copper Alliance – Asociación Internacional del Cobre

Organización líder en la promoción del cobre

43 miembros de escala mundial

Empresas mineras representando el 60% de la producción

mundial de cobre

11 de los mayores fabricantes de productos de cobre y

aleaciones

Cerca de 500 miembros locales y socios

31 oficinas con actividad en más de 60 países – 5

Continentes

Presupuesto anual : 70 millones de dólares + 25 millones

aportados por socios en proyectos compartidos

5

43 empresas asociadas globales

Anglo American Chile Antofagasta Minerals S.A. Aurubis BHP Billiton Plc Boliden AB Compañia Minera Doña Inez Collahuasi Compañía Minera Zaldívar CODELCO Freeport McMoRan Copper & Gold Kennecott Utah Copper Corp. KGHM Polska Miedź S.A. LS-Nikko Copper Inc. Mexicana de Cananea, S.A. de C.V. Mexicana de Cobre, S.A. de C.V. Minera Alumbrera Ltd. Minera Antamina S.A. Minera Escondida Limitada Minera Esperanza Minera Los Pelambres Minera El Tesoro Mitsubishi Materials Corporation Palabora Pan Pacific Copper

Rio Tinto Plc Sociedad Contractual Minera el Abra Sociedad Minera Cerro Verde S.A.A. Southern Copper Corporation Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. Teck Tenke Fungurume Xstrata Copper Yunnan Copper Industry (Group) Ltd. FABRICATORS Chinalco Luoyang Daechang Co., Ltd. Golden Dragon Precise Copper Tube Halcor S.A. KME Group SpA Luvata Mueller Industries Nexans Outotec Oyj Revere Copper Products, Inc. Wieland-Werke AG

6

Principales Iniciativas

Iniciativas Energía Sostenible Construcción y Edificicación Cobre Antimicrobiano Salud, Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible Desarrollo y Transferencia Tecnológica

Funciones de apoyo

Comunicación Inteligencia de Mercado, Datos y Medición Soporte técnico y de mercado Financiación y Partenariados Administración

7

Dimensionamiento de conductores

Dimensionamiento de cables según los estándares actuales

Capacidad térmica A intensidad máxima

Caída de tensión A intensidad máxima

Fuerza electro-dinámica de las corrientes de

cortocircuito

Standard IEC 60364-4-43 (Electrical Installations for buildings)

Standard IEC 60909 (Short-circuit currents in three phase AC systems)

1

2

3

8 E3+ 2012 - CEDIC - Ecodiseño: Dimensionamiento óptimo de cables en instalaciones eléctricas

Propuesta: añadir un 4º criterio

Dimensionamiento económico

Minimización del coste de inversión + coste de operación

4


Concepto : reducir las pérdidas por efecto “Joule” mediante una mayor sección de cable

SCLP

⋅⋅⋅

=∆γ

22

S: Cross-section

ΔV

: V

olta

ge

dro

p

• L: longitud del cable • S: sección del cable • C: corriente • γ: conductividad del material • ΔP: potencia perdida


Evolucionando en la forma de pensar: de la minimización de la inversión a la minimización del coste del ciclo de vida

CTotal =

CInversión + CPérdidas


¿Cuánta electricidad podría evitar perderse en los cables de las instalaciones eléctricas en Europa?


Consumo eléctrico anual (TWh/año) 2010 2015 2020 2025 2030

Industria 1073 1151 1203 1272 1318

Terciario 775 831 868 917 950

Residencial 950 1019 1065 1125 1166

13

Casos de estudio representativos

Metodología para estimar un valor de ahorro

Modelizar los distintos sectores de consumo (terciario, industrial) mediante

instalaciones representativas

Determinar las pérdidas eléctricas en esas instalaciones representativas según el

dimensionamiento de cables actual

Re-dimensionar los cables según la propuesta de optimización.

Recálculo de las pérdidas eléctricas

Extrapolar resultados a nivel europeo

1

2

3

4


Pequeña oficina

• Low voltage supply directly from the public distribution network • One level of internal power distribution • Circuits under study:

• Power outlets for various office equipment • Lighting circuit (fluorescent lamp fixtures) • Power supply to HVAC unit

Day time / Night time profile: • 50 hours of Day time load per week • Night time load on power outlets = 25% of day time (stand by consumption of various equipment + some ICT services such as file server, mail server, …) • Night time load on lighting = 25% of day time (emergency lighting + architectural accent lighting + neon signs, … ) • Night time load on HVAC = 10% of day time (limited ventilation of selected rooms)


Fase 1: Instalaciones representativas

Gran oficina

• High voltage supply from the public distribution network, privately operated power transformation • Two levels of internal power distribution:

• Main distribution towards building floors • Secondary distribution panel per floor towards consumers (individual floor is model similar to a small office)

• Circuits under study: • Power feeder to a building floor • Power outlets for various office equipment • Power outlets for ICT infrastructure & similar applications • Power supply to HVAC unit

Day time / Night time profile: • 60 hours of Day time load per week • Night time load on power outlets various equipment = 10% of day time (stand by consumption of various equipment + DECT phone chargers & similar…) • Night time load on power outlets ICT infrastructure = 25% of day time (switches, routers, fibre to desk convertors, file server, mail server, … remain online, reduced network traffic) • Night time load on HVAC = 10% of day time (limited ventilation of selected rooms)



• Low voltage supply directly from the public distribution network • Two levels of internal power distribution (general services, production area) • Circuits under study:

• Power outlets for various office equipment • Lighting circuit (fluorescent lamp fixtures) • Power feeder to the production area distribution • Small motor inverter fed • Small motor direct on line • Medium motor inverter fed • Medium motor direct on line

Day time / Night time profile: • 60 hours of Day time load per week • Night time load on power outlets = 25% of day time (stand by consumption of various equipment + some ICT services such as file server, mail server, …) • Night time load on lighting = 10% of day time (mainly emergency lighting) • Night time load on production area = 10% of day time (stand by consumption of equipment, control systems, inverters, …)



Pequeño centro logístico

• High voltage supply from the public distribution network, privately operated power transformation • Three to four levels of internal power distribution • Circuits under study:

• Power outlets for various office equipment embedded in the process area • Lighting circuit (fluorescent lamp field lighting fixtures) • Power feeder to the production area distribution panels • Medium / large inverter fed motor (e.g. pump drive) • Electrical heat tracing circuit

Day time / Night time profile: • 60 hours of Day time load per week • Night time load on power outlets embedded office equipment = 50% of day time (stand by consumption of various equipment + part of equipment running 24/7, …) • Night time load on lighting = 50% of day time (process area remains fully lit, offices & similar are dimmed) • Night time load on process related items = 80% to 100% of day time (most actions run 24/7)


Gran planta industrial


Pérdidas eléctricas calculadas circuito a

circuito

• Basándose en los perfiles de uso definidos (día / noche)


Fase 2: Resultados en la situación actual

1 sección mayor

2 secciones mayor

Óptimo económico

Óptimo emisiones


Fase 3 : recálculo con nuevas secciones de cable (circuito a circuito)

• Horizonte de cálculo: 10 años • Compromiso entre inversión adicional y ahorros en

operación (menores pérdidas eléctricas) • No siempre conduce a un sobredimensionamiento

respecto al diámetro de base

• Horizonte de cálculo: 20 años • Compromiso entre emisiones debidas al material

adicional y ahorros en operación (menores pérdidas eléctricas, menores emisiones)

Consumption level up to (MWh/year) 20 500 2000 20000 70000 150000

Electricity price (€/kWh) 0,194 0,148 0,127 0,113 0,103 0,095

Precios de la electricidad valor medio EU 2009

Fuen

te: E

nerd

ata

Small office

Large industry Large office & Logistic center


Fase 3 – Hipótesis de cálculo

• Emisiones mix eléctrico EU-2009 : 395 kg CO2 / kWh

• Emisiones en la fabricación del cobre: 2,95 kg CO2 / kg

Valor de emisión medio Mix eléctrico EU 2009

Las pérdidas pueden reducirse en un

60%...


Resultados: potencial de ahorro energético

… del 1.9% al 0,6% de energía perdida


Resultados: potencial de ahorro energético

Reducción del coste global de entre el

20% y el 40%


Resultados: minimización del coste de ciclo de vida

25

Potencial de ahorro


Fase 4 : extrapolación a nivel europeo

Potencial de ahorro anual (TWh/año) 2010 2015 2020 2025 2030

Industria 0,0 1,7 4,6 7,9 11,4

Terciario 0,0 1,5 4,1 7,0 10,2

Residencial 0,0 1,6 4,4 7,6 11,0

20 a 30 TWh/año de ahorro a horizonte 2030 ~ 1% del consumo eléctrico EU

Coste del cable Antes – Después

( €)

Extra-coste (€)

Coste de las pérdidas Antes – Después

(€)

Ahorro anual

(€/año)

Payback (años)

Ahorro en 15 años

(€)

Pequeña oficina 720 1675 955 398 112 286 3,3 3335

Gran oficina 4166 6597 2431 1014 507 507 4,8 5174

Pequeño centro logístico

2145 4354 2209 1021 365 656 3,4 7631

Gran planta industrial

72939 137154 64215 25800 9966 15834 4,1 173295


Payback de 3 a 5 años El ahorro generado resulta 2 a 3 veces superior al extra-coste de inversión

Análisis económico

Reducción del 45% al 70% de las emisiones CO2

Emisiones CO2 Antes – Después

(Ton)

Diferencia (Ton)

Reducción CO2

Small office 12 4 8 69%

Medium office 42 22 19 46%

Small logistics center 41 16 25 61%

Large industrial plant 1506 624 882 59%


Balance ambiental

29

Conclusiones

Conclusiones


• Existe un potencial de ahorro relevante en las instalaciones eléctricas de

edificios (especialmente terciarios e industriales): 1% del consumo

eléctrico europeo

• Se puede llevar a cabo un sobredimensionamiento de los conductores,

económicamente justificado, que aportaría hasta un 60% de reducción de

las pérdidas

• La sobreinversión se recupera en un plazo corto de tiempo, 3 a 5 años

GRACIAS POR SU ATENCIÓN


Madrid 24 octubre 2012 IFEMA – Auditorio Sur

Fernando Nuño [email protected]

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