TALLER AGENTES
Estudio de consultoría para construir propuestas de metodologías basadas en líneas base de consumo o mecanismos alternos para utilizar la flexibilidad de consumo de los usuarios de
energía en programas de Respuesta de la Demanda
Bogotá, Diciembre 12 de 2020, 2:30 P.M - 4:30 P.M
ContenidoSALUDO Y PRESENTACIÓN DEL EQUIPO CONSULTOR
REVISIÓN INTERNACIONAL
SÍNTESIS DE METODOLOGÍAS
COMPARACIÓN DE METODOLOGÍAS
USUARIOS SIN LBC
CONCEPTOS GENERALES
DESARROLLOS FUTUROS
DESCRIPCIÓN DE LBC EN COLOMBIA
RESULTADOS DE APLICACIÓN DE PROGRAMAS
PRECISIÓN DE LBC
PARALELO A REFERENCIAS INTERNACIONALES
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
ALCANCE DEL ESTUDIO
OBJETO: • Construir propuestas metodológicas basadas en Líneas Base de Consumo (LBC)
o en mecanismos alternos, para utilizar la flexibilidad del consumo en programas de Respuesta a la Demanda (RD)
ALCANCE:• Revisión y análisis de la experiencia internacional en LBC para RD
• Evaluación de las metodologías y comparación con las utilizadas en Colombia
• Análisis y evaluación Ex-Post de los programas en Colombia (RD,DDV, Apagar Paga)
• Dar recomendaciones y presentar propuestas
ALCANCE DEL ESTUDIO
METODOLOGÍA
• Revisión internacional
• Evaluación Cualitativa▪ Definición de criterios
• Evaluación Cuantitativa ▪ Modelo estadístico de estimación
• Parámetros: Medición, estimación del error, verificación
• Otros esquemas alternativos:▪ Esquemas para usuarios sin LBC
▪ Desarrollos Futuros
EQUIPO CONSULTOR IJAVIER DÍAZ VELASCO• Ingeniero eléctrico de la Universidad de los Andes con master en sistemas de potencia
de la Universidad de Manchester, Inglaterra.
• Jefe de la oficina de planeación y gerente del Centro Nacional de Despacho CND en ISA.
• Experto comisionado en la CREG.
• Director ejecutivo en la CREG.
• Consultor independiente.
OMAR PRÍAS CAICEDO• Ingeniero Electricista Universidad Nacional de Colombia, Especialista en Gerencia de
Tecnología y Maestría en Eficiencia Energética y gestión de la energía.
• Profesor asociado en modalidad de catedra de la Universidad Nacional de Colombia.
• Director de la Red Colombiana de Conocimiento en Eficiencia Energética RECIEE
• Fue Coordinador Uso Racional y Eficiente de Energía y fuentes renovables en la Unidadde Planeamiento Minero Energético, UPME, Director Energía y Minería de Colciencias
EQUIPO CONSULTOR IIDIEGO GRISALES RAMIREZ• Estadístico de la Universidad Nacional de Colombia, con especialización en Matemática aplicada.
• Análisis de información y aplicaciones econométricas,
• Minería e inteligencia de datos,
• Profundización en muestreo y análisis de datos.
IGNACIO ARRAZOLA• Ingeniero eléctrico de la Universidad de los Andes, especialista en sistemas de transmisión y distribución de
energía de la misma universidad.
• Posiciones y cargos directivos en la Empresa de Energía de Bogotá, Emgesa, Enersis Energía de Colombia y AESChivor.
• Miembro del Consejo Nacional de Operación por 15 años.
• Gerente General de la compañía de consultoría Decisiones Inteligentes DI-AVANTE.
EQUIPO DE APOYO DI-AVANTE
CONCEPTOS GENERALES I
Programas de respuesta de la demanda
Reducciones programadas de consumo energético por parte de usuarios, en respuesta a un aumento en el precio de la energía eléctrica o al pago de incentivos para inducir un menor consumo de la misma.
Tipos de programas
- Económicos o de respuesta al precio
- Emergencia o confiabilidad
Tipos de usuarios
Grandes consumidores de energía eléctrica
Agregadores de la demanda
CONCEPTOS GENERALES IILínea Base de ConsumoEn ausencia de un evento de RD, ¿Cuál habría sido el consumo energético por parte de un usuario para un intervalo determinado?
• Predictores
• Tamaño de la muestra
• Horizonte de predicción
• Intervalo de tiempo
• Tipo de usuario
• Requisitos de medida
• Ajuste de la línea base
• Error de predicción
REVISIÓN INTERNACIONAL I
• California • New England• New York • PJM • Texas
5
• Francia
1
• Argentina• Brasil
2Australia1
Corea del Sur1
26 metodologías consultadas en total
• LBC para participar en los mercados• Capacidad
• Servicios complementarios• Reserva 30 y 10 minutos
• Frecuencia
• Día anterior y tiempo real
• Emergencia
REVISIÓN INTERNACIONAL II
REVISIÓN INTERNACIONAL IIIMercado Australia USA - PJMNombre 10 de 10 3 días
FórmulaCBL= Base de energía no ajustada + ajuste aditivo
Demanda promedio de los 3 más altos de los 5 previosal evento para ordinarios. Para fin de semana festivos2 de 3. excluyen días con eventos.
Predictores Consumo del intervalo del evento consumo kWhTamaño Muestra 10 días de los 45 calendario 5 de los 60 - 45 días calendario
Horizonte Predicción Carga horaria 1 díaVariable independiente Consumo histórico en kWh Consumo histórico en kWh
Intervalo de tiempo 30 minutos 1 hora
Segmento
Disponible para grandes usuarios finales industriales y comerciales con un consumo anual superior a 100 MWh, 150 MWh o 160 MWh.
> 100Kw. Para menores de 100kW pueden participarmediante agregador
Esquema RDPara mantenimiento de seguridad y confiabilidad de la red
Mercados de energía, capacidad, reserva sincronizada,reserva despachada en el día anterior, tiempo real y enel mercado de regulación
Requisitos Medida Telemedida e Intervalo Telemedida e IntervaloError RRMSE<20% RRMSE<20%
SÍNTESIS DE METODOLOGÍAS I
• Métodos cuya LBC corresponde a un promedio de datos históricos de las mediciones de losvalores de consumo de los usuarios.
• Por ejemplo 3 de 5 días en PJM, 10 días anteriores en CAISO
• Métodos cuya LBC requiere de un método estadístico• Temperatura como variable. Ejemplo: ERCOT
• Factor como PJM
• Métodos cuya LBC requiere encontrar días semejantes o los valores del consumo de energíaen intervalos cercanos al mismo día del evento
• 2 días anteriores y promedio PJM
• Métodos cuya LBC corresponde al mismo periodo del año anterior• Emergencia. Por ejemplo, Argentina.
Cualitativa
COMPARACIÓN DE METODOLOGÍAS I
SENCILLEZ La LBC debe ser lo suficientemente simple para que todas las partes interesadas puedan comprenderla, calcularla e implementarla.
INTEGRIDADUna LBC no debe incluir atributos que alienten o permitan a los clientes distorsionar su línea de base a través del consumo irregular ni les permitan jugar con el sistema.
EFECTIVIDADQué tan efectiva es la LBC para reportar resultados favorecedores a los programas.
INCLUSIÓNIdentificación de las restricciones de un método para que una mayor cantidad de usuarios puedan participar en el programa de RD.
RESTRICCIONESRestricciones que cada metodología de LBC presentaría para ser aplicada.
Cualitativa
COMPARACIÓN DE METODOLOGÍAS II
Metodología / Criterio Efectividad Sencillez Integridad Inclusión Restricciones Calificación
Métodos cuya LBC es un promedio de datos históricos de las
mediciones de los valores de consumo de los usuarios2 3 1 2 4 12
Métodos cuya LBC requiere de un método estadístico 4 2 2 2 3 13
Métodos cuya LBC requiere encontrar días semejantes o los valores
del consumo de energía en intervalos cercanos al mismo día del
evento
3 2 3 3 3 14
Métodos cuya LBC corresponde al mismo periodo del año anterior 1 4 4 4 1 14
Pocas diferencias en la calificación cualitativa de estas
Cuantitativa
COMPARACIÓN DE METODOLOGÍAS III
• 7 metodologías
• Muestra de lecturas horarias de octubre 2019 a febrero 2020 de 20 fronteras de usuarios regulados y 50 fronteras de usuarios no regulados del SIN suministradas por XM
• Programa estadístico en lenguaje Python desarrollado por el equipo consultor.
COMPARACIÓN DE METODOLOGÍAS IV
PROMEDIO
Para 5, 10, 15, 20, 25 y 30 días
T-1T-2T-3T-4T-5
MÉT
OD
O 1
MÉT
OD
O 2
PROMEDIO
Para 2,3,4,5,6,7 y 8 semanas
S-1S-2
Se calcula la LBC para cada hora del día comoel valor promedio de los consumos para lamisma hora de los x número de díasanteriores.
Se calcula la LBC para cada hora de
cada día de la semana como el
valor promedio de los consumos
para cada hora del mismo día del
número de semanas x anteriores.
T-1…T-7T-1…T-7
COMPARACIÓN DE METODOLOGÍAS VM
ÉTO
DO
S 3
y 4
MÉT
OD
O 5
CUADRADO DE LAS DIFERENCIAS
Para 10 días
Para 2,3,4,5,6,7 y 8 semanas
REG. LINEAL
+ temperatura
T-1T-2
T-3T-4
T-5T-6
T-7T-8
T-9T-10
Se calcula como una proyección(por regresión lineal) para cadahora del día de la semanatomando como predictores lamisma hora del mismo tipo de díadel número x de las semanasanteriores.
LBC de la hora del día como el valor de lamisma hora del día similar, se encuentracomo el día dentro de 10 días anterioresen los cuales los consumos de las horasprevias a la hora presentan el menor valorde las sumas de las diferenciascuadráticas de cada hora previa.
v
MÉT
OD
O 6
PROMEDIO
Para 2,3,4,5,6,7 y 8 semanas
S-1S-2
COMPARACIÓN DE METODOLOGÍAS VIM
ÉTO
DO
7
PROMEDIO
Para 4, 8, 12 y 16 semanas anteriores
S-4
Se calcula la LBC para el díacomo el promedio delconsumo del mismo día delnúmero x de semanas
anteriores.
Se calcula la LBC para cada día desemana como el promedio delconsumo del mismo día de 4semanas inician 4, 8, 12 y 16semanas antes.
S-1S-2S-3
T-1…T-7 T-1…T-7 T-1…T-7 T-1…T-7
Metodología LBC Duración de ventana
1. Días anteriores consecutivos 5,10,15 ,20 ,25 ,30 días
2. Mismo día de semanas anteriores 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 semanas
3. Regresión 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 semanas
4. Regresión con temperatura 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 semanas
5. Día similar 10 días ordinarios previos
6. Promedio Día 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 semanas
7. Cuatro semanas anteriores 4 semanas iniciando 4, 8, 12 y 16 semanas antes
COMPARACIÓN DE METODOLOGÍAS VII
Error medio porcentualError absoluto
medio porcentualError cuadrático medio
relativo de la raíz
SESGO PRECISIÓN
RESULTADOS I
Resultados de los índices para la simulación del método 2 (mismo día de semanas anteriores)
LBC MétodoMediana
Información más recienteMediana
Información más antigua
2Mismo día de
semanas anteriores11,7% 19,2%
3 Regresión 11,7% 19,7%
4Regresión con temperatura
11,7% 19,7%
1Días anteriores consecutivos
15,6% 19,7%
7Cuatro semanas
anteriores17,9% 19,5%
6 Promedio día 20,1% 17,7%
5 Día similar 23,2%
RESULTADOS II
Resultados del indicador RRMSE para cada metodología:
• Por comparación cualitativa, las metodologías no presentan grandes diferencias.
• La metodología 2 es la que arroja un menor error de estimación con medición horaria. Para medición diaria, lamejor metodología es la 6.
• Cuando se aumentan la ventanas de los predictores el error incrementa. Ventana predictores corta.
• Los mecanismos usados para corregir la LBC con la información del mismo día (llamados en la literaturainternacional como Ajustes o morning adjustments) han demostrado mejorar significativamente la estimación delconsumo y son aplicables para LBC de intervalo horario, como son casos de uso del recurso demanda porlimitación en la red, que conducen a límites momentáneos de capacidad.
• Se debe advertir que en todas las metodologías analizadas se requiere telemedición y medición horaria o diaria delconsumo de energía eléctrica de los usuarios.
• Si se identifica un usuario sensible a temperatura esta puede considerarse en la metodología haciendo un ajuste ala LBC con un factor de ajuste calculado de la regresión temperatura consumo.
• Una sola metodología de LBC no puede cubrir todos los tipos de usuarios que se encuentran en el mercado.
RESULTADOS III
USUARIOS SIN LBC I
El consumidor es informado de la tarifa a la cual se le cobra en la hora o período de tiempo respectivo y esteresponde a esa información cambiando su consumo.
SEG
UID
OR
DE
PR
ECIO
USU
AR
IO
ESP
ECU
LAD
OR
El usuario hace una oferta por una cantidad de consumo, la cual es un compromiso, que se convierte en un valorde referencia para medir la variación de su demanda. En la liquidación se compara la anterior con el valor real delconsumo y se liquida la reducción o incremento al valor del mercado.
El grupo de control se determina aplicando la metodología de “cluster” realizando una caracterización delconsumo. A este grupo se le realiza la estimación de su consumo y se compara con el consumo realizado por elgrupo tratamiento, La diferencia entre ambos consumos es lo que se entiende por ahorro del consumo por partedel grupo tratamiento.
GR
UP
OS
CO
NTR
OL
ALG
OR
ITM
OS
DE
ING
ENIE
RÍA
Algoritmos desarrollados para cargas específicas utilizados por el usuario para hacer la desconexión del equipocuando es requerido.
DESCRIPCIÓN DE LBC EN COLOMBIA IPrograma DDV y RD
Esquema tarifario diferenciado para el ahorro de energía -Programa "Apagar paga"
Fórmula
Valor de consumo < LBC - Error (5%).Adaptación de un modelo multiplicativo de descomposición de series de tiempo: C = T x E x UC es el consumo, T la tendencia, E la componente estacional y U el
error. (Frontera comercial)
La tendencia se estima mediante regresión lineal.
- Se utiliza el promedio diario del mismo día para contadorindependiente.
Se definió al nivel del usuario (meta individual), como el consumo de energía dedicho usuario en el mes de febrero de 2016.
El usuario puede solicitar que su LBC sea el promedio de consumo de los últimos 6meses (terminando en febrero de 2016), o de los meses que le hayan facturadohasta febrero de 2016, en caso de que no haya cumplido 6 meses de consumo enesa fecha.
Así mismo LBC al comercializador igual al mes de febrero.
Predictores Consumo día kWh
Tamaño Muestra 105 días (últimas 15 semanas) 29 días
Horizonte Predicción Una semana 30 días
Variable independiente kWh-día kWh-mes
Intervalo de tiempo Día Día
Tipo de usuario Ususario con telemedida y medición horaria Usuarios regulados del SIN
Segmento Fronteras cuyos usuarios presentan poca variabilidad en suconsumo de energía. Deben ser grandes consumidores
Usuarios regulados del SIN
Esquema RD Condición de emergencia energética Condición de emergencia de energía
Requisitos Medida Medidor con lectura horaria Medición horaria agregador y mensual usuario
Error 5% No aplica
RESULTADOS DE APLICACIÓN DE LOS PROGRAMAS I
Mes GWh
Enero 5584
Febrero 5465
Marzo 5367
Abril 5397
Demanda los 4 primeros meses del año 2019
-1,8%
-1,2%
MesDemanda promedio
diaria: regulados
Demanda promedio
diaria: No regulados
Febrero 128,0 60,4
Marzo 116,8 56,4
Abril 123,7 56,2
Valor promedio de la demanda diaria descompuesta por tipo de usuario
Tendencia a reducción de la efectividad de la medida con el tiempo de permanencia de la medida.
Se destaca el comportamiento estable de la
reducción, la cual tuvo un remanente a lo
largo del resto del año para terminar con una
reducción del 1.7% en el año con relación al
año 2015.
-9%
-3,3%
-6%-7%
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
Apagar Paga RD
Mill
on
es d
e p
eso
s
Programa
Remuneración asociada a los programas
Marzo Abril
• La mediana del MPE es negativa con un valor de0.52%.
• La mediana del MAPE es de 6.17%. Con excepción de3 casos, la muestra restante se encuentra con unerror inferior al 10%.
• La mediana del RRMSE es de 8.12%.
Apagar Paga
Sesgo bajo
Error bajo
• La mediana del MPE es negativa con un valor de7.1%.
• La mediana del MAPE es de 12.45%.
• La mediana del RRMSE es de 15.1%.
DDV y RD
Sesgo medio
Error alto
PRECISIÓN DE LBC I
PARALELO A REFERENCIAS INTERNACIONALES IDiferencias más importantes en DDV y RD:
• Métodos de regresión
COLOMBIA INTERNACIONAL
• Métodos por promedio de consumo histórico.
• Raíz del error cuadrático medio 20%
• Medición por intervalos
• Muestra de 60 días• Muestra de 105 días
• Medición horaria
• Valor absoluto del error medio 5%
• La DDV o RD se encuentra habilitadapara condiciones de escasez, cuandoel precio bolsa supera el 108% preciode escasez.
• Para los casos en que se oferta paraemergencia la oferta es mayor que1000USD/MWh.
PARALELO A REFERENCIAS INTERNACIONALES IIDiferencias más importantes en Apagar Paga:
• Cálculo con consumo del mes anterior
COLOMBIA INTERNACIONAL
• Cálculo con el mismo período del año anterior
• Medición por ciclos -lectura manual mensual • Telemedición de acuerdo a intervalos
• Descalce entre el consumo medido y facturado
• Mayor reducción por el factor de pérdidas.• No trazabilidad.
• Lecturas de usuarios sincronizadas con las del mercado
• Políticas de pasar a sistemas AMI
• Liquidación de compras y ventas horarias. Alcomercializador se le remunera la diferenciaentre el precio de bolsa y el de escasez.
• La liquidación se hace por intervalo del mercado y tiene un tratamiento similar al de los generadores.
DESARROLLOS FUTUROS IINTELIGENCIA ARTIFICIAL BAYESIANOS
LÍNEA DE BASE ENERGÉTICA
• Redes neuronales • Aprendizaje de máquinas • Sistemas multi-agentes• Inspirada en la naturaleza
• Verificación | Medición ≡ Pr (ahorro | medición)
• Mejoras en productividad en función de la disminución de loscostos de producción de acuerdo con la participación e intensidadde la energía en dichos costos.
• Identificación de pérdidas o ineficiencias energéticas no esperadasu ocultas en los procesos, la disminución del tiempo de detección ycorrección de fallas que producen sobreconsumos energéticos, seconstituyen en potenciales de ahorro de energía con baja inversióne implementación a corto plazo.
RECOMENDACIONES I
Recomendaciones para el cálculo de LBC:
Método 2: Se calcula la LBC para cada hora de cada día de la semana como el valor promedio de los consumos paracada hora del mismo día del número de semanas x anteriores. Este debería ser utilizado en los casos de programas depotencia.
Método 6: Se calcula la LBC para el día, como el promedio del consumo del mismo día del número x de semanasanteriores, el cual debería ser usado en programas de energía.
• Se recomienda hacer uso de la metodología RRMSE para la medición del error de estimación del método, puestoque es considerablemente más sensible a errores de estimación altos a comparación de otros con un umbral del20%.
• La implementación de cualquier metodología simulada en este estudio requiere de telemedición inteligente yhoraria
• Trato diferencial para lunes festivos.
• No hacer eliminación de datos atípicos sino reemplazo de los mismos.
RECOMENDACIONES II• El número de semanas para la estimación de la LBC debe ser igual a 6, con el fin de lograr excluir los datos
atípicos; el de menor y mayor consumo.
• La adición de un factor de ajuste aditivo o multiplicativo a las LBC permite mejorar la precisión de las líneasbase de consumo e incluir el efecto de la temperatura para metodologías con intervalo horario para aquellosusuarios cuyo consumo presenta correlación con esta variable.
• Reducir el tamaño de la muestra de información tomada a 60 días.
• Nuevas metodologías presentadas son alternativas a las actuales.
• Permitir a usuario que puedan participar con la cantidad de energía que cumple con las condiciones deexactitud y precisión establecidas con un nivel de LBC pero remunerando hasta este nivel.
• Es conveniente que se le permita al usuario proponer su propia metodología de LBC cumpliendo con lasmismas condiciones de exactitud y precisión.
• La liquidación a usuarios debe remunerar el total de ahorro alcanzado por el usuario.
• Los programas de RD en Colombia han sido útiles y efectivos para incentivar el ahorro de energía eléctricapor parte de los usuarios.
• La precisión de la línea base de consumo del programa Apagar Paga es relativamente alta, midiendo esta através del MPE, MAPE y RRMSE.
• Oportunidades de mejora:
• Diferencia entre los ciclos de facturación y medición.
• Desarrollar herramientas digitales con las cuales se expongan las señales económicas al mercado, con el fin de que losusuarios puedan optar por evaluar sus decisiones.
• Para usuarios con telemedida, ofrecer las metodologías propuestas como alternativa en la que se simplifica el cálculo yse toma una ventana menor.
• Con respecto a usuarios sin medición, incentivar la implementación de agregadores mientras se tiene telemedición ylectura horaria si no diaria. Tener un esquema transparente de desagregación para pasar la información y losbeneficios al usuario final.
CONCLUSIONES I
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