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