Un monitor de energía en el hogar proporciona información sobre el uso de energía eléctrica. Los dispositivos también pueden mostrar el costo de la energía utilizada y las estimaciones de las emisiones de gases de efecto invernadero. Varios estudios han demostrado una reducción en el uso de energía en el hogar del 4-15% a través del uso de la pantalla de energía en el hogar. [1]
El uso de electricidad se puede medir con una pinza inductiva colocada alrededor de la red eléctrica principal, a través del medidor eléctrico (ya sea a través de un puerto óptico o al detectar las acciones del medidor), comunicándose con un medidor inteligente o mediante conexión directa al sistema eléctrico. La parte de la pantalla puede estar alejada de la medición, comunicándose con el sensor mediante un cable, red, comunicaciones por línea de alimentación o mediante radio. Las pantallas en línea también están disponibles, lo que permite al usuario usar una pantalla conectada a Internet para mostrar el consumo casi en tiempo real.
Un medio para reducir el consumo de energía del hogar es proporcionar retroalimentación en tiempo real a los propietarios para que puedan cambiar su uso de energía. En 2010, Current Cost, con sede en el Reino Unido, anunció una asociación con Google PowerMeter , una antigua herramienta en línea que se conectaba a dispositivos de Current Cost, permitiendo a los usuarios recibir información energética en tiempo real en su página de inicio personalizada de Google, donde sea que estuvieran. Los datos en tiempo real sobre la cantidad de energía que se consume en el hogar se enviaron directamente a Google PowerMeter. La herramienta de software gratuita visualizó la información para que los usuarios la vieran en su propia página de inicio de iGoogle, un portal web personal que permitía a las personas crear y acceder a una amplia gama de información personalizable, feeds web y Google Gadgets. Nota Google Power Meter ya no funciona.
Un estudio que utiliza el monitor PowerCost desplegado en 500 hogares de Ontario por Hydro One mostró una caída promedio del 6.5% en el uso total de electricidad en comparación con un grupo de control de tamaño similar. Posteriormente, Hydro One ofreció monitores de potencia gratuitos a 30,000 clientes en función del éxito del piloto. [2] Blue Line Innovations también indica 100,000 unidades en el mercado hoy.
Otro estudio realizado en la ciudad de Sabadell (España) en 2009 utilizando el Efergy e2 en 29 hogares durante un período de seis meses llegó al 11.8% en una comparación semanal entre la primera y la última semana de la campaña. Sobre una base mensual, los ahorros fueron del 14,3%. El ahorro anual esperado de CO2 para todos los hogares se estima en 4,1 toneladas; El ahorro proyectado de emisiones de CO2 para 2020 es de 180,6 toneladas. [3]
En enero de 2009, el gobierno del estado de Queensland , Australia , comenzó a ofrecer monitores inalámbricos de energía como parte de su programa ClimateSmart Home Service. Para agosto de 2009, casi 100,000 hogares se habían inscrito para el servicio, para agosto de 2010 ese número había aumentado a 200,000 hogares. [4] Al final del programa, más de 335,000 hogares en Queensland habían recibido el servicio con el dispositivo de monitoreo de energía Elite suministrado por Efergy Technologies.
A mediados de 2013, el gobierno del estado de Victoria , Australia , permitió que las pantallas en el hogar basadas en Zigbee se conectaran al medidor inteligente victoriano.
La carga inactiva doméstica es el consumo continuo de energía eléctrica residencial medido por medidores inteligentes . [1] [2] [3] Se diferencia de la energía en espera (cargas) en que incluye el consumo de energía de los dispositivos que se encienden y apagan dentro del período de hora de los medidores inteligentes estándar (como refrigeradores , calentadores de acuarios , enfriadores de vino , etc. .). [4] [5] [6] Como tal, las cargas inactivas domésticas se pueden medir con precisión mediante medidores inteligentes. Según el Laboratorio de Sistemas Sostenibles de Stanford, la carga ociosa en el hogar constituye un promedio del 32% del consumo de electricidad del hogar en los Estados Unidos
Tipo de dispositivos [ editar ]
Las categorías principales de dispositivos que contribuyen a Home Idle Load incluyen:
- Dispositivos electrónicos que consumen electricidad mientras no se usan activamente (incluidos televisores , consolas de juegos , marcos digitales , etc.)
- Inicio de infraestructura dispositivos analógicos (incluyendo termostatos , timbres , teléfonos , relojes , GFCI salidas , alarmas de humo , bombas de recirculación continua de agua caliente, etc.).
- Cualquier tipo de dispositivo que se utiliza para mantener un diferencial de temperatura continuo (incluyendo congeladores , máquinas de hielo , refrigeradores , refrigeradores de vino , terrario calentadores , calefacción por suelo radiante, instantáneos dispensadores de agua caliente , etc.). Si bien es posible que dichos dispositivos deban permanecer encendidos continuamente, los modelos más recientes han demostrado ser más eficientes y pueden generar cargas inactivas domésticas considerablemente más bajas. [9] [10]
Reducción de la carga inactiva de la casa [ editar ]
Los enfoques para reducir las cargas inactivas en el hogar incluyen:
- Desactivar dispositivos electrónicos con cargas de energía en espera, ya sea manualmente (desconectando) o administrando regletas (incluidos los tipos de enchufes inteligentes )
- Usando un interruptor de temporizador que detiene el consumo eléctrico de los dispositivos cuando no está en uso
- Uso de una regleta de alimentación inteligente con una salida principal que gestiona la electricidad para múltiples dispositivos
- Reemplazar dispositivos antiguos (o que funcionan mal) con opciones más eficientes [11] [12]
Medición de la carga inactiva de la casa [ editar ]
La carga inactiva en el hogar puede medirse de manera diferente según el medidor eléctrico y la utilidad local utilizada. Un medidor inteligente con una utilidad local que admita datos de "botón verde" es la opción más precisa para medir la carga inactiva en el hogar. Otra opción implica utilizar el sitio web de utilidades del usuario para acceder a los cuadros de consumo que muestran el uso eléctrico por hora. Si los datos del botón verde no están disponibles, el usuario puede medir la carga inactiva del hogar analizando el medidor eléctrico del hogar mientras todos los dispositivos electrónicos del hogar están en modo inactivo. Esto puede implicar el uso de un temporizador para rastrear el tiempo de una sola revolución del dial giratorio de un medidor eléctrico analógico .
Un turbogenerador enfriado por hidrógeno es un turbogenerador con hidrógeno gaseoso como refrigerante . Los turbogeneradores enfriados por hidrógeno están diseñados para proporcionar una atmósfera de bajo arrastre y enfriamiento para aplicaciones de un solo eje y ciclo combinado en combinación con turbinas de vapor . [1] Debido a la alta conductividad térmica y otras propiedades favorables del gas hidrógeno, este es el tipo más común en su campo hoy en día.
Historia [ editar ]
Basado en el turbogenerador enfriado por aire, el hidrógeno gaseoso entró en servicio por primera vez como refrigerante en un turbogenerador enfriado por hidrógeno en octubre de 1937, en Dayton Power & Light Co. en Dayton, Ohio . [2]
Diseño [ editar ]
El uso de hidrógeno gaseoso como refrigerante se basa en sus propiedades, a saber, baja densidad , alto calor específico y la conductividad térmica más alta (a 0.168 W / (m · K)) de todos los gases; es 7-10 veces mejor en enfriamiento que el aire. [3] Otra ventaja del hidrógeno es su fácil detección por sensores de hidrógeno . Un generador refrigerado por hidrógeno puede ser significativamente más pequeño y, por lo tanto, menos costoso que uno refrigerado por aire. Para el enfriamiento del estator, se puede usar agua.
El helio con una conductividad térmica de 0.142 W / (m · K) también se consideró como refrigerante, sin embargo, su alto costo dificulta su adopción a pesar de su no inflamabilidad. [4]
En general, se utilizan tres enfoques de enfriamiento. Para generadores de hasta 300 MW, se puede utilizar refrigeración por aire . Entre 250-450 MW se emplea enfriamiento por hidrógeno. Para los generadores de mayor potencia, hasta 1800 MW, se utiliza refrigeración por hidrógeno y agua ; el rotor está refrigerado por hidrógeno, los devanados del estator están hechos de tubos huecos de cobre enfriados con agua que circula a través de ellos.
Los generadores producen alto voltaje ; La elección del voltaje depende de la compensación entre las demandas de aislamiento eléctrico y el manejo de alta corriente eléctrica. Para generadores de hasta 40 MVA, el voltaje es de 6.3 kV; Los generadores grandes con una potencia superior a 1000 MW generan voltajes de hasta 27 kV; Se utilizan voltajes entre 2.3-30 kV dependiendo del tamaño del generador. La potencia generada se envía a un transformador elevador cercano , donde se convierte en el voltaje de la línea de transmisión de energía eléctrica (generalmente entre 115 y 1200 kV).
Para controlar las fuerzas centrífugas a altas velocidades de rotación, el diámetro del rotor normalmente no supera los 1,25 metros; El gran tamaño requerido de las bobinas se logra por su longitud y, por lo tanto, el generador se monta horizontalmente. Las máquinas de dos polos generalmente operan a 3000 rpm para 50 Hz y 3600 rpm para sistemas de 60 Hz, la mitad de eso para máquinas de cuatro polos.
El turbogenerador también contiene un generador más pequeño que produce energía de excitación de corriente continua para la bobina del rotor. Los generadores más antiguos usaban dinamos y anillos colectores para la inyección de CC al rotor, pero los contactos mecánicos en movimiento estaban sujetos a desgaste . Los generadores modernos tienen el generador de excitación en el mismo eje que la turbina y el generador principal; Los diodos necesarios se encuentran directamente en el rotor. La corriente de excitación en generadores más grandes puede alcanzar 10 kA. La cantidad de potencia de excitación oscila entre 0.5-3% de la potencia de salida del generador.
El rotor generalmente contiene tapas o jaulas hechas de material no magnético; su función es proporcionar una ruta de baja impedancia para las corrientes parásitas que ocurren cuando las tres fases del generador están cargadas de manera desigual. En tales casos, se generan corrientes de Foucault en el rotor, y el calentamiento resultante de Joule podría, en casos extremos, destruir el generador. [5]
El gas de hidrógeno circula en un circuito cerrado para eliminar el calor de las partes activas y luego se enfría con intercambiadores de calor de gas a agua en el bastidor del estator . La presión de trabajo es de hasta 6 bar .
Se utiliza un analizador de detector de conductividad térmica (TCD) en línea con tres rangos de medición. La primera gama (80-100% H 2 ) para supervisar la pureza del hidrógeno durante el funcionamiento normal. El segundo (0-100% H 2 ) y tercero (0-100% de CO 2 ) rangos de medición permiten una apertura segura de las turbinas para el mantenimiento. [6]
El hidrógeno tiene una viscosidad muy baja , una propiedad favorable para reducir las pérdidas de resistencia en el rotor; Estas pérdidas pueden ser significativas, ya que los rotores tienen un gran diámetro y una alta velocidad de rotación. Cada reducción en la pureza del refrigerante de hidrógeno aumenta las pérdidas de viento en la turbina; Como el aire es 14 veces más denso que el hidrógeno, cada 1% de aire corresponde a aproximadamente un 14% de aumento de densidad del refrigerante y el aumento asociado de viscosidad y resistencia. Una caída de pureza del 97 al 95% en un generador grande puede aumentar las pérdidas de viento en un 32%; Esto equivale a 685 kW para un generador de 907 MW. [7] Las pérdidas de viento también aumentan las pérdidas de calor del generador y los problemas de enfriamiento asociados. [8]
Operación [ editar ]
La ausencia de oxígeno en la atmósfera interna reduce significativamente el daño del aislamiento de los devanados por eventuales descargas de corona ; Esto puede ser problemático ya que los generadores suelen funcionar a alto voltaje , a menudo 20 kV. [9]
Sistema de aceite de sello [ editar ]
Los rodamientos deben ser herméticos. Se utiliza un sello hermético , generalmente un sello líquido ; Por lo general, se usa un aceite de turbina a una presión más alta que el hidrógeno en el interior. Un anillo de metal, por ejemplo, latón , es presionado por resortessobre el eje del generador, el aceite es forzado bajo presión entre el anillo y el eje; parte del aceite fluye hacia el lado del hidrógeno del generador, otra parte hacia el lado del aire. El aceite arrastra una pequeña cantidad de aire; A medida que el aceite se recircula, parte del aire se transporta al generador. Esto causa una acumulación gradual de contaminación del aire y requiere mantener la pureza del hidrógeno. Los sistemas de barrido se utilizan para este propósito; el gas (mezcla de aire arrastrado e hidrógeno, liberado del aceite) se recoge en el tanque de retención para el aceite de sellado y se libera a la atmósfera; las pérdidas de hidrógeno deben reponerse, ya sea de cilindros de gaso de generadores de hidrógeno en el sitio. La degradación de los cojinetes conduce a mayores fugas de aceite, lo que aumenta la cantidad de aire transferido al generador. Un medidor de flujo para cada rodamiento puede detectar un mayor consumo de aceite . [10]
Secado [ editar ]
Se debe evitar la presencia de agua en el hidrógeno, ya que causa el deterioro de las propiedades de enfriamiento del hidrógeno, la corrosión de las partes del generador y la formación de arcos en los devanados de alto voltaje, y reduce la vida útil del generador. Un desecante secador basado generalmente se incluye en el bucle de circulación de gas, típicamente con una sonda de humedad en la salida de la secadora, a veces también en su entrada. La presencia de humedad también es evidencia indirecta de fugas de aire en el compartimiento del generador. [7] Otra opción es optimizar la eliminación de hidrógeno, por lo que el punto de rocíose mantiene dentro de las especificaciones del generador. El agua generalmente se introduce en la atmósfera del generador como una impureza en el aceite de la turbina; Otra ruta es a través de fugas en los sistemas de enfriamiento de agua. [11]
Purga [ editar ]
Los límites de inflamabilidad (4-75% de hidrógeno en el aire a temperatura normal, más amplio a altas temperaturas, [12] ), su temperatura de autoignición a 571 ° C, su energía mínima de ignición muy baja y su tendencia a formar mezclas explosivas con el aire , requieren medidas para mantener el contenido de hidrógeno dentro del generador por encima del límite superior o inferior del límite de inflamabilidad en todo momento, y otras medidas de seguridad de hidrógeno . Cuando el generador se llena con hidrógeno, se debe mantener la sobrepresión ya que la entrada de aire en el generador puede causar una explosión peligrosa.en su espacio confinado El recinto del generador se purga antes de abrirlo para mantenimiento y antes de rellenar el generador con hidrógeno. Durante el apagado, el hidrógeno es purgado por un gas inerte, luego el gas inerte es reemplazado por aire; la secuencia opuesta se usa antes del inicio. Dióxido de carbono o nitrógenopueden usarse para este propósito, ya que no forman mezclas combustibles con hidrógeno y son de bajo costo. Los sensores de pureza de gas se utilizan para indicar el final del ciclo de purga, lo que acorta los tiempos de arranque y apagado y reduce el consumo del gas de purga. Se favorece el dióxido de carbono ya que debido a la muy alta diferencia de densidad desplaza fácilmente el hidrógeno. El dióxido de carbono es admitido en la parte inferior del generador primero, empujando el hidrógeno hacia la parte superior. Luego, el aire es admitido en la parte superior, empujando el dióxido de carbono hacia abajo. La purga se realiza mejor con el generador detenido. Si se realiza durante la rotación sin carga a baja velocidad, los ventiladores del generador mezclarán los gases, aumentando considerablemente el tiempo requerido para lograr la pureza.
Maquillaje [ editar ]
El hidrógeno a menudo se produce en el sitio usando una planta que consiste en una serie de celdas de electrólisis , compresores y recipientes de almacenamiento. Esto reduce la necesidad de almacenar hidrógeno comprimido y permite el almacenamiento en tanques de baja presión, con los beneficios de seguridad asociados y menores costos. Se debe conservar algo de hidrógeno gaseoso para rellenar el generador, pero también se puede generar en el sitio.
A medida que la tecnología evoluciona, los materiales no susceptibles a la fragilidad por hidrógeno se utilizan en los diseños de generadores. No hacerlo puede provocar fallas en el equipo debido a la fragilidad del hidrógeno .
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