Un corte de energía (también llamado corte de energía , apagón , falla eléctrica , apagón , pérdida de energía eléctrica o apagón ) es la pérdida del suministro de la red de energía eléctrica a un usuario final .
Existen muchas causas por las que se producen fallos de suministro eléctrico en una red eléctrica. Ejemplos de estas causas incluyen fallas en las centrales eléctricas , daños a las líneas de transmisión eléctrica , subestaciones u otras partes del sistema de distribución , un cortocircuito , falla en cascada , operación de fusibles o disyuntores .
Los cortes de energía son particularmente críticos en sitios donde el medio ambiente y la seguridad pública están en riesgo. Instituciones como hospitales , plantas de tratamiento de aguas residuales y minas normalmente tendrán fuentes de energía de respaldo, como generadores de reserva , que se pondrán en marcha automáticamente cuando se corte la energía eléctrica. Otros sistemas críticos, como las telecomunicaciones , también deben tener energía de emergencia. La sala de baterías de una central telefónica suele tener conjuntos de baterías de plomo-ácido como respaldo y también un enchufe para conectar un generador durante períodos prolongados de corte. Durante un corte de energía, se produce una interrupción en el suministro de electricidad, lo que provoca una pérdida de energía en hogares, empresas y otras instalaciones. Los cortes de energía pueden ocurrir por varias razones, incluidas condiciones climáticas severas (como tormentas, huracanes o tormentas de nieve), fallas de equipos, sobrecarga de la red o mantenimiento planificado.
Los cortes de energía se clasifican en tres fenómenos diferentes, relacionados con la duración y el efecto del corte:
Los apagones continuos ocurren cuando la demanda de electricidad excede el suministro y permiten que algunos clientes reciban energía al voltaje requerido a expensas de otros clientes que no reciben energía en absoluto. Son algo común en los países en desarrollo y pueden programarse con anticipación o ocurrir sin previo aviso. También han ocurrido en países desarrollados, por ejemplo en la crisis eléctrica de California de 2000-2001, cuando la desregulación gubernamental desestabilizó el mercado mayorista de electricidad. Los apagones también se utilizan como medida de seguridad pública, como para evitar que una fuga de gas se incendie (por ejemplo, se cortó el suministro eléctrico en varias ciudades en respuesta a las explosiones de gas de Merrimack Valley ), o para evitar incendios forestales alrededor de líneas de transmisión mal mantenidas ( como durante los cortes de energía de California de 2019 ).
En las redes de suministro de energía , la generación de energía y la carga eléctrica (demanda) deben ser muy cercanas a la igual cada segundo para evitar sobrecargas de los componentes de la red, que pueden dañarlos severamente. Los relés y fusibles de protección se utilizan para detectar automáticamente sobrecargas y desconectar circuitos con riesgo de dañarse.
Bajo ciertas condiciones, el apagado de un componente de la red puede causar fluctuaciones de corriente en segmentos vecinos de la red, lo que lleva a una falla en cascada de una sección más grande de la red. Esto puede abarcar desde un edificio hasta un bloque, una ciudad entera o una red eléctrica completa .
Los sistemas de energía modernos están diseñados para resistir este tipo de falla en cascada, pero puede ser inevitable (ver más abajo). Además, dado que no existe ningún beneficio económico a corto plazo al prevenir fallas raras a gran escala, los investigadores han expresado su preocupación de que exista una tendencia a erosionar la resiliencia de la red con el tiempo, que solo se corrige después de que ocurre una falla importante. En una publicación de 2003, Carreras y sus coautores afirmaron que reducir la probabilidad de pequeños apagones sólo aumenta la probabilidad de que se produzcan otros más grandes. [2] En ese caso, el beneficio económico a corto plazo de mantener contento al cliente individual aumenta la probabilidad de apagones a gran escala.
El Comité Senatorial de Energía y Recursos Naturales celebró una audiencia en octubre de 2018 para examinar el " inicio en negro ", el proceso de restauración de la electricidad después de una pérdida de energía en todo el sistema. El objetivo de la audiencia fue que el Congreso conozca cuáles son los planes de respaldo en la industria eléctrica en caso de que la red eléctrica sufra daños. Las amenazas a la red eléctrica incluyen ciberataques, tormentas solares y condiciones climáticas adversas, entre otras. Por ejemplo, el " Apagón del Noreste de 2003 " se produjo cuando árboles demasiado grandes tocaron líneas eléctricas de alto voltaje. Alrededor de 55 millones de personas en Estados Unidos y Canadá se quedaron sin electricidad, y restaurarla costó alrededor de 6 mil millones de dólares. [3]
Los sistemas informáticos y otros dispositivos electrónicos que contienen circuitos lógicos son susceptibles a la pérdida de datos o daños al hardware que pueden ser causados por una pérdida repentina de energía. Estos pueden incluir equipos de redes de datos, proyectores de vídeo, sistemas de alarma y ordenadores. Para proteger los sistemas informáticos contra esto, el uso de una fuente de alimentación ininterrumpida o 'UPS' puede proporcionar un flujo constante de electricidad si una fuente de alimentación primaria deja de estar disponible durante un corto período de tiempo. Para protegerse contra sobretensiones (eventos en los que el voltaje aumenta durante unos segundos), que pueden dañar el hardware cuando se restablece la energía, se puede utilizar un dispositivo especial llamado protector contra sobretensiones que absorbe el exceso de voltaje.
Restaurar la energía después de un corte en un área amplia puede ser difícil, ya que es necesario volver a poner en funcionamiento las centrales eléctricas. Normalmente, esto se hace con la ayuda de la energía del resto de la red. En ausencia total de energía de la red, es necesario realizar un llamado arranque en negro para poner la red eléctrica en funcionamiento. Los medios para hacerlo dependerán en gran medida de las circunstancias locales y de las políticas operativas, pero normalmente las empresas de transmisión establecerán "islas de energía" localizadas que luego se acoplarán progresivamente. Para mantener las frecuencias de suministro dentro de límites tolerables durante este proceso, la demanda debe reconectarse al mismo ritmo que se restablece la generación, lo que requiere una estrecha coordinación entre las centrales eléctricas y las organizaciones de transmisión y distribución.
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Basándose en datos históricos [4] y modelos informáticos [5] [6], se ha argumentado que las redes eléctricas son sistemas críticos autoorganizados . Estos sistemas presentan perturbaciones inevitables [7] de todos los tamaños, hasta el tamaño de todo el sistema. Este fenómeno se ha atribuido al aumento constante de la demanda/carga, la economía de administrar una compañía eléctrica y los límites de la ingeniería moderna. [8]
Si bien se ha demostrado que la frecuencia de los apagones se reduce al operarla más lejos de su punto crítico, generalmente no es económicamente viable, lo que hace que los proveedores aumenten la carga promedio con el tiempo o actualicen con menos frecuencia, lo que hace que la red se acerque a su punto crítico. Por el contrario, un sistema que supere el punto crítico experimentará demasiados apagones, lo que provocará actualizaciones en todo el sistema y lo hará volver a estar por debajo del punto crítico. El término punto crítico del sistema se utiliza aquí en el sentido de física estadística y dinámica no lineal, representando el punto donde un sistema sufre una transición de fase; en este caso, la transición de una red estable y confiable con pocas fallas en cascada a una red muy esporádica y poco confiable con fallas en cascada comunes. Cerca del punto crítico, la relación entre la frecuencia y el tamaño del apagón sigue una distribución de ley de potencia . [6] [8]
Las fallas en cascada se vuelven mucho más comunes cerca de este punto crítico. La relación potencia-ley se ve tanto en datos históricos como en sistemas modelo. [8] La práctica de operar estos sistemas mucho más cerca de su capacidad máxima conduce a efectos magnificados de perturbaciones aleatorias e inevitables debido al envejecimiento, el clima, la interacción humana, etc. Si bien están cerca del punto crítico, estas fallas tienen un mayor efecto en los componentes circundantes. debido a que los componentes individuales soportan una carga mayor. Esto da como resultado que la mayor carga del componente defectuoso tenga que redistribuirse en mayores cantidades por todo el sistema, lo que aumenta la probabilidad de que fallen componentes adicionales no afectados directamente por la perturbación, lo que provoca fallas en cascada costosas y peligrosas. [8] Estas perturbaciones iniciales que provocan apagones son aún más inesperadas e inevitables debido a las acciones de los proveedores de energía para evitar perturbaciones evidentes (tala de árboles, separación de líneas en zonas ventosas, sustitución de componentes obsoletos, etc.). La complejidad de la mayoría de las redes eléctricas a menudo hace que la causa inicial de un apagón sea extremadamente difícil de identificar.
Los líderes desdeñan las teorías de sistemas que concluyen que los apagones son inevitables, pero están de acuerdo en que se debe cambiar el funcionamiento básico de la red. El Instituto de Investigación de Energía Eléctrica defiende el uso de funciones de redes inteligentes , como dispositivos de control de energía que emplean sensores avanzados para coordinar la red. [9] Otros abogan por un mayor uso de cortafuegos de corriente continua de alto voltaje (HVDC) controlados electrónicamente para evitar que las perturbaciones se produzcan en cascada a través de las líneas de CA en una red de área amplia . [10]
En 2002, investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL), el Centro de Investigación de Ingeniería de Sistemas de Energía de la Universidad de Wisconsin (PSerc), [11] y la Universidad de Alaska Fairbanks propusieron un modelo matemático para el comportamiento de los sistemas de distribución eléctrica. [12] [13] Este modelo se conoce como modelo OPA, en referencia a los nombres de las instituciones de los autores. OPA es un modelo de falla en cascada. Otros modelos de fallos en cascada incluyen Manchester, fallos ocultos, CASCADE y Branching. [14] El modelo OPA se comparó cuantitativamente con un modelo de redes complejas de falla en cascada : el modelo Crucitti-Latora-Marchiori (CLM), [15] mostrando que ambos modelos exhiben transiciones de fase similares en el daño promedio de la red (caída de carga/demanda). en OPA, daño de trayectoria en CLM), con respecto a la capacidad de transmisión. [dieciséis]
A menudo se ha demostrado que los efectos de intentar mitigar las fallas en cascada cerca del punto crítico de una manera económicamente viable no son beneficiosos y, a menudo, incluso perjudiciales. Se han probado cuatro métodos de mitigación utilizando el modelo de apagón de OPA : [2]
Además del hallazgo de que cada estrategia de mitigación tiene una relación costo-beneficio con respecto a la frecuencia de apagones pequeños y grandes, ninguna de las medidas de mitigación mencionadas anteriormente redujo significativamente el número total de eventos de apagón. [2]
AE Motter propuso un modelo complejo basado en red para controlar grandes fallos en cascada (apagones) utilizando únicamente información local . [17]
En 2015, MS Saleh presentó una de las soluciones propuestas para reducir el impacto de los cortes de energía. [9]
Los servicios públicos se miden según tres medidas de desempeño específicas:
Grandes cortes de energía
