02 ISEREE2013_Inga_Esteban

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ESTRATEGIAS DE NEGOCIO PARA MEDICIÓN INTELIGENTE ACOPLANDO
ENERGÍAS RENOVABLES
Article · November 2013
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Esteban Inga Ortega
Universidad Politécnica Salesiana (UPS)
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Julio Rodríguez
Universidad Tecnológica de Panamá
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Estrategias de Negocio Para Medición Inteligente Acoplando Energías 
Renovables 
 
Esteban Inga
 1*
, Julio Rodríguez
 2
 
 
1 
Universidad Politécnica Salesiana, Quito, Ecuador 
2
 Universidad Tecnológica de Panamá, Panamá, Panamá 
 
*
 Autor corresponsal: einga@ups.edu.ec 
 
RESUMEN 
En la actualidad son varias las expectativas que el sector eléctrico tiene sobre Smart Metering 
como parte del sistema eléctrico, una de ellas es ser eficiente y confiable como lo propone el 
concepto de Smart Grid. 
 
Otra expectativa refiera al cambio de una matriz energética que advierte la necesidad de 
optimizar el consumo de electricidad, buscando alternativas innovadoras que orienten al 
consumidor a usar de manera eficiente el recurso eléctrico, se denota entonces, una tarea 
imprescindible para la participación de las comunicaciones, buscando obtener de ellas el 
intercambio de información bidireccional, entre las empresas de distribución y el abonado. 
 
Servicios adicionales ofertados por una medición inteligente, podrán generar mecanismos 
para optimización del suministro eléctrico, obteniendo información en tiempo real, mediante 
indicadores digitales, donde el cliente constatará como reducir dicho consumo y cuando 
hacerlo; además las empresas de distribución a través del sistema de gestión, lograrán una 
reducción de tiempo, por lectura del medidor, por cortes y reconexiones y facilitar la 
inclusión de usuarios prepago. 
 
Nuestra estrategia y contribución científica, propone una reutilización de la infraestructura 
actual de comunicaciones móviles celulares, para facilitar esta medición inteligente de energía 
eléctrica, para ello se empleará modelación y simulación de las redes inalámbricas que 
verifiquen y garanticen su comportamiento en zonas rurales y urbanas. 
 
Esta propuesta como resultado final permitirá generar una unidad de negocio de medición 
inteligente, reutilizando comunicaciones inalámbricas e incluyendo la medición de 
generación eléctrica proveniente de fuentes renovables, como energía eólica y solar, 
implementados en hogares e industrias, además de la medición del consumo de nuevos 
elementos adicionados a la cadena del suministro eléctrico, como las cocinas de inducción y 
el auto eléctrico; tratando así de incrementar, el uso eficiente de la energía eléctrica, la 
calidad del servicio eléctrico, la eficiencia de las empresas de distribución, la gestión de la 
generación y el consumo o flujo de energía eléctrica a través de escenarios económicos 
adecuados. 
 
PALABRAS CLAVE 
Comunicaciones, Energía, Eficiencia, Medición, Renovable. 
 
INTRODUCCIÓN 
Este artículo entrega una propuesta innovadora para obtener un sistema de medición 
inteligente de energía eléctrica, eficiente y confiable, a través de la reutilización de tecnología 
 
 
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e infraestructura de comunicaciones existente, con los que se pueda disponer de un sistema de 
infraestructura de medición avanzada AMI - Advanced Measurement Infrastructure (Ortega, 
2012), optimizando los recursos físicos instalados, entregando servicios adicionales a los 
abonados y además permitiendo canalizar herramientas de optimización del suministro 
eléctrico a nivel de usuario final y como mecanismo de proyección de la demanda (Niyato et 
al., 2012) para análisis de las empresas de distribución, cerrando de esta manera el círculo de 
transacción de energía (Cazalet) eléctrica con un sistema de intercambio de información 
global. 
 
En el mercado actual existen varias empresas que brindan soluciones para medición 
inteligente de energía eléctrica, con la finalidad de intercambiar información entre las 
empresas de distribución y los medidores de los abonados, dichos contadores eléctricos 
permiten el intercambio a través de comunicaciones como: RFID; CDMA y GPRS; pero con 
una mayor penetración hasta el momento RFID por tener un identificador único, que permite 
que la información sea reconocida por el fabricante en cualquiera de su colectores ya sea a 
nivel de concentrador primario o de los mismos medidores que pueden ser tomados como 
concentradores secundarios y por utilizar una banda de frecuencia no licenciada (902-
928Mhz), es decir no pago por uso del medio de comunicación. 
 
Por otro lado la interoperabilidad (Basso et al., 2011) entre los contadores de energía ha 
dejado abierto un camino que busque la estandarización, ya que al momento a pesar de usar 
una misma opción de comunicación RFID (Inga et al.,2013), no se permite la apertura de los 
protocolos y por ende no existe intercambio de información entre diferentes opciones de 
contadores eléctricos ofertados en el mercado actual. Al ver este conflicto por propia 
iniciativa de mercado se han realizado alianzas estratégicas entre fabricantes para consolidar 
la opción de aglutinar información de por lo menos dos tipos de fabricantes de medidores y a 
nivel de concentradores primarios llevar información a las empresas de distribución, alianzas 
en la que no participan las empresas de distribución. A esto se suma que la etapa final para 
transportar la información entre el concentrador a la empresa de distribución conocida como 
última milla, requiere de un protocolo de comunicación adicional, que puede ser inalámbrico, 
pero que requiere de los servicios de una empresa de comunicaciones. 
 
Así también en los actuales momentos se proyecta la necesidad de caracterizar (Khattak et al., 
2012) a los abonados por el tipo de consumo que presenta y determinar así el comportamiento 
en la gestión de la demanda. Al tener la caracterización de cada uno de los elementos que 
conforman un hogar (Li et al., 2013) se puede conocer en tiempo real (Deng y Yang, 2012), a 
que dispositivo se vincula un tipo de consumo, sin descartar que el usuario puede disponer en 
su hogar de fuentes de energía alternativas (Lo y Ansari, 2012) (Gungor et al., 2011), con él 
que se puede realizar una transacción económica de generación distribuida dentro de la 
facturación final de dicho abonado. 
 
Resulta entonces adecuada la estrategia de medición inteligente para necesidades de medición 
de consumo como: el auto eléctrico (Shinde et al., 2011), las cocinas de inducción (Iwafune et 
al., 2011), y de lo propuesto en generación limpia; tornándose aplicable en Ecuador por no 
disponer de mercado eléctrico- empresas de distribución homologadas (MEER, 2013), 
situación que facilita la creación de una unidad (Inga y Ordóñez, 2013a) (Inga y Ordóñez, 
2013b) de negocio como un operador virtual para gestión de la red inalámbrica empleada 
como vía de comunicación empresa-medidor-hogar. En caso de países con mercado eléctrico 
la estrategia de negocio podría ser aplicada y ofertada a cada empresa distribuidora. 
 
 
 
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GENERACIÓN DISTRIBUIDA DE ENERGÍA ELÉCTRICA 
La generación distribuida es conocida como generación descentralizada, consiste básicamente 
en la generación de energía eléctrica por medio de pequeñas fuentes de energía. Se caracteriza 
por encontrarse instalada en puntos cercanos al consumo. 
 
Con ella se reducen pérdidas en la red de transporte de energía eléctrica ya que la electricidad 
se genera muy cerca de donde se consume, a veces incluso en el mismo edificio. Las 
potencias suelen ser inferiores a 3 kW aunque en general se suele decir que no sobrepasan 10 
kW de potencia instalada. 
 
Fuentes para la Energía Distribuida 
La energía solar fotovoltaica representa una de las fuentes de energía distribuida más fácil de 
manejar. Otra fuente son los pequeños generadores eólicos (Cardell y Connors, 1998), estos 
tienen bajo mantenimiento y baja contaminación. La energía eólica suele ser complementaria 
a la solar; en los días cuando no hay sol suele hacer viento y viceversa. 
 
Otra de las fuentes es la utilización de la cogeneración y trigeneración de energía. Las fuentes 
de cogeneración distribuida usan microturbinas de gas natural como combustible para activar 
los generadores. El calor generado es aprovechado para calentar aire o agua y/o para activar 
un ciclo de absorción para el acondicionamiento de aire (trigeneración). 
 
También otra importante fuente de generación distribuida en el futuro será la generación de 
los vehículos eléctricos, los cuales entregarán energía de su batería a la red de suministro de 
electricidad cuando se necesite (Zhao et al, 2007). 
 
Conexión a la Red de los Sistemas de Potencia Solar y de Viento 
Los sistemas eólicos y fotovoltaicos han hecho una transición exitosa desde pequeños sitios 
independientes hasta grandes sistemas conectados a la red. La utilidad de la interconexión 
aporta una nueva dimensión en la economía de energías renovables, poniendo en común el 
exceso temporal o la falta de la energía renovable con la red de conexión. 
 
Esto mejora la economía global y la disponibilidad de carga de la planta renovable; los dos 
factores importantes de cualquier sistema de energía. La red alimenta energía a los sitios de 
cargas cuando sea necesario, o absorbe el exceso de potencia desde el sitio cuando esté 
disponible. Un medidor de kWh se utiliza para registrar la potencia entregada a la red, y otro 
medidor de kWh se utiliza para registrar la potencia consumida de la red, es decir se requiere 
de una medición inteligente que entregue cuenta de la generación limpia. 
 
Es necesario ilustrar la conexión, a la red de transporte eléctrica, de los sistemas eólicos y 
solar, y de esta forma el lector reconozca la forma de interconexión distribuida de las energías 
renovables más comunes. 
 
La Figura 1 muestra un diagrama típico del circuito de conexión de los sistemas de energía 
fotovoltaica a la red (Munir y Li, 2013), esta red interconecta con las líneas de servicios 
públicos locales en el lado de salida del inversor, como se indica, en ciertas aplicaciones se 
podrá emplear una batería para satisfacer los picos de carga a corto plazo. 
 
 
 
 
http://es.wikipedia.org/wiki/Vatio
http://es.wikipedia.org/wiki/Generador_e%C3%B3lico
http://es.wikipedia.org/wiki/Cogeneracion
http://es.wikipedia.org/wiki/Turbina_de_gas
 
 
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Figura 1. Esquema eléctrico de la conexión a la red de los sistemas 
fotovoltaicos (U. Tecnológica de la Mixteca, 2009). 
 
En los últimos años, las grandes instalaciones integradas en edificios fotovoltaicos han 
realizado significativos avances mediante la adición de la red de interconexión en el diseño 
del sistema. En el caso del viento, la mayoría de los sistemas conectados a la red son plantas 
de energía a gran escala de servicios públicos. Un diseño típico de tal planta se muestra en la 
Figura 2. Como idealización se podría considerar a la salida del generador del viento a 480 
voltios AC, el cual se eleva a un nivel intermedio de 21 kV mediante un transformador tipo 
pedestal. Una línea aérea de transmisión proporciona el enlace al sitio de la subestación, 
donde el voltaje es llevado otra vez al nivel de la red. 
 
 
Figura 2. Estructura Básica - Distribución de los componentes 
eléctricos de conexión a la red de los sistemas de potencia eólicos 
(www.hitachi.com). 
 
El equipo de computadora del sitio, a veces utilizando multiplexor y enlaces de radio a 
distancia, controla las turbinas eólicas en respuesta a las condiciones del viento y la demanda 
de carga. 
 
Los grandes sistemas eólicos que se están instalando tienden a tener un diseño de velocidad 
variable. La Figura 3 muestra el esquema de potencia. La frecuencia variable de la salida del 
generador es primero rectificada en DC, y entonces invertida a una frecuencia fija en AC. 
 
 
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Antes de la inversión, los armónicos del rectificador son filtrados desde el DC por el inductor 
y los capacitores. La frecuencia de referencia para el disparo del inversor y la tensión de 
referencia para el control de ángulo de fase del rectificador son tomados de las líneas de la 
red. 
 
 
Figura 3. Esquema eléctrico - conexión a la red de un sistema de potencia 
eólica de velocidad variable (U. Tecnológica de la Mixteca, 2009). 
 
El valor de referencia de la óptima velocidad máxima es almacenado y continuamente 
comparado con el valor tamizado de las velocidades medidas del viento y el rotor. La 
velocidad de la turbina se cambia, para asegurar la máxima producción de potencia en todo 
momento. 
 
La generación distribuida se conecta a la red de distribución, de forma similar a la quese 
aprecia en los sistemas de potencia descritos arriba. Los esfuerzos actuales se dirigen a 
estudiar los impactos ocasionados en las redes de distribución al conectar las energías 
distribuidas. 
 
Los estudios tienen que ver con: incentivos a las tecnologías, planificación de las inversiones 
de energía considerando la energía distribuida, seguridad del recurso humano de 
mantenimiento de las redes distribuidas y por su puesto una medición inteligente. 
 
La ventaja principal de la implantación de las energías distribuidas es la ayuda a la reducción 
de la utilización de energía producida por combustibles fósiles, al instalar sistemas con 
energías renovables. Por otra parte, se logra la descongestión en los sistemas de transporte de 
energía, la readecuación de las redes de transmisión, y el apoyo al suministro de energía en 
períodos de gran demanda (Norvento, 2013). 
 
El fundamento de estas aplicaciones es generar localmente la energía mediante energías 
renovables parte de la energía eléctrica que necesita el consumidor residencial, industrial y 
comercial. Incluyen industrias agropecuarias, edificios e instalaciones del sector público 
situadas en lugares expuestas al viento, urbanizaciones en zonas abiertas. 
 
En la actualidad las perspectivas para generación distribuida avizoran incorporarse al 
concepto de redes eléctricas inteligentes y así al suministro de energía desde fuentes 
alternativas a nivel residencial e industrial, fuentes que podrán ser acopladas al sistema de 
distribución y vendidas a las empresas. El valor que se percibirá por dicha generación estará 
 
 
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en función de las políticas estatales que busquen motivar la generación limpia y cambiar la 
matriz energética dependientes en muchos casos del petróleo como lo es el caso de países 
como Ecuador y Panamá. 
 
Para esto Ecuador ha incrementado la inversión en construcción de hidroeléctricas con la 
finalidad de ser soberanos energéticamente y disponer otro futuro en la industria del petróleo a 
través de la petroquímica y lograr otros derivados que no necesariamente serán gasolinas, a 
esto se suma que Ecuador no es un país generador de fuentes como gas y que en su economía 
a través de subsidios ha permitido un consumo de gas de uso doméstico, pero al incrementar 
la fuente primara de generación eléctrica el escenario se torna adecuado para la llegada del 
vehículo eléctrico y el uso de cocinas de inducción. 
 
En países de Centro América como Panamá donde su generación de energía proviene de 
recursos Hídricos, Vapor, Diesel y Gas podrían ser focalizados desde otro punto de vista 
acoplándolos al sistema de distribución; cabe recalcar que en el caso de Ecuador no existe 
mercado eléctrico y en Panamá sí; situación que contrapone el tipo de regulaciones pero las 
propuestas gubernamentales orientadas a la motivación del uso de generación limpia en 
residencias e industrias sería similar. 
 
De cualquier forma la interrogante está en cómo realizar la medición de energía eléctrica de 
fuentes limpias como eólica y solar, dos recursos que en la actualidad son explotados para 
soluciones energéticas en hogares e industrias. 
 
MEDICIÓN INTELIGENTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA 
Una red eléctrica inteligente (Smart Grid) desde su concepto debe lograr eficiencia y 
confiabilidad, además de acoplar la generación desde fuentes alternativas, cerrando así la 
cadena de generación de electricidad. A este concepto se pueden incluir mecanismos de 
optimización del recurso eléctrico a los clientes consumidores y dotar de herramientas de 
gestión y proyección de la demanda a las empresas distribuidoras. El intercambio de 
información bidireccional será de mutuo beneficio tanto para las empresas de distribución 
como para los clientes, de esta manera la información proveniente de la medición inteligente 
toma un sustento importante en la propuesta de una red inteligente. 
 
Red de Área Doméstica 
Dentro de una red doméstica, las cargas eléctricas podrán ser interrumpibles (refrigeradoras, 
termostatos) y no interrumpibles pero controlables (lavadoras, lava platos), también no 
controlables no interrumpibles (microondas-iluminación) e interrumpibles no controlables 
(televisor, ordenador); pero todas las cargas en definitiva podrán ingresar al medidor 
inteligente y enviar la información de consumo caracterizado a las empresas de distribución, a 
esto se suma la generación distribuida de fuentes solares y eólica que son las más empleadas 
en sistemas domésticos. Cada hogar entonces podrá tener un controlador de la demanda que 
advierta el empleo en cada dispositivo, inclusive el consumo por el auto eléctrico; entonces a 
este concepto se lo denomina Home Area Network – HAN. 
 
En la Figura 4 podemos observar el sistema de comunicación para enviar información 
bidireccional entre las empresas de distribución y los consumidores; clientes que al ser micro 
generadores por disponer de sistemas distribuidos de pequeña escala, serán considerados por 
los mismos dispositivos – medidor inteligente (Cheng et al., 2013). 
 
 
 
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Servicios adicionales como: cortes y reconexiones del suministro y pos-venta se podrán 
disponer para los hogares. De acuerdo al tipo de medidor, podrá disponer de un sistema de 
comunicación CDMA o GPRS permitiendo el intercambio de información bidireccional 
medidor-empresa de distribución, establecidos por ubicación del cliente en zonas urbanas o 
rurales. 
 
Para la comunicación con el interior del hogar planteamos una comunicación Zigbee que 
también disponen los actuales modelos de diferentes fabricantes. Los medidores o contadores 
eléctricos actualmente se disponen en normativa ANSI o IEC e implementados según 
corresponda por la regulación de cada país. 
 
 
Figura 4. Medición Inteligente de Energía Eléctrica incluyendo fuentes alternativas. 
 
PLAN ESTRATÉGICO PARA INVERSIÓN DE INFRAESTRUCTURA 
TECNOLÓGICA 
De acuerdo a estos antecedentes y como contribución a la sociedad se propone un plan de 
negocio estratégico sobre la base de las prestaciones de los medidores inteligentes, que 
consolidados en las nuevas propuestas del mercado de las comunicaciones, den paso a la 
reutilización de la infraestructura actual de telefonía móvil y canalizadas al servicio de la 
medición inteligente de energía eléctrica. 
 
Aportamos con nuestra propuesta debido a ejercicios pilotos que se han realizado utilizando 
RFID, tecnología que exige la inclusión de nueva infraestructura y nuevos actores dedicados 
al mantenimiento y manutención de esta nueva red, así como un incremento en consumo de 
energía de estos nuevos dispositivos, dicha infraestructura pretendería ir creciendo 
paulatinamente de acuerdo a la necesidad de las empresas de distribución, este piloto tiene su 
primera intención en Ecuador, gestionado por la Empresa Eléctrica Pública de Guayaquil, la 
misma que en primera instancia pretendería obtener un AMR- Medición de Lectura 
Automática (Pesántez, 2011), pero que al incrementar su infraestructura de comunicaciones 
llegaría a formar un AMI. 
 
Así tenemos en nuestra propuesta que para intercambio de información entre los medidores 
inteligentes y las empresas de distribución, los medidores eléctricos pasarían a comportarse 
como celulares fijos y gestionados a través de un operador móvil de red virtual o denominado 
MVNOs que puede ser de índole estatal o privado, este mecanismo de negocio se encargaría 
de reutilizar la infraestructura de comunicaciones que van quedando rezagadas por los 
 
 
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avances y requerimientos que la telefonía móvil exige, como lo es el ingreso de LTE-4G 
(Inga, 2010). 
 
Por otro lado el mercado de la domótica incluye en la actualidad equipos con protocolos Z-
wave ó X10 para intercambio de información entre los toma corrientes inteligentes, situación 
que al cambiar de protocolo estándar como lo es IEEE 802.15.4/ ZigBee podríanllevar 
información de los dispositivos a los medidores eléctricos. A esta última etapa se debe incluir 
seguridad extrema ya que al ser información de los abonados podrían ser utilizados con fines 
maliciosos, la información deberá ser encriptado en todo el proceso bidireccional. 
 
Entre los servicios asociados a una empresa de distribución y al consumidor, en una 
infraestructura de medición avanzada de energía eléctrica, además de una lectura confiable 
están, el de cortes y reconexiones, de gran utilidad para mejorar el servicio y prestación 
eléctrica al abonado, además de resolver los problemas de comercialización de la energía con 
usuarios renuentes al pago puntual; otro servicio es el de prepago, que a través del sistema de 
gestión de las empresas, podrán proporcionar a los clientes que estimen disponerlo, es decir 
son servicios de gestión directa sobre los medidores inteligentes, el usuario también tendrá la 
facilidad de intercambio entre un servicio prepago y un servicio convencional, tal como 
sucede en telefonía celular, dotando de alternativas adicionales pero sin incremento de 
dispositivos en el lado del abonado. 
 
La medición inteligente, consolidaría una gestión del suministro eléctrico entre una empresa 
de distribución y el abonado, permitiendo gobernar al sistema de gestión de la demanda 
futura, realizar proyecciones, optimizar el consumo de energía en abonados residenciales y 
comerciales y generar planes estratégicos de reducción u optimización del consumo 
energético, sumando a esta consecuencia la medición de la generación distribuida de fuentes 
alternativas, que dan lugar a un nuevo concepto de energía transactiva (Cazalet). 
 
CONCLUSIONES 
De acuerdo a este planteamiento el negocio de operadores móviles virtuales ha llegado a 
mercados latinoamericanos para disponer de servicios adicionales en telefonía móvil, pero el 
MVNO – Operador Móvil de Red para medición inteligente de energía eléctrica hasta el 
momento no se lo ha explotado, esta situación advierte un nicho económico que puede ser 
desarrollado desde el estado o desde mecanismos privados de inversión como una unidad de 
negocio. 
 
El escenario se repite en países como Panamá donde los mismos proveedores de medidores 
inteligentes buscan construir un red de medición inteligente (mesh) usando RFID en banda no 
licenciada, pero un MVNO podrá proveer del mismo escenario usando CDMA y GRPS, la 
intención de una medición inteligente de energía eléctrica, pretende también reducir el 
impacto de las pérdidas no técnicas, provenientes de hurto y vandalismo, Panamá también es 
un país que busca el cambio de la matriz energética introduciendo generación eléctrica desde 
fuentes alternativas, por lo que se requiere de una medición del recurso generado, además de 
facilitar el negocio transactivo de este proceso. El impacto social para usuarios del recurso 
eléctrico será en zonas de extrema pobreza y que facilite la optimización del recurso 
energético. 
 
En este tipo de investigaciones hace inminente la participación del sector privado, 
gubernamental, universidades y consumidores, se podrán incrementar los trabajos en estos 
temas, como explotar servicios para el cliente al interior del hogar, mediante el uso de 
 
 
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protocolos como ZigBee, otro trabajo será la caracterización más detallada de dispositivos 
electrónicos de un hogar, facilitar el cálculo de la proyección de la demanda eléctrica y temas 
como cyber seguridad para encriptación de la información serán tareas para futuros trabajos 
multidisciplinarios. 
 
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