Como ahorrar costes con transformadores eficientes

Estudios llevados a cabo entre 1999 y 2001 por European Copper Institute reveló que el alcance en la reducción del consumo de energía y emisiones de CO₂ mediante el uso de transformadores de distribución eficientes energéticamente es sustancial en la UE. El ahorro potencial estimado es aproximadamente 22 TWh/año para distribuidoras eléctricas públicas y aproximadamente 5,5 TWh/año para industrias y oficinas. Este ahorro potencial puede conseguirse aplicando transformadores de eficiencia energética, y el coste de inversión extra puede obtenerse vía ahorro energético.

Para algunas industrias y utilidades públicas, los transformadores de eficiencia energética pueden ahorrar mucho dinero durante la vida útil del transformador.

Para seleccionar el transformador con el equilibrio óptimo entre el coste de la inversión y el coste de pérdidas con carga y sin carga, la evaluación del transformador durante la compra es el método usual apropiado.

La aplicación de metodologías de evaluación de pérdidas de transformadores es también un factor clave a tener en cuenta en instalaciones de generación distribuida como los aerogeneradores. Puede ser difícil determinar los factores de evaluación, ya que estos factores proporcionan realmente la capitalización de costes futuros de pérdidas y son dependientes de los modelos de cargas esperados, crecimiento de la carga y cambios de los precios de la energía.
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Tipos de pérdidas en los transformadores

Un transformador sin carga experimenta pérdidas siempre que el transformador esté energizado. Esto representa una constante en muchos aparatos y por lo tanto un drenaje significativo del sistema eléctrico.

Los transformadores en carga de un transformador es la parte de las pérdidas que se generan por la carga de corriente y que varía con el cuadrado de la corriente de carga. Ello cae en tres categorías: Pérdidas resistivas en los conductores principales y del devanado, pérdidas por corrientes parásitas en los conductores del devanado, pérdidas por corrientes parásitas en tanques y acero estructural.
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Evaluación de las pérdidas de los transformadores

En los transformadores de potencia las pérdidas aumentan con la capacidad y son cuantiosas en los de mayor tamaño. Es por ello que si nos enfrentamos a la compra de un transformador grande, haremos bien en evaluar las distintas opciones considerando el coste que nos suponen las pérdidas a lo largo de toda la vida útil.

En los transformadores de capacidades en MVA los costes de las pérdidas son tan altos, que debe realizarse un proyecto específico valorando la influencia de las mismas.

El coste total debido a un transformador consiste en varios componentes, incluyendo el precio de compra, el valor de las pérdidas de energía, mantenimiento y costes de reparación en toda la vida útil. El precio de compra y las pérdidas de energía son los dos factores claves que nos permiten comparar diferentes transformadores.

El problema surge porque los contratistas de los proyectos siempre están interesados en comprar el transformador con el precio más bajo posible, y el usuario final tiene poca capacidad de decisión en esa fase. Consecuentemente, se acaban eligiendo los transformadores más baratos y el usuario tiene que soportar los costes más elevados por pérdidas a lo largo de toda la vida útil del transformador.

Lo peor es que las regulaciones no están alentando para instar a la compra de transformadores con menos pérdidas. En la mayoría de los países el ahorro energético de los transformadores con pérdidas bajas no está asignado a las distribuidoras. Esto significa que no hay interés para las compañías distribuidoras en invertir en un transformador con bajas pérdidas (alto precio de compra), ya que el retorno de la inversión no se devuelve a la distribuidora durante la vida útil del transformador. Esto es contradictorio al interés público.

Para comparar dos transformadores con diferentes precios de compra y/o diferentes pérdidas, uno debe tener en cuenta que el precio de compra se paga en el momento de la compra, mientras que el coste de las pérdidas toma efecto durante toda la vida útil del transformador. El procedimiento correcto es convertir los costes de pérdidas al momento de la compra asignando costes de capital.

En el proceso de evaluación básico, necesitamos conocer tres cifras del transformador: Precio de compra, pérdidas en carga y pérdidas sin carga.

Para la pérdida en carga de un transformador, el comprador puede asignar un coste por kW de pérdidas representando el valor capitalizado (valor presente neto) de las pérdidas de carga a lo largo de la vida útil del transformador en una escala de tiempo corta de 5 o 10 años. Esta cifra de coste se basa en la carga del transformador esperada a lo largo del tiempo y el coste promedio por kWh.

Similarmente, para la pérdida sin carga de un transformador, el comprador puede asignar un coste por kW de pérdidas sin carga representando el valor capitalizado de las pérdidas sin carga. Este coste se basa en el coste promedio por kWh y el tipo de interés elegido por el comprador. Ya que casi todos los transformadores se conectan a la red durante el 100 % del tiempo, y las pérdidas de carga son independientes de la carga, la curva de carga no es relevante. El coste promedio por kWh tenderá a ser más bajo que para las pérdidas de carga, ya que las últimas tenderán a coincidir con cargas picos, en el tiempo en el que la energía es muy cara.

Si se eligen valores de capitalización altos para las pérdidas, los transformadores con bajas pérdidas pero con altos costes de inversión tienden a ser favorecidos. Sin embargo, si los valores de capitalización se ponen a cero, un comprador efectivamente elimina la evaluación de las pérdidas de energía de la decisión de compra, lo cual favorece al transformador más barato. Existen procedimientos numéricos para calcular estas pérdidas (ver bibliografía).

No obstante, el valor de las pérdidas puede normalmente recabarse del fabricante.
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Bibliografía: Cost savings by low-loss distribution transformers: the influence of fluctuating loads and energy price on the economic optimum. European Copper Institute