Pronóstico de Carga – Ingeniería electromecánica

2. Justificación.
3. Objetivos.
4. Caracterización del área en que participo.
5. Problemas a resolver.
6. Alcances y limitaciones.
7. Fundamentos teóricos.
8. Procedimiento y descripción de las actividades desarrolladas.
9. Resultados, planos, graficas; prototipos y programas.
10. Conclusiones y recomendaciones.
11. Referencias bibliográficas

INTRODUCCION.

La importancia que tuvo la realización de un proyecto como este fue la de satisfacer en todo caso una de las muchas necesidades que se tiene en esta sociedad cambiante, por lo que la realización del mismo va encausado a cumplir con estas necesidades.

Una de las justificaciones mas importantes que se pudieron encontrar para la realización de este proyecto fue la de encontrar los puntos en donde se encuentran las colonotas o fraccionamientos con mayor demanda, ya sea tanto, urbanística como eléctricamente, esto con la finalidad da conocer en que parte de nuestra ciudad se encuentran la mayor demanda de energía eléctrica.

Datos de esta magnitud nos ayudaron a tener conciencia del comportamiento que se esta dando en base a la demanda energía que se esta teniendo en cada uno de los circuitos y por lo tanto en cada una de las subestaciones, esto es para evitar una sobrecarga en el sistema.

Los objetivos que se alcanzaron en resumidas cuentas son los siguientes:

• Se determino el impacto del crecimiento de los usuarios y de la carga sobre las subestaciones existentes.
• Se identifico la ubicación y la fecha de puesta en servicio de los requerimientos de capacidad futuros.
• Se analizo el impacto de esta revisión de los criterios de planeación sobre el plan de expansión.
• Se optimizo la red de distribución futura.

El área en la que se participo fue en departamento de Proyectos y Construcción el cual esta encargado de atender el desarrollo del Sistema Eléctrico de la División Noroeste. Brindando la función de atender de principio a fin las solicitudes de suministro y el servicio a clientes, también de entregarla infraestructura requerida por las unidades de distribución con el propósito de que cumplan con las demandas de la población

La problemática que se tuvo que resolver además del problema de demanda eléctrica y urbana, fue la de conocer los puntos de desarrollo que se están dando en la cuidad, tanto residenciales como comerciales o industriales, esto quiere decir que se investigo el horizonte de crecimiento que se esta dando en la ciudad.

Además de los polos urbanos fue necesaria la realización de una base de datos que nos ayudara a entender el comportamiento del sistema para poder realizar el estudio del pronóstico de carga.

Como todo proyecto tiene sus alcances y limitaciones este también tuvo algunos, como lo fue la investigación del numero de usuarios por colonia, además la cantidad de carga que estos consumían, puesto que eran datos que no se tenían el esta empresa, entre otros que serán explicados mas adelante.

Los fundamentos teóricos fueron de gran ayuda también, pues fueron estos los que nos proporcionaron la información necesaria como lo fue la descripción del estudio además de la recolección y el análisis de los datos, la calibración, pronostico espacial de la carga, además de presentar las características del área de estudio, las clases de uso de suelos, estos muy importantes pues nos permitieron conocer como se encuentra distribuido las clases comerciales, residenciales e industriales en la ciudad.

Otro tema que también incluye es una pequeña explicación del programa foresite que es el programa que en el que se van a implementar los datos que se han recopilado, el cual nos proporciona información para hacer una predicción del uso de suelo, para tener conocimiento de en que parte se puede poner ya sea una zona residencial, con sus respectivas escuelas o centros comerciales, un entre otros temas.

En el procedimiento y descripción de las actividades desarrolladas se explico la forma en que se realizo el proyecto desde el primer día, o sea siguiendo el orden cronológico de cómo se fueron obteniendo los resultados además de los lugares y las personas que nos fueron proporcionando la información faltante.

Además de métodos utilizados para la obtención de los datos faltantes así como sus formulas y una pequeña explicación de cómo es que se realiza o se implementa el método, para que quede lo mejor entendido.

En los resultados se presentan diferentes tablas con la información recopilada y organizada que muestra la información necesaria para el programa foresite, esta información va desde tablas que muestran la cantidad de superficie (área) que tiene cada uno de los tipos de uso de suelo.

Otro punto mas que muestran estas tablas es la densidad de carga y la densidad de ocupación también de cada uno de los tipos de uso de suelo, el comportamiento que se esta dando en las subestaciones con un registro histórico además de otro registro pronosticado.

Todo lo explicado anteriormente toma en cuenta la cantidad de ocupación que se tiene por tipo de uso de suelo pero además muestra la influencia o cantidad de ocupación que se tiene en cada una de las subestaciones, esto es para la influencia de superficie, también se tiene la densidad de carga y de ocupación por influencia en cada subestación.

También se tienen tablas del uso predominante en las colonias, esta tabla se realizo por que se tiene que tomar en cuenta que una colonia puede no solo pertenecer a un tipo de uso de suelo entonces para tener una información mas rápida se tomo como el tipo de suelo la mayor cantidad que se tenia en cada una de las colonias.

También unas graficas del pronóstico de crecimiento que se espera se presente en años futuros en cada uno los diferentes aspectos socioeconómicos, también muestra una pequeña información de los datos que maneja la tabla y las formulas para saber de donde provienen cada uno de los datos.

En las conclusiones se explica cada uno de los resultados que se fueron obteniendo además de dar una breve explicación de recomendaciones que se deben de tomar en cuenta, para los tiempos futuros, esto es para tener un resultado mas aproximado a la realidad y para tener este resultado la base de datos se tiene que estar actualizando sino es constantemente cada cierto tiempo, pues ya se sabe que tanto la demanda eléctrica como urbana se esta dando de manera continua en la ciudad, puesto que se encuentra en un estado de crecimiento muy rápido.

Para finalizar este apartado se hace el comentario de que no muchas personas tiene el conocimiento del peso que tiene este proyecto para el beneficio de nosotros mismos, pues al estar realizando practicas de prevención, nos ayuda a tener un sistema mas confiable con menos interrupciones lo cual beneficia en el cumplimiento de los diferentes objetivos que tiene esta empresa.

1.- JUSTIFICACION.

Si las capacidades y los límites del área de servicio de las subestaciones existentes permanecen sin cambio y las actuales tendencias de crecimiento continúan a lo largo del período del pronóstico, puede ser que las subestaciones existentes queden sobrecargadas pues esto se debe a la construcción de nuevos fraccionamientos y centros comerciales o industriales.

Las capacidades de las subestaciones están en este momento funcionando de manera cordial pero en un futuro muy próximo de sobrecargar los transformadores de potencia hasta el 100% de su capacidad y o de sobrepasar sus capacidades se vendría un problema muy serio.

Es por eso que este proyecto beneficio notablemente primero al departamento de proyectos y construcción de CFE orientándolo a tomar la mejor decisión posible y dar así un mejor servicio a sus clientes, en segundo a nosotros mismos pues fue una introducción al mundo laboral, este proyecto nos permitió informarnos de cómo se mueve el mundo laboral.

También con este proyecto nosotros pudimos desarrollar nuestra profesión poniendo en práctica los conocimientos adquiridos a lo largo de nuestra carrera y por que no también se buscara obtener mayores conocimientos.

Ya que en la vida nunca se deja de aprender y conseguimos adquirir un poco de experiencia laboral de cómo se desenvuelven las personas en este tipo de empresa tan importante como es CFE siendo de gran ayuda para nosotros y nos beneficio notablemente en nuestro desarrollo como personas y futuros profesionistas.

2.- OBJETIVOS.

Los objetivos específicos del estudio fueron:

1. Se determino el impacto del crecimiento de los usuarios y de la carga sobre las subestaciones existentes.
2. Se identifico la ubicación y la fecha de puesta en servicio de los requerimientos de capacidad futuros.
3. Se analizo el impacto de esta revisión de los criterios de planeación sobre el plan de expansión.
4. Se optimizo la red de distribución futura.

Cada uno de los objetivos ya mencionados anteriormente fueron esenciales para la realización del proyecto puesto que para saber como se esta comportando el sistema primeramente se tiene que tener conciencia de cual es la forma en la que se esta comportando el sistema.

Y para poder llegar a este resultado por eso en primera instancia se determino el impacto de crecimiento de los usuarios y de la carga sobre las subestaciones existentes, este dato es para saber o tener una pequeña idea de cómo se va a comportar el sistema en el futuro.

Para la identificación de la puesta en marcha de los requerimientos de capacidad futuros se tuvieron que identificar las zonas que presentan ya sea una aproximación a la sobrecarga en los circuitos, para poder tener una acción preventiva y no correctiva.

Para la optimización de la red se tuvo que cumplir los primeros puntos pues es en base a estos datos como se va a tomar la acción de corrección o prevención para así poder optimizar la red de la manera más correcta o conveniente, o sea buscando el beneficio de los usuarios y de la empresa misma.

3.- CARACTERIZACION DEL AREA EN QUE PARTICIPO.

3.1.- Descripción de la empresa

Denominación o razón social:

Comisión federal de electricidad (CFE)

Domicilio:

Cuauhtémoc y Guillermo prieto

Los Mochis Sinaloa México.

Giro o actividad:

Pública y de servicios

Información general (misión, visión, objetivos):

Misión; Contribuir al Bienestar y Progreso de México satisfaciendo la necesidad de energía eléctrica, a través de una organización eficiente, orientada al cliente y flexible al cambio; autosuficiente para seguir creciendo y mejorar la calidad de vida y el desarrollo de nuestro equipo humano

Visión; Para el año 2005 seremos y consolidaremos una empresa de Clase Mundial en el suministro y servicio de energía eléctrica, integrada con un equipo humano en constante desarrollo y con resultados económicos suficientes para asegurar su crecimiento.

3.2.- Objetivos de la Empresa

2. Tiempo de interrupción por usuario (TIU).
3. Inconformidades por cada mil usuarios (IMU).
4. Tiempo promedio de conexión (TPC).
5. Compromisos de servicio (CS).
6. Evaluación del cliente externo.
7. Frecuencia (F).
8. Capacitación en el puesto.

3.3.- Organigrama de la Empresa

3.4.- Descripción de las principales funciones

Departamento de Planeacion, Proyectos y Construcción

-Construcción y Supervisión de Obras

-Conexión de Servicios Nuevos

–Mantenimiento de Líneas y Redes de Distribución

–Comercialización de la Energía Eléctrica

3.5.- Croquis de localización de la empresa

3.6.- Lugar de realización de la residencia

La realización de la residencia se desarrollo en la oficina de proyectos y construcción dentro de las instalaciones de CFE.

El departamento de Planeación y Construcción se creo con el fin de atender el desarrollo del Sistema Eléctrico de la División Noroeste. Esta experiencia de 26 años se traduce en la excelente calidad, durabilidad y funcionalidad de las obras realizadas.

Se ha adquirido una basta experiencia en el diseño y desarrollo de infraestructura eléctrica; para lo cual se cuenta con personal altamente calificado en las áreas civil y eléctrica para ofrecer un servicio integral y de calidad de acuerdo a las necesidades del cliente.

La función que desarrolla este departamento es la de una organización inteligente enfocada hacia el cliente, con equipos de trabajo agrupados alrededor de un proceso, que atienda de principio a fin las solicitudes de suministro y servicio a clientes, con criterios de microempresa, en constante desarrollo, y con resultados económicos suficientes para asegurar su crecimiento.

La coordinación de Proyectos y Construcción apoya al cumplimiento de la misión de la empresa atendiendo de forma eficiente y con la debida oportunidad la entrega de la infraestructura requerida por las unidades de distribución con el fin de que estas cubran las demandas de la población.

4.- PROBLEMAS A RESOLVER.

En la actualidad la energía eléctrica es de vital importancia en nuestras vidas todo país necesita de este recurso para desarrollar su economía, las fabricas comercios y hogares son la base de la estructura económica de un país.

En la ciudad de los Mochis Sinaloa al igual que otras ciudades se encuentran en constante desarrollo creciendo día con día en cuanto industrias hogares y comercios, estos elementos son los que consumen toda la energía eléctrica producida tanto en Los Mochis como en cualquier localidad.

A pesar que la compañía suministradora de energía eléctrica como lo es CFE ha colocado subestaciones estratégicamente y adecuadamente las cuales cumplen con la función de alimentar todas las cargas existentes con energía de calidad tarde o temprano la carga sobrepasara la capacidad de dichas subestaciones y no podrá suministrar las cargas que se presenten a futuro conforme crece la ciudad.

Si esto no se toma en consideración puede que en determinado momento se colapse el sistema de distribución de la ciudad debido a la incapacidad de suministro no pudiendo ser alimentadas dichas cargas con energía de calidad, claro de la ciudad de los Mochis.

Ya que el sistema de distribución esta en red nacional y puede suplir la energía que necesita una carga de las subestaciones de otras localidades, pero solo cuando es necesario se hace este procedimiento siendo una solución temporal. Esta la consecuencia de no tomar en cuenta el crecimiento de las cargas de la ciudad.

De esta forma se tiene que atacar el problema haciendo un pronóstico de carga en base a un estudio detallado según el comportamiento de cada tipo de carga clasificadas en residenciales comerciales e industriales.

Para poder hacerlo se tiene que tomar lecturas de las subestaciones en la ciudad y poder determinar los Megawatts de consumo que se entregan actualmente según los sectores que alimentan cada una de ellas y así solamente poder hacer una comparación de cuanto consume cada tipo de carga.

Y así poder estimar el consumo que se debe suministrar en un futuro por lo general a 10 años según las cargas que se pueden generar y en que sector de la ciudad proporcionando la información necesaria que permitirá a la empresa la toma de decisión si es factible la creación de nuevas subestaciones y en donde seria la colocación dentro de la ciudad.

5.- ALCANCES Y LIMITACIONES.

5.1.- Alcance del trabajo

Las principales tareas involucradas en el proceso de la planeación de los recursos para la expansión del sistema de T y D incluyeron:

• Se conjuntaron los datos pertinentes de los usuarios y del sistema para el análisis a ser realizado.

• Se desarrollo una base de datos espacial.
• Se Calibro la base de datos conforme al número de usuarios del año base.
• Se Calibro la base de datos conforme a la demanda pico del año base.
• Se Pronostico el año, ubicación, y tipo del crecimiento.

5.2.- Recolección y análisis de los datos

Para la recolección de los datos lo primero que se hizo fue la de comenzar a buscar la información de conseguir la zonificación del uso del suelo este documento nos ayudo a la clasificación de las colonias a partir del uso de suelo que tienen.

Para la recolección de datos se utilizo el método del cronometro el cual consiste en contar las vueltas que da el disco del medidor con relación al tiempo que este tarda en dar una vuelta, esto se hizo en los sectores de la ciudad que presentaban mayor demanda para realizar las mediciones.

Asimismo, durante la etapa de recolección y análisis de los datos se recabó y analizó el historial del número de usuarios, de las ventas y de la demanda máxima anual de las subestaciones; con el propósito de obtener las tasas de crecimiento del número de usuarios, de sus consumos y de la demanda máxima anual del sistema.

Para el escenario base se establecieron los factores de control y de influencia en el pronóstico. Se creó la base de datos usando los mapas resultantes de la zonificación del uso de suelo, una imagen de satélite como referencia, las curvas de carga y las densidades de ocupación y de carga para cada clase del uso de suelo, y las curvas de carga diaria y demandas máximas de las subestaciones.

5.3.- Calibración de la base de datos

El equipo de trabajo produjo para el área de estudio una base de datos espacial calibrada conforme al uso de suelo, el número de usuarios y la carga. Conjuntamente con la ubicación geográfica espacial de los usuarios dentro del territorio atendido, se incorporaron las demandas coincidentes de las subestaciones, la información resultante de la investigación de la carga de los usuarios, y los datos de la carga del sistema para la demanda pico.

Esta información se calibró para las áreas de servicio de cada subestación para el programa FORESITE, esta base de datos distribuyó los usuarios en 10 clases distintas mediante celdas geográficas de 100 metros por lado (una hectárea), cada una con su correspondiente demanda pico, curva de carga diaria, densidad de ocupación (usuarios por celda) y densidad de carga (KVA por celda).

Si bien la base de datos calibrada es un primer paso esencial para el plan de expansión del sistema de T y D y sirve como base para la obtención del pronóstico del estudio, por sí misma no provee toda la información necesaria para determinar los requerimientos futuros del sistema.

Para cada una de las clases de usuarios que se usaran en el FORESITE, en la Tabla 1.1 se muestra un resumen del inventario del uso de suelo para el año base, y de las densidades de ocupación y de carga resultantes del proceso de calibración para el área atendida de la ciudad de Los Mochis, Sinaloa.

5.4.- Pronóstico espacial de la Carga

Para obtener el plan de la expansión del sistema de T y D, debe realizarse un pronóstico de la carga del sistema, los resultados obtenidos de este pronóstico proporcionan la información necesaria para continuar con el desarrollo de un plan de expansión del sistema de T y D al nivel de subestación. Para pronosticar la ubicación, la fecha de puesta en servicio y los tipos del crecimiento de la carga que probablemente ocurrirán en el sistema, el equipo de trabajo ejecutó las siguientes tareas:

• Pronóstico Base.

Durante esta etapa, el equipo de trabajo usara el FORESITE para obtener un pronóstico del uso de suelo y del crecimiento subsecuente de la carga; el cual se basara en las directrices de crecimiento establecidas en el Documento Base del Plan Estratégico de Ordenamiento Territorial y Urbano del municipio de Los Mochis y en el conocimiento por parte del personal de la Zona Mochis participante en el estudio, sobre las preferencias que influyen en el crecimiento, la identificación de los polos de desarrollo, la ponderación de su influencia y de otros factores relacionados con las vías de comunicación actuales y futuras.

• Escenarios de Pronóstico Alternos.

Aun con las mejores herramientas, el conocimiento del área atendida y las técnicas de recolección de datos, cualquier pronóstico contiene cierta incertidumbre. Por lo tanto, es necesario mirar hacia otros escenarios de crecimiento posibles, para tomar en cuenta el hecho de que hay muchos factores más allá del control del planificador que pueden incidir sobre el pronóstico de la carga.

El presente estudio sólo comprende el análisis del escenario base, el cual fue desarrollado conforme a las directrices de crecimiento establecidas en el Documento Base del Plan Estratégico de Ordenamiento Territorial y Urbano del municipio de Los Mochis; no habiéndose analizado otros escenarios alternos, debido a la ausencia de indicadores que justificaran otros patrones de crecimiento

5.5.- Impacto en las Subestaciones

En la Tabla 1.2 se muestra un resumen de la demanda eléctrica proyectada del año 2014 para cada subestación. Esta información es esencial para determinar la capacidad y la ubicación de las nuevas subestaciones requeridas.

Tabla 1.2. Demanda Eléctrica Proyectada del Año 2014 para cada Subestación

5.6.- Limitaciones del trabajo

El estudio comprendió las siguientes actividades realizadas:

1. Levantamiento de la información eléctrica, urbana y económica.
2. Desarrollo de una base de datos espacial.
3. Clasificación del uso de suelo.
4. Calibración del modelo tanto en número de usuarios como demanda.
5. Pronostico del año, ubicación, y tipo del crecimiento.
6. Análisis de los resultados.

Los alcances y limitaciones que se presentaron a lo largo de nuestra residencia fueron:

• Investigación de planos que nos mostraran ya sea las vías fluviales de los Mochis.
• La distribución del número de habitantes por colonia.
• La carga que se tiene por cada una de las colonias.

La investigación de los planos que muestran las vías fluviales de esta ciudad, se obtuvieron en el Palacio Municipal de esta ciudad, los cuales fueron proporcionados por la oficina de planeación y desarrollo, por el arquitecto Ernesto Álvarez.

Este documento fue encontrado en Autocad el cual nos muestra el número de canales y drenes además de la longitud que estos tienen, su superficie y el cuadrante o por que área de subestación pasan. La distribución del numero de habitantes por colonia fue investigado y obtenido en esta empresa (CFE), nos fue proporcionada por el departamento de facturación y cobranzas, por el C. Omar Ulibarria. Esta información consistió en que nos proporciono un documento que nos mostraba el numero de habitantes por ciclo que se tienen en la ciudad (Un ciclo es un pequeño sector de la ciudad en la cual se hacen mediciones o se toman lecturas).

Cada ciclo se compone de varias colonias y estas a su vez nos muestra el número de medidores que tiene cada una de las colonias, es así como se saco el número de habitantes por colonia que se tiene en la ciudad.

Para sacar la carga por colonia se realizo por dos métodos, puesto que se quería sacar la cantidad de potencia que se esta consumiendo por colonia, por locales o centros comerciales.

La primer forma en que se saco fue la de sumar la carga total que se tiene en los transformadores que se encuentran en el rango de superficie por colonia, entonces nos dio una carga total pero este método nos muestra solamente la carga que se tiene por colonia entregando el 100% de su capacidad.

El método anterior fue realizado también por medio del programa Autocad el cual contiene otra etiqueta instalada en el mismo que nos muestra el mapa la ciudad, además de las líneas principales, en nuestro caso el número de transformadores, postes, enlaces, etc. Este programa es proporcionado desde la ciudad de Hermosillo, Sonora.

6.- FUNDAMENTOS TEORICOS.

6.1.- Descripción del estudio

Este proyecto surgió por medio del departamento de Proyectos y Construcción de la Comisión Nacional de Electricidad de la Zona Mochis, de la División de Distribución Noroeste. Se efectuó el estudio de planeación a largo plazo y de la planeación de la expansión de las subestaciones para la ciudad de Los Mochis Sinaloa.

Este estudio involucró la creación de una base de datos espacial del área de estudio, desarrollando un pronóstico base del crecimiento de la carga, un plan de expansión de las subestaciones y la evaluación de los criterios de planeación divisionales. Este reporte resume el trabajo desempeñado en este estudio.

Los resultados del estudio serán obtenidos usando el programa FORESITEMR, del "Sistema de Planeación y Diseño de Distribución CADPAD", propiedad de la empresa ABB; el cual realiza un análisis espacial de los usuarios, determina los requerimientos de la carga y del sistema de Transmisión y Distribución (T y D), pronostica el crecimiento futuro de la carga, y aplica la optimización para minimizar el costo del plan de T y D resultante.

La meta del estudio fue determinar el impacto del crecimiento de los usuarios y de la carga sobre las subestaciones existentes, identificar la ubicación y la fecha de puesta en servicio de los requerimientos de capacidad futuros, evaluar los criterios de planeación usados por la División de Distribución Noroeste, analizar el impacto de esta revisión de los criterios de planeación sobre el plan de expansión, y optimizar la red de distribución futura.

El área de estudio comprendió la ciudad de Los Mochis, la cual es una de las ciudades mas importantes del estado de Sinaloa, y esta presenta las condiciones ideales para el estudio ya que su taza de crecimiento se esta volviendo cada vez mayor y la naturaleza dinámica de la carga eléctrica provee un desafío para los métodos tradicionales. Es por esto que se pensó en utilizar el FORISTE puesto que proporciona las herramientas necesarias para saber en que punto es que se ocupa que se coloque o se ponga en marcha una subestación.

Integrantes:

Los Integrantes del equipo encargado del estudio fueron:

Asesor: Ing. Arturo Solano Flores.

Practicantes: René Francisco López Orduño

Josué Salvador Cota Montiel.

6.2.- Características del área de estudio

6.2.1.- Ubicación geográfica del Municipio de Ahome y de la ciudad de Los Mochis

Coordenadas geográficas extremas: Al norte 26° 24', al sur 25° 27' de latitud norte; al este 108° 45' y al oeste 109° 27' de longitud oeste.

Porcentaje territorial: El municipio de Ahome representa 5.92 % de la superficie del estado de Sinaloa, con un área de 4,342.89 km².

Colindancias: Al norte con el Golfo de California, el estado de Sonora y el municipio de El Fuerte; al este con los municipios de Guasave y El Fuerte; al sur con el municipio de Guasave y el Golfo de California; al oeste con el Golfo de California.

6.3.- Desarrollo de la base de datos espacial

La División Noroeste, con el apoyo de la Gerencia de Distribución, desarrolló la base de datos espacial del uso de suelo de la Cd. de Los Mochis, Sin. Y a partir de ésta se elaboró el pronóstico de la carga y el plan de expansión de las subestaciones. Los tres de pasos involucrados en el desarrollo de la base de datos fueron:

1. Obtención del mapa del uso de suelo del año base y de las densidades de ocupación y de carga para cada clase de usuario.
2. Calibración del número de usuarios del año base con el número de usuarios del Sistema Comercial (SICOM).
3. Calibración del número de usuarios del año base con el número de usuarios de las sucursales de comercial.
4. Calibración de la carga del año base con la demanda máxima del sistema de distribución.
5. Calibración de la carga del año base con las demandas máximas de las subestaciones de distribución.

Los datos básicos se obtuvieron de una variedad de fuentes y se utilizaron para formar una base de datos consistente con las necesidades de planeación del sistema T y D.

El desarrollo de la base de datos se enfocó sobre dos elementos principales del pronóstico: la base de datos espacial de los usuarios (celdas) y la base de datos del modelo de carga de los usuarios (curvas de carga), además clases para usos de suelo que no tienen carga.

6.4.- Clases del Uso de Suelo

Los datos espaciales de los usuarios ó los datos de las celdas, describen el tipo y ubicación de los usuarios localizados en esa región (el contenido de usuarios en las celdas) y se desarrollaron a partir de una combinación de:

• Una imagen de satélite procesada por computadora, que proporcionó la información detallada del territorio de servicio.
• La información comercial de los usuarios proporcionada por el personal de la Zona de Distribución.
• La información recabada en los levantamientos de campo, tal como las densidades de ocupación y carga.

• La información del uso de suelo y las vías de comunicación registradas dentro del Plan Estratégico de Ordenamiento Territorial y Urbano.

Combinando los datos de las fuentes de información anteriores, el equipo encargado del estudio desarrolló un inventario espacial detallado de los usuarios (base de datos en celdas) para el programa FORESITE. El inventario fue integrado por las categorías de las clases de usuarios listadas en la siguiente tabla.

Clases del Uso de Suelo para la Cd. De Los Mochis, Sin.

RESIDENCIAL

R1.- Residencias o mansiones en lotes grandes

R2.- Casas individuales

R3.- Apartamentos y condomínios

R4.- Casas Tipo Infonavit

R5.- Casas Populares

COMERCIAL

C1.- Comercio al menudeo, Mercados, Hospitales y Escuelas

C2.- Supertiendas

C3.- Restaurantes, Hoteles y Oficinas

INDUSTRIAL

I2.- Indústria mediana de dos turnos

I3.- Industria mediana de tres turnos

El uso de suelo con carga eléctrica del año base, tal y como fue modelado en el programa se muestra al final de este Capítulo. En el FORESITE pueden ser modeladas hasta veinte clases del uso de suelo productoras de carga y ocho clases de no productoras de carga pero con influencia en el desarrollo. Las clases pueden llamarse de cualquier forma pero todas caen en una categoría ya sea de residencial, comercial, industrial, restringida, o vacante.

Este es un concepto importante para el pronóstico espacial de la carga, porque la interacción entre las diferentes clases de usos de suelo es un factor primordial para determinar donde se ubicará el crecimiento de cada clase.

• Un análisis de la carga de usuarios específicos.
• Las mediciones de ramales con cargas típicas de acuerdo a las clases.
• La demanda máxima del sistema de distribución obtenida para el año de 1998 y las lecturas de las demandas máximas de sus subestaciones de distribución (las cuales fueron utilizadas para calibrar la carga del modelo).

Utilizando esta información, se formularon las curvas de carga que correspondían con las clases de uso suelo ya definidas; estas curvas en conjunto con las densidades de carga, y su distribución espacial fueron utilizadas en el proceso de calibración para igualar la carga calculada, con los valores de demanda obtenidos de las mediciones del sistema.

6.5.- Metodología

La planeación del sistema de distribución involucra la determinación de los sitios, capacidades y fechas de las adiciones futuras a los circuitos de distribución y subestaciones; a fin de lograr la expansión y configuración más económica del sistema.

Para satisfacer estos criterios es esencial un pronóstico de largo plazo basado en la distribución geográfica de los usuarios. El pronóstico de la distribución de la carga y las técnicas de planeación se aplican con la ayuda del programa computarizado FORESITE de ABB Inc.

A fin de producir un plan de distribución integral, se debe identificar la ubicación, capacidad nominal y fecha de entrada en operación de las subestaciones y de los circuitos de distribución futuros.

Para hacer esto efectivamente, se debe conocer en dónde se desarrollará el crecimiento futuro; este requerimiento de información sobre la ubicación futura de la carga, coloca esta metodología aparte de los otros tipos de pronóstico.

Un pronóstico de la carga es una herramienta de planeación y representa el primer paso para determinar el diseño del sistema futuro de Transmisión y Distribución (T y D); como tal, su meta es proporcionar el tipo de datos necesario para la planeación de T y D, en la forma que se ajuste mejor al proceso de planeación. Esto significa la descripción de la cantidad, fecha y las ubicaciones de la carga futura, así como también la representación del comportamiento de su crecimiento.

6.5.1.- Modelo del Sistema

Un modelo es la representación del comportamiento de un sistema el cual se usa para estudiar los cambios o la respuesta a diferentes entradas, en vez de hacer esos cambios al sistema real.

Un modelo no tiene que ser un programa de computadora, aunque éste es frecuentemente una forma óptima de aplicar un modelo particular, porque permite el control y el manejo consistente de grandes cantidades de datos y garantiza la repetibilidad de los resultados.

Un programa de computadora no es el modelo es solamente el mecanismo utilizado para representar el modelo, este concepto es el mismo aún y cuando se haya aplicado mediante una calculadora, diagrama, o manualmente, sería todavía el mismo modelo.

Los modelos difieren de la realidad, tanto deliberadamente por razones relativas a las metas del estudio de la planeación y también debido a aproximaciones, errores, o factores desconocidos. El uso de un clima idéntico para proyectar las cargas de los años futuros es un buen ejemplo de una desviación deliberada de la realidad, hecha para aumentar la eficacia de la planeación.

Las otras desviaciones de la realidad pueden aceptarse a fin de hacer el modelo más fácil de usar o de calcular, o para necesidades menores de datos. Estas diferencias son aproximaciones, aceptables porque se espera que el cambio en la exactitud sea pequeño en comparación con la reducción en esfuerzo o complejidad. El uso de características promedio de los usuarios es un buen ejemplo de una suposición que provee resultados razonables al nivel del análisis del área de servicio de las subestaciones.

La presencia de errores en el modelo contribuye también a desviaciones de la realidad, dado que existen factores desconocidos en cualquier escenario complejo, uno no puede garantizar que el modelo esté completamente libre de errores; el mejor aseguramiento contra tales errores, más allá del desempeño probado del modelo en el pasado, es la atención cuidadosa a revisiones y comprobaciones detalladas y repetidas de su representación contra los datos reales.

6.5.2.- Programa foresite

El programa FORESITE se usa para desarrollar y analizar el modelo del sistema de distribución. El pronóstico espacial de la carga se ejecuta para identificar las celdas de suelo vacantes con la preferencia más alta para el crecimiento de una clase en particular.

En el FORESITE pueden ser modeladas hasta veinte clases del uso de suelo productoras de carga y ocho clases de no productoras de carga pero influyentes en el uso del suelo. El análisis espacial se ejecuta usando una malla uniforme de hasta un millón de celdas; cada celda se evalúa por su preferencia relativa para el crecimiento, se califican todas las celdas disponibles vacantes y el nuevo uso del suelo se ubica con base en la calificación de la preferencia total de la celda.

El uso del suelo se convierte a carga mediante un proceso llamado distribución espacial, cada clase del uso de suelo productora de carga tiene asociado un modelo de carga, el valor en por unidad de la carga de la clase a la hora pico del sistema se multiplica por la densidad estimada de la carga para esa clase.

La carga resultante para cada celda se asigna a la subestación que puede servir la carga con el menor "esfuerzo" total (costo). Para el año base, las cargas se calibran para que cada subestación sirva la cantidad correcta de carga sobre el área apropiada, tal como se muestra en siguiente Figura; y entonces se producen los planes de expansión de las subestaciones para servir la carga para los diversos escenarios del pronóstico.

Figura 3.2. Calibración de las cargas por subestación para el Año Base (2005).

6.5.3.- Conceptos de la base de datos

El enfoque de celdas;

El requerimiento de ubicación del pronóstico de la carga es manejado mejor usando el enfoque de celdas para construir una base de datos o modelo. Aquí el territorio de servicio de la empresa suministradora se divide en un número de áreas dentro de las cuales se proyectan las cargas futuras.

Dos tipos de enfoques se han usado para definir las celdas:

1. El primer enfoque es dejar que los límites de servicio del equipo definan las celdas, en tales pronósticos, las celdas se definen implícitamente. Por ejemplo, un pronóstico de distribución hecho extrapolando los historiales de la carga de cada subestación es simplemente usar las áreas de servicio de los circuitos de distribución de cada subestación para definir las celdas. Generalmente este enfoque es el más fácil pero comúnmente no provee la exactitud suficiente para satisfacer las necesidades actuales.
2. El segundo enfoque es usar una malla de áreas de forma uniforme, tal como se muestra en la Figura 3.3 y los métodos que a la vez usan explícitamente una malla de las definiciones de celdas y que aplican un algoritmo de pronóstico que las proyecte simultáneamente.

El módulo FORESITE divide el territorio atendido por la empresa suministradora en una malla de hasta un millón de celdas, cada una dimensionada típicamente entre una y dieciséis hectáreas. El tamaño exacto seleccionado, es el de la celda más grande que satisface los requerimientos espaciales de resolución de la planeación de distribución — es necesario usar celdas que sean tan pequeñas a fin de proveer la información suficiente de "en dónde", para ubicar óptimamente las subestaciones y el trazo de los circuitos de distribución.

Figura 3.3. Una malla de celdas que esta dividiendo el territorio de servicio del sistema de distribución.

6.5.4.- Modelo Espacial del Uso de Suelo

Conforme se desarrolla la base de datos se asigna el uso del suelo a cada una de las celdas, en el modelo espacial del FORESITE, cualquier celda puede contener solamente un tipo del uso de suelo.

El uso del suelo en una celda determinada puede ser uno de las diferentes clases productoras de carga, vacante disponible, vacante restringido, cuerpos de agua, etc.; además pueden incluirse en la celda vías de comunicación o una subestación. Este modelo del uso de suelo provee los cimientos para calibrar el año base y pronosticar el crecimiento futuro del uso de suelo.

La base de datos usada con este enfoque representa un inventario de los tipos de usuarios y de las densidades de carga de los usuarios dentro de cada celda. El inventario de los usuarios se hace sobre la base de "celdas del uso de suelo".

En la Tabla 3.1 se muestra un resumen para cada una de las clases de usuarios, del inventario del uso del suelo para el año base y de las densidades de ocupación (Usr/celda) y de carga (KVA/celda), resultantes del proceso de calibración para el área atendida.

Esta base de datos del uso de suelo también contiene información sobre otros aspectos de la geografía local, tales como la cantidad de suelo (en celdas) cubierta con agua, restringida para el desarrollo, o dedicada al transporte.

Figura 3.4. Imagen de satélite de la Cd. De Los Mochis, Sin. (2005).

6.5.5.- Modelado de la carga

El modelo de la carga del usuario enumera explícitamente el uso básico de la electricidad por clase y por la hora del día. Por ejemplo, en el sector residencial la electricidad se usa para calefacción y aire acondicionado, calentadores de agua, iluminación, cocina y muchos otros usos.

En el sector industrial se usa para el proceso de calentamiento, mover maquinaria y proporcionar iluminación. El resultado final es una curva de carga de veinticuatro horas para cada una de las clases productoras de carga. La curva de carga para el día pico del sistema se usa como la base para la cual se calibran todas las clases de cargas; en el modelo, la curva de carga del sistema para el día pico iguala la suma de las curvas de las clases productoras de carga.

La investigación de los datos de la carga se usa para desarrollar las curvas y las densidades correspondientes para cada una de las clases de usuarios. En algunos casos, el perfil de la curva es la misma para más de una clase; por ejemplo, podría asumirse que todos los usuarios residenciales tienen el mismo patrón básico de uso, pero una densidad de carga diferente (KVA por celda).

Este tipo de modelado de la carga permite al planificador determinar el impacto del crecimiento de las diferentes clases de usuarios sobre cualquier parte del sistema.

6.5.5.1.- Uso de Suelo Convertido a Carga

El FORESITE pronostica la cantidad y ubicación de la carga eléctrica futura proyectando el crecimiento de cada clase de usuario, entonces convierte a demanda los datos geográficos de las ubicaciones de los usuarios con base en los perfiles de uso promedio. La figura 3.4 ilustra este principio.

El FORESITE pronostica el crecimiento futuro de la carga comenzando con una proyección del crecimiento del uso de suelo (clase de usuario) por ubicación, tipo y densidad de ocupación, entonces el mapa del pronóstico del uso de suelo se transforma en carga eléctrica usando las curvas de carga horaria para cada clase y su densidad de carga.

Los pronósticos del crecimiento sobre un período de muchos años se hacen en una serie de iteraciones, como se explica en este reporte, en las cuales FORESITE distribuye el pronóstico en etapas.

6.5.6.- Calibración

La verificación de la integridad y exactitud de la base de datos se realiza calibrando los datos del FORESITE con los datos históricos del año base. El modelo debe reflejar la curva de carga de la demanda del día pico del sistema, conjuntamente con las demandas pico registradas en las subestaciones de distribución, como se dieron realmente en el año base. Esta comparación es hecha mediante el cálculo de las cargas de las celdas contenidas en cada área de las subestaciones de distribución.

La calibración de la base de datos es un proceso de dos pasos. Primero, las curvas de carga diaria de las clases individuales deben calibrarse a la curva de carga diaria del sistema para que su suma iguale a la curva de carga diaria del sistema.

La curva de carga diaria del sistema es una cantidad conocida – energía recibida menos energía entregada — como se registraron el día del pico del sistema. Las curvas de carga de las clases individuales están basadas en los muestreos estadísticos tomados desde varios ramales y usuarios típicos del sistema; como tal, los datos para las clases individuales no son precisos y reflejan un promedio estadístico de la carga de esos usuarios dentro de esa clase.

De esta manera, en el primer paso de la calibración, las curvas de carga de las clases individuales son ajustadas ligeramente, de tal forma que ellas puedan sumarse para obtener la curva de carga del sistema en un período de 24 horas.

El segundo paso del proceso de calibración involucra calibrar la carga del sistema completo por área de subestación a la demanda actual registrada en el día de demanda pico utilizada en el modelo. Los usos de suelo a veces son reclasificados a otras clases o las densidades de carga son ajustadas para reflejar en forma más precisa el comportamiento del sistema.

El comportamiento de la carga del usuario varía a lo largo del sistema. Por ejemplo, dentro de la clase residencial popular, los vecinos nuevos pueden tener una densidad de carga inferior a uno con más antigüedad debido a la mejor eficiencia en los aparatos domésticos; también, las áreas más lejanas del centro pueden tener el pico después que las más cercanas debido a los tiempos de traslado.

El proceso de calibración de las subestaciones corrige estas diferencias casuales dentro del área de servicio de cada subestación aplicando un factor de corrección al modelo. Después de que el analista ha ajustado densidades y reclasificado celdas a otras clases del uso de suelo, este factor de corrección se obtiene de FORESITE y se aplica al sistema, este factor de corrección se aplica coherentemente a lo largo del período de pronóstico y por lo tanto refleja en forma más precisa el comportamiento de la carga.

6.5.7.- Pronóstico

El FORESITE usa programas de simulación basados en el uso de suelo y de pronóstico que operan sobre datos del tipo espacial o de tipo geográfico; el análisis de las tendencias de crecimiento involucra desarrollar las suposiciones, los datos y los factores de control bajo los cuales el pronóstico deberá ser generado y determinar como deberán ser representados en este pronóstico.

Cualquier pronóstico del crecimiento futuro de la carga está basado en una visión o escenario del futuro económico, demográfico y la suma total de tendencias e influencias que incidirán en el crecimiento de la carga del área bajo estudio. Es necesario analizar por qué el área de servicio ha estado creciendo en los años recientes y decidir si estas fuerzas podrían continuar o cambiar en el futuro.

El programa FORESITE puede ser configurado para proyectar la cantidad de carga total en cada año futuro, pero trabaja mejor si se le dan las condiciones futuras bajo las cuales este crecimiento ocurrirá – los factores causales del crecimiento.

Las condiciones futuras caen en tres categorías, dependiendo de su impacto:

1. Sucesos globales: Influyen en la tasa global del crecimiento regional. Estos son por ejemplo la fortaleza de la economía local, la actitud del pueblo, ciudad y gobierno municipal y estatal orientada a impulsar el crecimiento en el área de negocios. La prueba para determinar si algo corresponde a un factor global deberá asociarse a sí el cambio puede influir en una región tanto como en otra; si la respuesta es afirmativa, entonces se trata de un factor global.
2. Factores espaciales: Son factores que influyen en la ubicación más que en la magnitud del crecimiento, tales como la cantidad de construcción de carreteras nuevas o de incentivos fiscales en determinada área (tales como plazas comerciales o parques industriales) para atraer crecimiento comercial o industrial; estos factores tienden a cambiar la ubicación de los nuevos usuarios más que influenciar en la cantidad que finalmente decidirá quedarse en determinada región.
3. Características de la carga: Relativas al uso de la energía eléctrica. Los cambios en los patrones de uso, la tecnología de los aparatos y la elasticidad de la demanda, etc., todos estos factores pueden incidir en la carga eléctrica, sin considerar cuántos nuevos usuarios se ubican en el territorio de servicio y dónde podrían ubicarse.

6.5.7.1.- Las Dos Causas del Crecimiento de la Carga

El crecimiento de la carga en cualquier sistema eléctrico es ocasionado por:

1. Cambios en el número y tipo de usuarios en el área de servicio, debido a una migración en la región.
2. Cambios en el uso de la carga por el usuario. Esto puede incluir nuevos usos, los cambios en la penetración de usos de la electricidad existentes (tales como cuando los usuarios cambian de combustibles fósiles a la electricidad para calentar el agua); y cambios en las aplicaciones eléctricas entre diferentes tipos de dispositivos (el número de bombas de calor puede incrementarse mientras que para los calentadores por resistencia puede reducirse); también se incluyen en esta categoría los cambios en la carga debido a mejoramientos en la tecnología (por ejemplo, la reducción gradual en el pico de verano debida al mejoramiento constante en los sistemas de aire acondicionado), también como los programas de Administración por el Lado de la Demanda (ALD) promovidos por la empresa suministradora o las autoridades gubernamentales.

El FORESITE modela estas dos causas que ocasionan el crecimiento de la carga directamente, explícitamente, e independiente una de otra.

6.5.7.2.- Predicción de la Ubicación del Crecimiento

El primer desafío es predecir dónde se ubicará el crecimiento futuro de los usuarios, esto es relativo a la primera causa del crecimiento cambios en el número, tipo y densidades de usuarios en un área de servicio de la empresa; el FORESITE realiza esto usando un modelo urbano espacial que aplica un patrón de reconocimiento de conveniencia para determinar las ubicaciones más probables y las cantidades del crecimiento futuro de las clases de usuarios.

La ubicación del crecimiento de la carga debe describirse con el suficiente detalle geográfico para validar la localización del equipo futuro de T y D; así, la ubicación de la carga es un requerimiento importante para un pronóstico de T y D.

Usando el enfoque de celdas una malla que divide el área de estudio en muchas subáreas como se mostró anteriormente en la Figura 3.3, satisface efectivamente este requerimiento. El pronóstico espacial es realizado entonces proyectando el número, los tipos de usuarios y la carga eléctrica en cada celda.

Para modelar el territorio de servicio de la Cd. De Los Mochis, Sin., se utilizó una malla formada por celdas de 100 metros por lado (una hectárea); este tamaño significa que el crecimiento de la carga eléctrica se modela a un nivel de precisión muy alto, esta precisión geográfica es más que suficiente para los propósitos de planificar las ubicaciones del equipo de T y D, sus capacidades y la dimensión de sus áreas de servicio.

Este enfoque de pronóstico usa un algoritmo bastante complejo. Sin embargo, en concepto, el procedimiento es bastante simple, basado en una proyección del crecimiento de todo el sistema (con bastante frecuencia el pronóstico corporativo), el modelo determina en donde es muy probable que se ubique este crecimiento.

Mediante el análisis de las celdas en forma individual, se determina si cada celda esta disponible para el desarrollo, suelo vacante sin restricción y si ésta es apropiada para el desarrollo del tipo de crecimiento requerido. Para realizar esto, el suelo disponible es analizado por un modelo de reconocimiento de patrones que clasifica la conveniencia de cada celda para el desarrollo residencial, comercial o industrial.

Esta determinación es conceptualmente simple el programa analiza las áreas existentes del tipo residencial, comercial e industrial para determinar, por ejemplo, que el desarrollo residencial esté cerca de otro desarrollo residencial, cerca de escuelas, cerca de centros comerciales, generalmente no demasiado cerca de la industria, comúnmente cerca pero no demasiado cerca de carreteras muy transitadas y así otros aspectos.

Este patrón, medido en términos cuantitativos, es entonces utilizado para identificar las nuevas áreas que satisfacen estos mismos criterios y estas áreas son consideradas como las más probables para ubicar el nuevo desarrollo. En estas celdas "más convenientes" se desarrollará entonces el crecimiento total pronosticado para todas y cada una de las clases de usuario.