Comunicación presentada al IV Congreso Ciudades Inteligentes:
Autor
- Paulo Samaniego Rojas, Especialista de Telecomunicaciones, INCA, docente – Universidad Nacional de Loja
Resumen
En marzo de 2016, a través de la Alcaldía de la ciudad de Loja y sus socios estratégicos entre ellos la Empresa Eléctrica Regional del Sur, arranca la ejecución del Proyecto de Regeneración Urbana del Casco Urbano Central de la Ciudad de Loja; la intervención integral del proyecto busca conseguir que las Tecnologías de la Información brinden un gran aporte para obtener como resultado una ciudad pionera en el campo de SMART CITIES en el Ecuador y convertirse en referente de innovación y visión futurista. Entre los componentes propuestos en el Proyecto se encuentra el cambio de la iluminación pública actual a través de lámparas de vapor de sodio con la inclusión de tecnología LED para alrededor de cerca de 1000 nuevas luminarias; además del cambio de luminarias se busca implementar mecanismos de eficiencia energética que permitan la sustentabilidad a largo plazo traducido en ahorro, seguridad ciudadana y desarrollo económico de la ciudad, para este fin se ha propuesto implementar un sistema de telegestión de luminarias con tecnología inalámbrica.
Palabras clave
Eficiencia Energética, Luminarias Públicas, Telegestión, Smart Cities, Regeneración Urbana
Sistema de Telegestión
Antecedentes
- Plan Maestro de Electrificación 2013 – 2022 CONELEC (Consejo Nacional de Electricidad). El Volumen IV, “Aspectos de Sustentabilidad y Sostenibilidad Social y Ambiental”, muestra ampliamente, la necesidad de que en la actualidad se implemente planes de eficiencia energética así como un sistema de gestión sustentable y de riesgos que integren los esfuerzos de los agentes del sector eléctrico en todas las etapas funcionales. (Conelec, 2013)
- El consumo de energía eléctrica para Alumbrado Público es de 5% a nivel nacional, lo que representa 913 GWh (Conelec, 2013). Así mismo, el consumo de energía eléctrica para Alumbrado Público en la ciudad de Loja es de 13GWh lo que representa el 16% del total. (Salazar, 2014)
- Como mecanismos y políticas propuestas por el Ministerio de Electricidad y Energía Eléctrica Renovable (MEER) para ahorro energético, se elabora el Plan de Eficiencia Energética para el Ecuador 2013-2022 con su plan Renova (cambio de tecnología en refrigeradores) y plan de sustitución de focos ahorradores por incandescentes (sector residencial). (Salazar, 2014)
- Como parte del Plan de Eficiencia Energética para el Ecuador 2013-2022, para el sector Alumbrado Público General se busca poseer condiciones básicas como el procurar eficiencia en el consumo energético, reducir el impacto ambiental y obtener un aceptable retorno de la inversión, mejorando la percepción de la seguridad y confort visual de la población. Dentro de las acciones se propone: reemplazo de luminarias simples por doble nivel de potencia, implementación de nuevas tecnologías, telegestión para el alumbrado público. (Conelec, 2013)
- La estimación del nivel de ahorro esperado por la Empresa Eléctrica Regional del Sur para sus políticas de Plan Renova y cambio de focos es de 13% aproximadamente. (Salazar, 2014)
- En el mes de marzo de 2016, arrancó la ejecución del Proyecto de Regeneración Urbana de la Ciudad de Loja, el Proyecto tiene como propósito renovar las redes subterráneas de servicios públicos (agua potable, alcantarillado, red eléctrica y de comunicaciones), mejorar la calidad de prestación de los mismos, y renovar la imagen del casco céntrico de la ciudad, mediante la ejecución de un conjunto de obras de infraestructura y planes sociales y ambientales que garanticen el uso eficiente del espacio público. Dentro del alcance para el componente eléctrico se proyecta el reemplazo de aproximadamente 1000 luminarias de alumbrado público y 45.17 Km de redes para este mismo fin. (Municipio de Loja, CAF, 2015)
Red de telegestión de luminarias LoraWan
Componentes
El sistema de telegestión propuesto para el control de luminarias de EERSSA se proyecta con los siguientes componentes:
- Luminaria Philips LUMA 1, BGP623
- Driver de luminaria: Philips Xitanium Constant Currents Xtreme LED
- Luminaria con controlador LoRaWAN (inteliLIGHT Fre-220-M).
- Concentrador de segmento (Multitech MTCDTIP-xxx)
- Software Intelilight StreetLight Control
- Sistema de Control WEB en la Nube: Hosting, servidor, base datos, servicios WEB, seguridades.
El concentrador y el servidor retransmiten los comandos asíncronos enviados a la luminaria desde el sistema de control. El sistema de información aloja la información de cada lámpara en una base de datos PostGreSQL para su posterior análisis. A esta información se accede mediante un navegador WEB después de autenticar las credenciales del usuario. El sistema toma la información de la hora de la nube, sin necesidad de GPS. Para esto se usan servidores NTP (network time protocol) externos disponibles en la nube que proporcionan una base de tiempo exacta y confiable.
En la siguiente figura se describen los elementos que componen el sistema de telegestión propuesto.
Luminarias
Para implementar la red LPWAN es necesario que el dispositivo final maneje el protocolo de red LoRaWAN. Las luminarias Luma 1 – BGP623 proyectadas cumplen con este requisito mínimo; cuentan en su interior con un dispositivo de comunicación LoRaWAN (inteliLIGHT Fre-220-M), además de una interfaz dimerizable 1-10V mediante el driver Xitanium para poder cambiar el nivel de brillo, ON-OFF. Cada luminaria tiene incorporada una antena externa, con grado de protección adecuado para evitar filtraciones de agua e ingreso de polvo dentro de la luminaria. Esta antena va instalada en la parte superior de la luminaria.
El dispositivo inteliLIGHT Fre-220-M de la luminaria utiliza las frecuencias de 902 – 928 MHz con una potencia máxima de radiación de 100mW. Considerando la resolución 04-03- ARCOTEL-2016, Sexta disposición transitoria: “Los usuarios del espectro radioeléctrico que operen equipos de radiocomunicaciones con potencias menores a 100 mW sin antenas directivas y que no correspondan a redes de acceso a servicios de telecomunicaciones, y los que operen al interior de locales, edificios y en general áreas privadas con potencias menores a 300 mW sin antenas exteriores, en cualquier tecnología, no requieren de un título habilitante para su operación” (Agencia de Control y Regulación de las Telecomunicaciones, 2016), por tanto, la red LoRaWAN propuesta no causará problemas de interferencia con los servicios móviles terrestres atribuidos a la banda de frecuencias 902-928 MHz según el Plan Nacional de Frecuencias del Ecuador en la Región 2.
El dispositivo controlador de luminaria cuenta con una salida para control ON-OFF (encendido-apagado) de la luminaria, medición de energía, y posibilidad de utilizar sensores externos para ser integrados al sistema. Para la comunicación entre gateway y luminarias no es necesario línea de vista entre estas, ya que el equipo receptor tiene un umbral que permitirá la comunicación (-148dBm) según el estudio completo de ingeniería.
Gateway
Los gateways proyectados se instalarán en los postes de las luminarias, aproximadamente a una altura entre 10-12m. El concentrador recoge, analiza y almacena los datos procedentes de los controladores de luminarias y los envía al Servidor del Sistema de Control WEB alojado en la Nube. Para esto se requiere utilizar un backhaul con salida a Internet, esto podrá permitir el uso de servicios que se encuentran en la nube, como es el caso de servidores NTP. Para el caso de este proyecto se prevé la comunicación vía red celular.
El concentrador al manejar el Protocolo abierto LoRaWAN, puede unir a la red cualquier dispositivo IoT (medidores de luz, sensores de CO2, medidores de sonido, etc) que soporte dicho protocolo. El número de luminarias por concentrador dependerá de su ubicación y de su entorno. Se estima un número promedio entre 45 y 50 luminarias por concentrador.
El diagrama de parte de la cobertura teórica de los concentradores con los niveles de calidad de señal y de unas luminarias con el nivel de recepción se puede observar en la figura 3, aquí se muestra el modelo de propagación de la señal en el rango de 902-928MHz. La potencia de transmisión de señal es 100mW, en rojo se muestra la señal mayor a -67dBm de fuerza que corresponde a una calidad de señal excelente, en amarillo la señal de -82.9 a -67 dBm que corresponde a una calidad de señal buena, y en verde la señal entre -100 a -82.9 dBm que corresponde a una calidad de señal aceptable. Se colocan algunas luminarias para la simulación en las áreas más críticas. Según la simulación se puede apreciar en el peor de los casos (luminaria más lejana) se llega a tener un nivel de señal de recepción de -114dBm, valor que está por encima del umbral de sensibilidad del equipo receptor que es de -148dBm. El área de cobertura del Proyecto abarca alrededor de 170 hectáreas.
Sistema de Control
El sistema de control inteliLIGHT® StreetLight Control se prevé alojar en la nube, e incluye todo el hardware y software de servidor necesario para cumplir todas las funciones de almacenamiento, seguridad de la información, respaldo, etc. El acceso al sistema de control es vía WEB mediante usuario y contraseña, por lo que se accede al mismo desde cualquier dispositivo móvil o de escritorio que cuente con acceso al Internet.
Discusión
Mediante el SIGDE (Sistema Integrado para la Gestión de la Distribución Eléctrica), se han iniciado los respectivos análisis para que los sistemas de distribución cuenten con smart grids, dentro de este contexto se enmarca la telegestión e interoperatividad del alumbrado público. (Conelec, 2013)
El objetivo principal es convertir al sistema de alumbrado público en una infraestructura inteligente, capaz de integrar y gestionar todos los servicios disponibles, reduciendo costos y minimizando el número de luminarias indisponibles.
Entre las principales ventajas de la telegestión del alumbrado público tenemos:
- Ahorro en el consumo energético de hasta 45%.
- Proporciona toda la información sobre las instalaciones y equipos, permitiendo planificar la operación y mantenimiento.
- Asegura el funcionamiento permanente de las luminarias con calidad de servicio.
- Permite la programación de operatividad en tiempo real.
- La implementación de tecnologías como las luminarias de inducción y led, son esenciales en la eficiencia energética, ya que se debe realizar análisis de acuerdo a las características fotométricas, ambientales, entre otros, que tecnología se adapta mejor al ambiente.
El aporte social de esta implementación se centra en crear y mantener ambientes seguros, permitiendo condiciones de habitabilidad y tranquilidad en la noche, proporcionando condiciones favorables para el desarrollo.
Otro de los aportes sociales busca mejoras en el tránsito vehicular y de personas: representa un beneficio importante en la seguridad y movilidad del tráfico, evitando pérdidas de vidas humanas y materiales.
El aporte en el sector económico con la iluminación eficiente, se consigue en la reducción del consumo de energía y demanda eléctrica, produciendo beneficios financieros inmediatos, reduciendo las inversiones en centrales de generación.
Técnicamente el uso de sistemas tecnológicos en el alumbrado público, debe proyectar al uso eficiente de energía que permita el ahorro en costos de mantenimiento.
Conclusiones
Se espera una reducción de -2.9 MWh en los años próximos venideros aplicando eficiencia en el alumbrado público, pese a la importancia detallada en el presente documento, a las políticas goburnamentales instauradas, la planificación ya en la ejecución de estos sistemas aún en el Ecuador carece del protagonismo que debería dársele, tal es así que la propuesta para la ciudad de Loja es una de las pioneras en el país. Las inversiones previstas en estos sistemas brindarán a las eléctricas la posibilidad de aportar de manera considerable a la comunión de buenas prácticas ambientales, técnicas y económicas no sólo en beneficio propio sino en el de la sociedad en general.
La tecnología propuesta para este componente del Proyecto cumple con los objetivos planteados por los participantes del proyecto, existen en el mercado diversas soluciones con varios fabricantes, la decisión recae en los ejecutivos los cuales deberían tener claro el panorama para la elección, sopesando aspectos técnico-económicos.
El sistema proyectado tiene la posibilidad de incorporar varios tipos de sensores adicionales (CO2, polución, entre otros), la implementación de estos sistemas marca un hito en el desarrollo de las ciudades, desarrollo enmarcado en el camino hacia convertirse en SMART CITIES, el crecimiento futuro que éste y otros sistemas pueden brindar involucra la posibilidad de crecer posteriormente hacia barrios inteligentes, así como varios otros distintos componentes integrales.
Referencias
- Agencia de Control y Regulación de las Telecomunicaciones. (2016). Reglamento Para Otorgar Títulos Habilitantes Para Servicios Del Régimen General De Telecomunicaciones Y Frecuencias Del Espectro Radioeléctrico. Quito: Arcotel.
- Conelec. (2013). Plan Maestro de Electrificación 2013 – 2022. Quito: MIES, MEER.
- Municipio de Loja, CAF. (2015). Plan de Ordenamiento y Desarrollo Sostenible del Casco Urbano Central de la Ciudad de Loja Manual de Operación del Proyecto . Loja: ML, CAF.
- Salazar, J. (2014). El uso eficiente del recurso energético, una alternativa para impulsar el Desarrollo Sustentable en la ciudad de Loja periodo 2007-2013. Loja: UTPL.