Tecnologías de Ahorro de Energía Para Clientes Industriales

(1)

Tecnologías de Ahorro de Energía

Para Clientes Industriales

Hitachi, Ltd.

(2)

Línea de productos HITACHI para Ahorro de Energía y Mayor Confiabilidad

－ Aire Acondicionado － Aire Acondicionado c/VFD －Sistema de Control de Energía

⇒Ahorro de Energía p/oficina

⇒　Sistema de

Tratamiento de agua －Aire Acondicionado 　 en Paquete

Fábrica _⇒_{Aire Acondicionado}

⇒VFD VFD VFD DirectoVFD DirectoDirecto Alto Directo Alto Alto VoltajeAlto VoltajeVoltajeVoltaje

－－－－Transformador 　　　　　　　　Amorfo ⇒　Equipo de Sub Estación

－ Enfriadores Centrífugos de Alta Eficiencia

－ Enfriadores de Absorción － Compresores de Aire con VFD

－ VFD (VFD (VFD (VFD (VariadorVariadorVariador de Variador de de de FrecuenciaFrecuenciaFrecuencia)Frecuencia))) 　(para Bombas, Ventiladores, Compresores)

Casa de Máquinas ⇒Bombas, Enfriadores, Compresores

1

(3)

Variable Frequency Drive System (VFD)

(4)

¿Qué es VFD（（（Variable Frequency Drive）（））） Sistema Variador de Frecuencia?

2

-

1

Suministro Comercial de Potencia 60Hz VFD Suministro Comercial de Potencia 60Hz 2～～～60Hz～

Si un motor es operado sin un VFD, el motor gira únicamente a velocidad constante.

Motor de Inducción

La velocidad de rotación

depende de la frecuencia del suministro comercial de

potencia.

Si la carga del motor se

vuelve pesada, la velocidad se vuelve más lenta en sólo un dos o tres porciento.

Si un motor es operado con un inversor, la velocidad del motor puede ser variable.

La frecuencia de un VFD puede ser ajustada entre 2 y 60 Hz a voluntad.

Ud. Puede controlar la velocidad del motor si aplica un VFD porque la velocidad del motor

(5)

¿Por qué el VFD es efectivo para ahorrar energía?

2-

2

Suministro Comercial de Potencia Aire Compuerta de flujo de aire Aire

Compuerta de flujo de aire abierta

M

VFD

Suministro Comercial de Potencia

Si Ud. usa un ventilador grande (1) Sin VFD

(2) Con VFD

El ventilador es girado a velocidad constante

y el flujo de aire se ajusta mediante la compuerta.

El ventilador es girado a velocidad variable

y el flujo de aire se ajusta mediante la

velocidad del ventilador.

M

Venti-lador

VFD: Variable Frequency Drive (Sistema Variador de Frecuencia)

(6)

Efecto de la tecnología VFD en el ahorro de energía

2-

3

Consumo de Potencia Flujo de aire Velocidad constante

(Control por compuerta)

Velocidad Variable (Control por VFD) Ahorro

de

energía

Control por compuerta: Si Ud. Cierra la compuerta para reducir el flujo de aire, el consumo de potencia NO se reduce mucho.

Control por VFD: Si Ud. hace más lenta la velocidad del ventilador para reducir el flujo de aire, el consumo de potencia se reduce mucho. A menor velocidad de

operación del ventilador, mayor ahorro de energía.

VFD: Variable Frequency Drive (Sistema Variador de Frecuencia)

(7)

Portafolios VFD de HITACHI

1750 – 6,000 HP (12,000 max) 3500 – 12,000 HP(24,000 max) 2.3 kV

AC/AC - AFE – 3 Niveles Enfr. por aire/por agua HIVECTOL VHI-ML/MH 5 - 900 HP 460 V En línea, bus DC común HIVECTOL VSI-S Potencia Aprox. Voltaje

Nombre del Modelo

5500 – 17,000 HP(34,000 max) 4 kV

AC/AC – AFE – 3 Niveles HIVECTOL VSI-H 150 – 9000 HP (Plan - 11,500 – 35,000 HP) 3.3 – 6.6 kV AC/AC, DFE – INVERSOR CELDA HIVECTOL HVI-S/M/L 500 – 2,750 HP 400 - 690V

AC/AC – AFE – 3 Niveles HIVECTOL

VSI-M

Unidades Contenidas en Gabinetes

(Plan 60 - 535 HP) 230 – 460V AC/AC SJ700 0.5 - 535 HP 230 – 460V AC/AC SJ300 15 – 175 HP 230 – 460V AC/AC L300P 1/4 – 10 HP 230 – 460V AC/AC L200/SJ200 Unidades Modulares

2-

4

(8)

Mapa de rangos de Potencia y Voltaje de VFD de HITACHI Potencia 1 HP 5 HP 10000 HP 5000 HP 10 HP 20 HP 50 HP 100 HP 200 HP 500 HP 1000 HP 2000 HP 20000 HP 50000 HP 2 HP 0.5 HP 0.2 HP L300P HIVECTOL VSI-M HIVECTOL VHI ML/MH HIVECTOL VSI H SJ300 PRODUCTOS EN GABINETES PRODUCTOS MODULARES MEDIO VOLTAJE BAJO VOLTAJE HIVECTOL VSI S L200 SJ200 SJ700 _PLAN HIVECTOL HVI M/S/L INVERSOR CELDA HIVECTOL VHI ML/MH INVERSORES DE 3 NIVELES, USADOS PRINCIPALMENTE PARA APLICACION A MOLINOS DE LAMINACION 35,000 HP 24,000 HP 12,000 HP INVERSOR DE 3 NIVELES PLAN

2-

5

(9)

VFD Directo Alto Voltaje

VFD

VFD DirectoDirecto Alto Alto VoltajeVoltaje

La eficiencia se incrementó hasta 98%, comparada con 94% del método convencional 6kV IM Transf. de Reducción ・・・・・ VFD VFD Directo Alto Voltaje 【Línea de Productos】 6kV 10kV V o lt aj e( V ) 1,100～10,000kVA (Plan) 250～8,000kVA 製品外観ＩＭ：Motor de Inducción

2-

6

■

■ SerieSerie DHVECTOLDHVECTOL--DI/HI DI/HI

Sistema Inversor capacidad 8,000KVA para Motor de Inducción de 6,400kW

Alta

(10)

Ahorros Ahorros Ahorros

Ahorros acumuladosacumuladosacumuladosacumulados de

de de

de energenergenergíaaaaenerg

Ahorros Ahorros Ahorros Ahorros Ahorros Ahorros Ahorros

Ahorros acumuladosacumuladosacumuladosacumuladosacumuladosacumuladosacumuladosacumulados de de de de de de de

de energenergenergenergenergenergenergenergí_íaaaaaaaa Ahorro en Consumo de

Electricidad

Tiempo

1 mes Ventiladores,

Bombas, Sopladores _Motores VDF

Planta/Fábrica

Alta

Alta Alta

Alta EficienciaEficienciaEficienciaEficiencia

Alto

Alto Alto

Alto DesempeDesempeDesempeDesempeñoooo

Arreglo

ArregloArreglo

Arreglo CompactoCompactoCompactoCompacto

Alta Alta Alta Alta Alta Alta Alta

Alta EficienciaEficienciaEficienciaEficienciaEficienciaEficienciaEficienciaEficiencia Alto Alto Alto Alto Alto Alto Alto

Alto DesempeDesempeDesempeDesempeDesempeDesempeDesempeDesempeñ_ñoooooooo Arreglo Arreglo Arreglo Arreglo Arreglo ArregloArreglo

Arreglo CompactoCompactoCompactoCompactoCompactoCompactoCompactoCompacto

Caracter CaracterCaracter

Característicassticassticassticas

Caracter CaracterCaracter Caracter Caracter

CaracterCaracter

Caracter_í_ísticassticassticassticassticassticassticassticas

Velocidad Velocidad Velocidad

Velocidad RotacionalRotacionalRotacionalRotacional Consumo de Energía Ahorro de Energía Menor Ahorro de Energía Mayor Ahorro De Energía

Ahorro de Energía por VFD de Alto Voltaje

M MM

Mássss del 20% de del 20% de del 20% de del 20% de ahorro

ahorro ahorro

ahorro de de de de energenergenergenergíaaaa enenenen promedio

promedio promedio

promedio eseseses esperadoesperadoesperadoesperado con

con con

con tecnologtecnologtecnologíaaaa VFDtecnolog VFDVFDVFD

M MM M M MM

M_á_ássssssss del 20% de del 20% de del 20% de del 20% de del 20% de del 20% de del 20% de del 20% de

ahorro ahorro ahorro ahorro ahorro ahorro ahorro

ahorro de de de de de de de de energenergenergenergenergenergenergenerg_í_íaaaaaaaa enenenenenenenen

promedio promedio promedio promedio promedio promedio promedio

promedio eseseseseseseses esperadoesperadoesperadoesperadoesperadoesperadoesperadoesperado

con con con con con con con

con tecnologtecnologtecnologtecnologtecnologtecnologtecnologtecnolog_í_íaaaaaaaa VFDVFDVFDVFDVFDVFDVFDVFD

(11)

0.44 0.49 0.59 0.69 0.83 100 106% MPa

Capacidad de Descarga de Aire (Q)

Pr esi ó n de Ope ra ci ó n (P) Ejemplo) 37kW Mayor Presión Menor

Menor PresiPresióónn

Capacidad Incrementada de Aire El rango expandido de operación con Vplus

A baja carga, se incrementa la máxima capacidad de aire. También se ajusta para mayor presión mediante el

decremento de la máxima capacidad de aire.

De acuerdo con la presión predeterminada, la máxima velocidad rotatoria se ajusta automáticamente.

El rango de operación del tipo convencional V

VFD de Bajo Voltaje

para Compresor tipo Tornillo

(12)

0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 0.59MPa 0.44MPa 0.69MPa 0.83MPa

Control Descarga Típica (0.69MPa)

Descarga Típica + Control de Purga (0.69MPa)

Ahorro de Potencia 40% Capacidad de Aire Incrementada 106 En el rango entre 0.83-0.44MPa, la capacidad de aire se incrementa y el efecto de ahorro de energía es máximo. L a t a sa de co ns u m o d e po tenc ia (% )

La tasa de consumo de aire (%) 37kW

Ahorro de Energía por VFD de Bajo Voltaje para Compresor

(13)

Compresor tipo Tornillo 37kW

Consumo de aire promedio: 3.8m3/min Horas de Operación: 6,000 Horas/Año

Ahorro de Energía :

Ahorro en consumo de Electricidad - 34%

-73,200kWh/Year

Ahorro en costo de Electricidad -109,800Pesos/Año

(1.5Pesos/kWh)

Ahorro de Energía por VFD de Bajo Voltaje para Compresor

Efecto en Ahorro de Energía Parámetros

2-

10

Consumo Consumo Consumo Consumo Promedio Promedio Promedio Promedio de de de de Electricidad Electricidad Electricidad Electricidad Efecto en Ahorro de Energía

３３３３5.5.5.６5.６６６ＫＷＫＷＫＷＫＷ 23.4 23.423.4 23.4ＫＷＫＷＫＷＫＷ

(14)

(15)

Transformadores amorfos HITACHI son

utilizados en una de las instalaciones de la

Cumbre de TOYAKO en 2008.

T

TT

Tópicos

picos

picos HITACHI AMT (

HITACHI AMT (

HITACHI AMT (inicial

inicial

inicial)

))

)

(16)

¿Qué es Amorfo?

1. Pérdidas Reducidas por Corrientes Eddy (parásitas):

El grosor del listón se reduce a 1/10 del de acero al silicio. [Acero al silicio:0.23mm, Aleación amorfa:0.025mm]

Mayor resistencia eléctrica, casi 3 veces más alta que el acero al silicio. [Acero al silicio:50 micro ohm-cm, Aleación amorfa:130 micro ohm-cm ]

2.Pérdidas Reducidas por Histéresis:

Fácil reversión de la magnetización debido a la estructura no cristalina.

Cristalina Amorfa [No cristalina]

Arreglo desordenado de átomos, aleación no cristalina.

Se producen listones muy delgados mediante el enfriamiento rápido de materiales fundidos (Fierro, Silicio, Boro).

¿Qué es Amorfo?

(17)

Parte donde surge la pérdida Bobina Núcleo Pérdidas Pérdida por carga Pérdida sin carga Características La magnitud de la pérdida depende de la carga Surge constantemente sin importar la carga

¿Cómo reducir las pérdidas?

Optimización del tamaño del núcleo

Núcleo Amorfo Causa de las Pérdidas Resistencia Eléctrica Cambios en el campo magnético Núcleo (Amorfo) Bobina Tanque

Terminal Primaria Terminal Secundaria

Características del Transformador;

Requerimiento de alta confiabilidad, vida larga

Ahorro de energía en el largo plazo

Ventajas del Transformador Amorfo

(18)

Rango Rango Rango

Rango de de de Productosde ProductosProductosProductos–

Transformadores

TransformadoresTransformadores

Transformadores de de de Distribucide DistribuciDistribuciDistribuciónnnn

Productos 3.3，，，，6.6 0.2，，，，0.4 10～～～～5,000 10～～～～100 12～～～～36 0.2～～～～12 10～～～～5,000 Transformadores Tipo seco (Clase-H)

Tipo ventilado para uso general Tipo ventilado para

Distribución en edificios Transformadores

Tipo moldeado

Tipo moldeado vacíado en resina Tipo Moldeado

Transformadores Inmersos

en aceite Tipo montado en pedestal

Tipo montado en poste 6.6 0.4～～～～36 5～～～～100 10～～～～3,000 Una o Tres

Fases Voltaje (kV) Capacidad(kVA) SiT : Todo el rango / AMT: Todo el rango excepto Tipo

montado en pedestal

(19)

Caso

CasoCaso

Caso de de de de estudioestudioestudio 1.estudio 1.1.1.

Compa

CompaCompa

Compañíaaaa utilitariautilitariautilitaria Japonesautilitaria JaponesaJaponesaJaponesa (1)(1)(1)(1)

・・・

・Tasa de emisión de CO₂:　　　　0.391kg -CO₂/kWh ・

・・

・Costo de emisión de CO₂:　　　　30 US$/ton ・

・・

・Costo de Generación :　　　8 cent/kWh　・

・・

・Número de Transformadores:　　　_{2.3M Unidades} ・・・・Pérdidas de T & D : 　　　_15,900GWh ・・・

・Capacidad : 　　　_{Capacidad promedio} _30kVA ・

・・

・Especificación :　　　_{SiT Wi=60W Wc=305W} 　　　　 _{AMT Wi=19W Wc=305W} Condición T: Transmission, D: Distribution T: Transmission, D: Distribution

•Ejemplo de cálculo para la magnitud total de generación de la compañía utilitaria Japonesa T.

(20)

748 748748 748 765765765765 581 581581 581 0 00 0 200 200 200 200 400 400 400 400 600 600 600 600 800 800 800 800 1000 10001000 1000 C O 2 E m is si o n C O 2 E m is si o n C O 2 E m is si o n C O 2 E m is si o n A m o u n t A m o u n t A m o u n t A m o u n t(((( kkkk ｔｔｔｔ//// YYYY )))) Before Before Before Before change changechange change SiT Only SiT OnlySiT Only

SiT Only AMT OnlyAMT OnlyAMT OnlyAMT Only

[CO2 Decrease] [CO2 Decrease][CO2 Decrease] [CO2 Decrease] Reducción de CO2 184,000ton/año → → → →Equivalente a 5.5MUS$ de derechos de emisión de CO2 19.6 19.619.6 19.6 20.120.120.120.1 15.3 15.3 15.3 15.3 0 00 0 5 55 5 10 10 10 10 15 15 15 15 20 20 20 20 25 25 25 25 T o ta l T o ta l T o ta l T o ta l L o s( 1 0 0 G W h / Y ) L o s( 1 0 0 G W h / Y ) L o s( 1 0 0 G W h / Y ) L o s( 1 0 0 G W h / Y ) Before Before Before Before change change change change SiT only SiT only SiT only

SiT only AMT OnlyAMT OnlyAMT OnlyAMT Only

[Loss Decrease] [Loss Decrease] [Loss Decrease]

[Loss Decrease] Reducción de Pérdidas_4.8TWh/año

→ → →

→3% del Total de pérdidas de T&D

(Costo de Generación－－－－ 38.4MUS$)

Caso CasoCaso

Caso de de de de estudioestudioestudio 1.estudio 1.1.1. Compa

CompaCompa

Compañíaaaa utilitariautilitariautilitaria Japonesautilitaria JaponesaJaponesaJaponesa (2)(2)(2)(2)

(21)

3 .7

77

7 Linea de

Linea de

Linea de Transformadores

Linea de

Transformadores

Transformadores Hitachi (IT)

Transformadores

Hitachi (IT)

Tipo inmerso en aceite

Tipo inmerso en aceite Tipo moldeado_{Tipo moldeado}

Especificaciones(Tipo estándar) Voltaje 6.6～～～～36kV / 200～～～～400V Capacidad 10~3,000kVA

Frequencia 50,60Hz Fases Una，，，，Tres

Especificaciones(Tipo estándar) Voltaje 6.6～～～～36kV / 200～～～～400V Capacidad 10~5,000kVA

Frequencia 50,60Hz Fases Una，，，Tres， Tipo Tipo núcleo acero al silicio

Tipo núcleo amorfo

Tipo Tipo núcleo acero al silicio Tipo núcleo amorfo

(22)

3

33

3 .8

.8

Tipo

Tipo moldeado

Tipo

moldeado

Especificaci

Especificación(1)

Especificaci

n(1)

AMT SiT 800 (105) 700 (100) Y Dimensión (mm) Item 2261 (62) 3640 (100) Pérdidas Totales al 50 ％％％％ de carga (W) 7485 (78) 9550 (100) Pérdidas Totales 6965 (88) 7880 (100) Pérdida por carga 520 (31) 1670 (100) Pérdida sin carga Pérdidas al 100 % de carga (W) 3370 (120) 2400 (100) Masa (kg) 1570 (100) 1490 (100) Z 1480 (109) 1380 (100) X

Tipo moldeado 3f 1000kVA 6kV/210V 60Hz

X Y

(23)

99.0 99.0 99.0 99.0 99.2 99.2 99.2 99.2 99.4 99.4 99.4 99.4 99.6 99.6 99.6 99.6 99.8 99.8 99.8 99.8 100.0 100.0100.0 100.0 0 00 0 10101010 20202020 30303030 40404040 50505050 60606060 70707070 80808080 90909090 100100100100 Load Factor (%) Load Factor (%) Load Factor (%) Load Factor (%) E ff ic ie n c y (% ) E ff ic ie n c y (% ) E ff ic ie n c y (% ) E ff ic ie n c y (% ) AMT AMT AMT AMT SiT SiT SiT SiT

3

33

3 .9

.9

Tipo

Tipo moldeado

Tipo

moldeado

Especificaci

Especificaciónnnn (2)

Especificaci

(2)

Tipo moldeado 3f 1000kVA 6kV/210V 60Hz

Norma DOE Eficiencia 99.03%

(24)

3

33

3 .10

.10

Tipo

Tipo moldeado

moldeado

Especificaci

_{Especificaciónnnn (3)}

(3)

Tipo moldeado 3f 1000kVA 6kV/210V 50Hz (Factor de carga=50%)

1,670 1,6701,670 1,670 520 520520 520 1,970 1,9701,970 1,970 1,741 1,7411,741 1,741 32 3232

32MWMWMWｈMWｈｈｈ////ｙｙｙｙearearearear

20 2020

20MWMWMWｈMWｈｈｈ////ｙｙｙｙearearearear 11

11 11

11....0000ｔｔｔｔ////yearyearyearyear 17

1717

17....7777ｔｔｔｔ////yearyearyearyear

0 00 0 1,000 1,000 1,000 1,000 2,000 2,000 2,000 2,000 3,000 3,000 3,000 3,000 4,000 4,000 4,000 4,000 5,000 5,000 5,000 5,000 SiT SiT SiT

SiT AMTAMTAMTAMT

L o s s ( W ) L o s s ( W ) L o s s ( W ) L o s s ( W ) Load Load Load

Load ｌｌｌｌossossoss((((Woss WW))))W No load

No load No load

No load ｌｌｌｌossossoss((((Woss WWW)))) Electrical energy Electrical energy Electrical energy Electrical energy CO2 EmissionCO2 EmissionCO2 EmissionCO2 Emission

( ( (

(rateraterate：rate：：：0000....555555555555kgkg/kgkg///ｋｋｋ WhｋWhWhWh))))

Reducción de EmisiEmisiEmisiEmisiónnnn de

de de

de _CO2 - 38%

(25)

(Factor de Carga 50%) SiT (25 años de uso) 6,910(USD/año) 2,250(USD/año) AMT Hitachi

Costo de Electricidad : USD 10 cent/kWh　　　　Tasa de emisión de CO2 :0.555kg-CO2/kWh Caso

Caso Caso

Caso de de de de estudioestudioestudio 2. estudio 2. 2. 2.

Comparaci Comparaci Comparaci

Comparaciónnnn de de de de CostosCostosCostos de Costos de de de EnergEnergEnergíaaaaEnerg

20 0 0 10,000 9,000 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 40 60 80 80 70 60 40 30 20 10 50 Factor de Carga (%) 90

SiT 25 años de uso

C o s to A n u a l d e E le c tr ic id a d( U S D /A ñ o ) M a g n it u d A n u a l d e E le c tr ic id a d ( M W h /a ñ o ) AMT Hitachi AHORROS : Costo 4660 (USD/año) Energía 40.3 (MWh/año)

Emisión de CO2 22.3 (t/año)

(26)

Caso Caso Caso

Caso de de de de estudioestudioestudioestudio 3 3 3 3

F FF

Fábicabicabicabica NakajoNakajoNakajoNakajo de Hitachi (de Hitachi (de Hitachi (de Hitachi (casocasocasocaso real)real)real)real)

【【【

【Punto】】】】１１１１．．．．Examinar la carga de corriente y reducir las pérdidas de electricidad y el costo correspondiente.

２２２

２．．．Cambiando a Super AMT y revisando la cantidad de ．

transformadores, Nakajo minimizó sus pérdidas de electricidad.

¡ El Super AMT ahorró una gran cantidad de Energía !

0 00 0 10 1010 10 20 2020 20 30 3030 30 40 4040 40 50 5050 50 60 6060 60 70 7070 70 P é rd id a s d e E le c tr ic id a d (MW h /m e s ) Antes Después 45.3 15.8 15.6 3.6 19.2 61.1 Pérdidas sin carga Pérdidas por carga 　　 Nakajo ahorra 50,000US$/año Nakajo ahorra 50,000US$/año Núcleo Amorfo

3-

12

(27)

HITACHI obtuvo de la UNFCCC la aprobación

para la Metodología de Proyecto MDL utilizando

Tecnología de Transformador Amorfo

Aprobación No. : AM0067 (Marzo 2008)

Nombre de la Metodología:

“

Metodología para la instalción de

transformadores eficientes energéticamente en

una red de distribución de electricidad

”

URL:

http://http://http://cdm.unfccc.int/methodologies/PAmethodologies/approved.htmhttp:// l

Esta Metodología es aplicable en Mexico

UNFCCC: Convención Marco de las N. U. sobre Cambio Climático

T

TT

Tópicos

picos

picos HITACHI AMT (final)

HITACHI AMT (final)

(28)