Una red eléctrica (o red eléctrica ) es una red interconectada para el suministro de electricidad desde los productores a los consumidores. Las redes eléctricas consisten en centrales eléctricas (a menudo ubicadas cerca de fuentes de energía y lejos de áreas densamente pobladas), subestaciones eléctricas para aumentar o disminuir el voltaje , transmisión de energía eléctrica para transportar energía a largas distancias y, por último, distribución de energía eléctrica a clientes individuales, donde el voltaje se reduce nuevamente al voltaje de servicio requerido. Las redes eléctricas varían en tamaño y pueden cubrir países o continentes enteros. De pequeñas a grandes, existen microrredes , redes síncronas de área amplia y superrredes .
Las redes casi siempre son síncronas, lo que significa que todas las áreas de distribución operan con frecuencias de corriente alterna (CA) trifásica sincronizadas (de modo que las oscilaciones de voltaje ocurren casi al mismo tiempo). Esto permite la transmisión de energía CA en toda el área, conectando una gran cantidad de generadores y consumidores de electricidad y permitiendo potencialmente mercados eléctricos más eficientes y generación redundante.
La red combinada de transmisión y distribución es parte del suministro de electricidad, conocida como " red eléctrica " en América del Norte , o simplemente "la red". En el Reino Unido , India , Tanzania , Myanmar , Malasia y Nueva Zelanda , la red se conoce como National Grid.
Aunque las redes eléctricas están muy extendidas, en 2016 [update], 1.400 millones de personas en todo el mundo no estaban conectadas a una red eléctrica. [1] A medida que aumenta la electrificación , crece el número de personas con acceso a la red eléctrica. Alrededor de 840 millones de personas (principalmente en África), lo que equivale a ca. El 11% de la población mundial no tenía acceso a la red eléctrica en 2017, frente a 1.200 millones en 2010. [2]
Las redes eléctricas pueden ser propensas a intrusiones o ataques maliciosos; por lo tanto, existe la necesidad de seguridad de la red eléctrica . Además, a medida que las redes eléctricas se modernizan e introducen tecnología informática, las amenazas cibernéticas comienzan a convertirse en un riesgo para la seguridad. [3] Preocupan especialmente los sistemas informáticos más complejos necesarios para gestionar las redes. [4]
Una microrred es una red local que suele formar parte de la red síncrona de área amplia regional pero que puede desconectarse y funcionar de forma autónoma. [5] Podría hacer esto en momentos en que la red principal se vea afectada por cortes. Esto se conoce como isla y podría funcionar indefinidamente con sus propios recursos.
En comparación con las redes más grandes, las microrredes suelen utilizar una red de distribución de menor voltaje y generadores distribuidos. [6] Las microrredes pueden no sólo ser más resilientes, sino también más económicas de implementar en áreas aisladas.
Un objetivo de diseño es que un área local produzca toda la energía que utiliza. [5]
Las implementaciones de ejemplo incluyen:
Una red síncrona de área amplia , también conocida como "interconexión" en América del Norte, conecta directamente muchos generadores que suministran energía de CA con la misma frecuencia relativa a muchos consumidores. Por ejemplo, existen cuatro interconexiones principales en América del Norte (la Interconexión Occidental , la Interconexión Oriental , la Interconexión de Quebec y la Interconexión de Texas ). En Europa, una gran red conecta la mayor parte de Europa continental .
Una red síncrona de área amplia (también llamada "interconexión" en América del Norte) es una red eléctrica a escala regional o mayor que opera a una frecuencia sincronizada y está conectada eléctricamente durante las condiciones normales del sistema. Estas también se conocen como zonas síncronas, la mayor de las cuales es la red síncrona de Europa continental (ENTSO-E) con 667 gigavatios (GW) de generación, y la región más amplia atendida es la del sistema IPS/UPS que presta servicio a los países del antigua Unión Soviética. Las redes síncronas con amplia capacidad facilitan el comercio del mercado eléctrico en amplias áreas. En 2008, en la REGRT-E se vendieron más de 350.000 megavatios hora al día en la Bolsa Europea de Energía (EEX). [15]
Cada una de las interconexiones en América del Norte funciona a 60 Hz nominales, mientras que las de Europa funcionan a 50 Hz. Las interconexiones vecinas con la misma frecuencia y estándares se pueden sincronizar y conectar directamente para formar una interconexión más grande, o pueden compartir energía sin sincronización a través de líneas de transmisión de energía de corriente continua de alto voltaje ( DC Ties ), o con transformadores de frecuencia variable (VFT). , que permiten un flujo controlado de energía y al mismo tiempo aíslan funcionalmente las frecuencias de CA independientes de cada lado.
Los beneficios de las zonas síncronas incluyen la agrupación de generación, lo que resulta en menores costos de generación; agrupación de carga, lo que resulta en efectos compensadores significativos; aprovisionamiento común de reservas, lo que resulta en costos de energía de reserva primaria y secundaria más baratos; apertura del mercado, lo que resulta en la posibilidad de contratos a largo plazo e intercambios de energía a corto plazo; y asistencia mutua en caso de disturbios. [dieciséis]
Una desventaja de una red síncrona de área amplia es que los problemas en una parte pueden tener repercusiones en toda la red. Por ejemplo, en 2018 Kosovo utilizó más energía de la que generó debido a una disputa con Serbia , lo que llevó a que la fase en toda la red sincrónica de Europa continental quedara por detrás de lo que debería haber sido. La frecuencia cayó a 49,996 Hz. Esto provocó que ciertos tipos de relojes se retrasaran seis minutos. [17]
Una superred o superred es una red de transmisión de área amplia cuyo objetivo es hacer posible el comercio de grandes volúmenes de electricidad a través de grandes distancias. A veces también se la denomina megared . Las superredes pueden apoyar una transición energética global suavizando las fluctuaciones locales de la energía eólica y solar . En este contexto se consideran como una tecnología clave para mitigar el calentamiento global . Las superredes suelen utilizar corriente continua de alto voltaje (HVDC) para transmitir electricidad a largas distancias. La última generación de líneas eléctricas HVDC puede transmitir energía con pérdidas de sólo el 1,6% cada 1.000 km. [19]
Los servicios eléctricos entre regiones muchas veces están interconectados para mejorar la economía y la confiabilidad. Los interconectores eléctricos permiten economías de escala, lo que permite comprar energía de fuentes grandes y eficientes. Las empresas de servicios públicos pueden extraer energía de las reservas de generadores de una región diferente para garantizar una energía continua y confiable y diversificar sus cargas. La interconexión también permite a las regiones tener acceso a energía a granel barata al recibir energía de diferentes fuentes. Por ejemplo, una región puede estar produciendo energía hidroeléctrica barata durante las temporadas de aguas altas, pero en las temporadas de aguas bajas, otra área puede estar produciendo energía más barata a través del viento, lo que permite a ambas regiones acceder a fuentes de energía más baratas entre sí durante diferentes épocas del año. Las empresas de servicios públicos vecinas también ayudan a otras a mantener la frecuencia general del sistema y también ayudan a gestionar las transferencias entre regiones de servicios públicos. [20]
El Nivel de Interconexión Eléctrica (EIL) de una red es la relación entre la potencia total del interconector a la red dividida por la capacidad de producción instalada de la red. Dentro de la UE, se ha fijado el objetivo de que las redes nacionales alcancen el 10% para 2020 y el 15% para 2030. [21]
La generación de electricidad es el proceso de generar energía eléctrica a partir de fuentes de energía primaria típicamente en centrales eléctricas . Normalmente esto se hace con generadores electromecánicos accionados por motores térmicos o por la energía cinética del agua o el viento. Otras fuentes de energía incluyen la energía solar fotovoltaica y la energía geotérmica .
La suma de la producción de energía de los generadores en la red es la producción de la red, generalmente medida en gigavatios (GW).
La transmisión de energía eléctrica es el movimiento masivo de energía eléctrica desde un sitio de generación, a través de una red de líneas interconectadas, hasta una subestación eléctrica , desde la cual se conecta al sistema de distribución. Este sistema de conexiones en red es distinto del cableado local entre subestaciones de alta tensión y clientes.
Debido a que la energía a menudo se genera lejos de donde se consume, el sistema de transmisión puede cubrir grandes distancias. Para una cantidad determinada de energía, la eficiencia de transmisión es mayor a voltajes más altos y corrientes más bajas. Por lo tanto, los voltajes se aumentan en la estación generadora y se reducen en las subestaciones locales para su distribución a los clientes.
La mayor parte de la transmisión es trifásica . Trifásico, en comparación con monofásico, puede entregar mucha más energía para una determinada cantidad de cable, ya que los cables neutro y de tierra son compartidos. [22] Además, los generadores y motores trifásicos son más eficientes que sus homólogos monofásicos.
Sin embargo, para los conductores convencionales una de las principales pérdidas son las pérdidas resistivas, que son una ley del cuadrado de la corriente y dependen de la distancia. Las líneas de transmisión de CA de alto voltaje pueden perder entre un 1% y un 4% por cada cien millas. [23] Sin embargo, la corriente continua de alto voltaje puede tener la mitad de pérdidas que la CA. En distancias muy largas, estas eficiencias pueden compensar el costo adicional de las estaciones convertidoras de CA/CC requeridas en cada extremo.
Las redes de transmisión son complejas y tienen rutas redundantes. El diseño físico a menudo está condicionado por el terreno disponible y su geología. La mayoría de las redes de transmisión ofrecen la confiabilidad que brindan las redes de malla más complejas . La redundancia permite que se produzcan fallos en la línea y la energía simplemente se redirige mientras se realizan las reparaciones.
Las subestaciones pueden realizar muchas funciones diferentes, pero generalmente transforman el voltaje de bajo a alto (incremento) y de alto a bajo (reductor). Entre el generador y el consumidor final, la tensión puede transformarse varias veces. [25]
Los tres tipos principales de subestaciones, según su función, son: [26]
Además de los transformadores, otros componentes o funciones importantes de las subestaciones incluyen:
La distribución es la etapa final en la entrega de energía; transporta electricidad desde el sistema de transmisión a los consumidores individuales. Las subestaciones se conectan al sistema de transmisión y bajan el voltaje de transmisión a media tensión que oscila entre2 kV y35 kilovoltios . Las líneas de distribución primaria transportan esta energía de media tensión hasta los transformadores de distribución ubicados cerca de las instalaciones del cliente. Los transformadores de distribución vuelven a bajar el voltaje al voltaje de utilización . Los clientes que demandan una cantidad mucho mayor de energía pueden conectarse directamente al nivel de distribución primaria o al nivel de subtransmisión . [29]
Las redes de distribución se dividen en dos tipos, radiales o en red. [30]
En ciudades y pueblos de América del Norte, la rejilla tiende a seguir el diseño clásico de alimentación radial . Una subestación recibe energía de la red de transmisión, la energía se reduce con un transformador y se envía a un autobús desde donde los alimentadores se abren en todas direcciones a lo largo del campo. Estos alimentadores transportan energía trifásica y tienden a seguir las calles principales cercanas a la subestación. A medida que aumenta la distancia desde la subestación, la distribución en abanico continúa a medida que laterales más pequeños se extienden para cubrir áreas que los alimentadores no alcanzan. Esta estructura en forma de árbol crece hacia afuera de la subestación, pero por razones de confiabilidad, generalmente contiene al menos una conexión de respaldo no utilizada a una subestación cercana. Esta conexión se puede habilitar en caso de emergencia, de modo que una porción del territorio de servicio de una subestación pueda ser alimentada alternativamente por otra subestación.
El almacenamiento de energía en red (también llamado almacenamiento de energía a gran escala ) es un conjunto de métodos utilizados para el almacenamiento de energía a gran escala dentro de una red eléctrica . La energía eléctrica se almacena durante las épocas en que la electricidad es abundante y barata (especialmente proveniente de fuentes de energía intermitentes , como la electricidad renovable proveniente de la energía eólica , la energía mareomotriz y la energía solar ) o cuando la demanda es baja, y luego se devuelve a la red cuando la demanda es alta, y Los precios de la electricidad tienden a ser más altos.
A partir de 2020 [update], la mayor forma de almacenamiento de energía en la red es la hidroelectricidad represada , tanto con generación hidroeléctrica convencional como con hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo .
Los avances en el almacenamiento de baterías han permitido que proyectos comercialmente viables almacenen energía durante los picos de producción y la liberen durante los picos de demanda, y para su uso cuando la producción cae inesperadamente, dando tiempo para que se pongan en funcionamiento recursos de respuesta más lenta.
Dos alternativas al almacenamiento en red son el uso de plantas de energía en horas punta para llenar los vacíos de suministro y la respuesta de la demanda para trasladar la carga a otros momentos.
La demanda o carga en una red eléctrica es la energía eléctrica total que extraen los usuarios de la red.
La gráfica de la demanda a lo largo del tiempo se llama curva de demanda .
La carga base es la carga mínima en la red durante un período determinado, la demanda máxima es la carga máxima. Históricamente, la carga base se cumplía comúnmente con equipos cuyo funcionamiento era relativamente económico y que funcionaba continuamente durante semanas o meses, pero a nivel mundial esto se está volviendo menos común. Los requisitos de demanda pico adicionales a veces son generados por costosas plantas de pico que son generadores optimizados para entrar en funcionamiento rápidamente, pero estas también se están volviendo menos comunes.
Sin embargo, si la demanda de electricidad excede la capacidad de una red eléctrica local, causará problemas de seguridad como un incendio. [31]
Las redes están diseñadas para suministrar electricidad a sus clientes a tensiones prácticamente constantes. Esto debe lograrse con demanda variable, cargas reactivas variables e incluso cargas no lineales, con electricidad proporcionada por generadores y equipos de distribución y transmisión que no son perfectamente confiables. [32] A menudo, las redes utilizan cambiadores de tomas en transformadores cerca de los consumidores para ajustar el voltaje y mantenerlo dentro de las especificaciones.
En una red síncrona, todos los generadores deben funcionar a la misma frecuencia y deben permanecer casi en fase entre sí y con la red. La generación y el consumo deben estar equilibrados en toda la red, porque la energía se consume a medida que se produce. Para los generadores giratorios, un gobernador local regula el par motor, manteniendo una velocidad de rotación casi constante a medida que cambia la carga. La energía cinética de rotación de los generadores almacena energía a corto plazo.
Aunque la velocidad se mantiene prácticamente constante, pequeñas desviaciones de la frecuencia nominal del sistema son muy importantes para regular los generadores individuales y se utilizan como forma de evaluar el equilibrio de la red en su conjunto. Cuando la red está ligeramente cargada, la frecuencia de la red supera la frecuencia nominal, y los sistemas de control automático de generación en toda la red toman esto como una indicación de que los generadores deben reducir su producción. Por el contrario, cuando la red está muy cargada, la frecuencia naturalmente disminuye y los gobernadores ajustan sus generadores para que se produzca más energía ( control de velocidad de caída ). Cuando los generadores tienen configuraciones de control de velocidad de caída idénticas, se garantiza que varios generadores en paralelo con las mismas configuraciones compartan la carga en proporción a su clasificación.
Además, suele haber un control central, que puede cambiar los parámetros de los sistemas AGC en escalas de tiempo de un minuto o más para ajustar aún más los flujos de la red regional y la frecuencia de funcionamiento de la red.
A efectos de cronometraje, se permitirá que la frecuencia nominal varíe en el corto plazo, pero se ajustará para evitar que los relojes operados en línea aceleren o pierdan tiempo significativo en el transcurso de un período completo de 24 horas.
Toda una red síncrona funciona a la misma frecuencia; las redes vecinas no se sincronizarían aunque funcionaran a la misma frecuencia nominal. Se pueden utilizar líneas de corriente continua de alta tensión o transformadores de frecuencia variable para conectar dos redes de interconexión de corriente alterna que no estén sincronizadas entre sí. Esto proporciona el beneficio de la interconexión sin la necesidad de sincronizar un área aún más amplia. Por ejemplo, compare el mapa de cuadrícula síncrono de área amplia de Europa con el mapa de líneas HVDC.
La suma de las potencias máximas de producción ( capacidad nominal ) de los generadores conectados a una red eléctrica podría considerarse la capacidad de la red.
Sin embargo, en la práctica nunca se accionan a fondo al mismo tiempo. Normalmente, algunos generadores se mantienen funcionando a potencias de salida más bajas ( reserva giratoria ) para hacer frente a fallas y variaciones en la demanda. Además, los generadores pueden estar fuera de servicio por mantenimiento u otras razones, como la disponibilidad de insumos de energía (combustible, agua, viento, sol, etc.) o limitaciones de contaminación.
La capacidad firme es la producción máxima de energía en una red que está inmediatamente disponible durante un período de tiempo determinado, y es una cifra mucho más útil.
La mayoría de los códigos de red especifican que la carga se comparte entre los generadores en orden de mérito según su costo marginal (es decir, el más barato primero) y, a veces, su impacto ambiental. Así, los proveedores de electricidad baratos tienden a funcionar a pleno rendimiento casi todo el tiempo, y los productores más caros sólo funcionan cuando es necesario.
Las fallas generalmente están asociadas con generadores o líneas de transmisión de energía que disparan disyuntores debido a fallas que conducen a una pérdida de capacidad de generación para los clientes o un exceso de demanda. Esto a menudo hará que la frecuencia se reduzca y los generadores restantes reaccionarán y juntos intentarán estabilizarse por encima del mínimo. Si eso no es posible, pueden ocurrir varios escenarios.
Una falla importante en una parte de la red, a menos que se compense rápidamente, puede hacer que la corriente se desvíe para fluir desde los generadores restantes hasta los consumidores a través de líneas de transmisión de capacidad insuficiente, provocando más fallas. Una desventaja de una red ampliamente conectada es, por tanto, la posibilidad de fallos en cascada y cortes de energía generalizados . Generalmente se designa una autoridad central para facilitar la comunicación y desarrollar protocolos para mantener una red estable. Por ejemplo, la North American Electric Reliability Corporation obtuvo poderes vinculantes en los Estados Unidos en 2006 y tiene poderes de asesoramiento en las partes correspondientes de Canadá y México. El gobierno de Estados Unidos también ha designado Corredores de Transmisión Eléctrica de Interés Nacional , donde cree que se han desarrollado cuellos de botella en la transmisión.
Una caída de tensión es una caída de voltaje intencional o no intencional en un sistema de suministro de energía eléctrica. Las caídas de tensión intencionales se utilizan para reducir la carga en caso de emergencia. [33] La reducción dura minutos u horas, a diferencia de una caída (o caída) de voltaje de corta duración. El término caída de tensión proviene de la atenuación que experimenta la iluminación incandescente cuando el voltaje cae. Una reducción de voltaje puede ser un efecto de la interrupción de una red eléctrica, o ocasionalmente puede imponerse en un esfuerzo por reducir la carga y evitar un corte de energía , conocido como apagón . [34]
Un corte de energía (también llamado corte de energía , apagón , apagón , corte de energía o apagón ) es una pérdida de energía eléctrica en un área en particular.
Las fallas de energía pueden ser causadas por 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 y error humano.
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 , minas , refugios y similares 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.
Es posible que los sistemas de generación y transmisión de electricidad no siempre satisfagan los requisitos de demanda máxima: la mayor cantidad de electricidad requerida por todos los clientes de servicios públicos dentro de una región determinada. En estas situaciones, se debe reducir la demanda general, ya sea cortando el servicio a algunos dispositivos o recortando el voltaje de suministro ( apagones ), para evitar interrupciones incontroladas del servicio, como cortes de energía (apagones generalizados) o daños a los equipos. Las empresas de servicios públicos pueden imponer la reducción de carga en las áreas de servicio mediante apagones específicos, apagones continuos o mediante acuerdos con consumidores industriales específicos de alto uso para apagar los equipos en momentos de máxima demanda en todo el sistema.
Un arranque en negro es el proceso de restablecer el funcionamiento de una central eléctrica o de una parte de una red eléctrica sin depender de la red externa de transmisión de energía eléctrica para recuperarse de un apagado total o parcial. [35]
Normalmente, la energía eléctrica utilizada dentro de la planta proviene de los propios generadores de la estación. Si todos los generadores principales de la planta están apagados, la energía de servicio de la estación se proporciona extrayendo energía de la red a través de la línea de transmisión de la planta. Sin embargo, durante un apagón en un área amplia, la energía externa de la red no está disponible. En ausencia de energía de la red, es necesario realizar un llamado arranque en negro para poner la red eléctrica en funcionamiento.
Para proporcionar un arranque en negro, algunas centrales eléctricas tienen pequeños generadores diésel , normalmente llamados generador diésel de arranque en negro (BSDG), que pueden usarse para arrancar generadores más grandes (de varios megavatios de capacidad), que a su vez pueden usarse para arrancar el sistema principal. generadores de centrales eléctricas. Las plantas de generación que utilizan turbinas de vapor requieren una potencia de servicio de la estación de hasta el 10% de su capacidad para las bombas de agua de alimentación de calderas , sopladores de aire de combustión de tiro forzado de calderas y para la preparación de combustible. No es económico proporcionar una capacidad de reserva tan grande en cada estación, por lo que se debe proporcionar energía de arranque en negro a través de líneas de conexión designadas desde otra estación. A menudo se designan centrales hidroeléctricas como fuentes de arranque en negro para restablecer las interconexiones de la red. Una central hidroeléctrica necesita muy poca energía inicial para arrancar (la suficiente para abrir las compuertas de entrada y proporcionar corriente de excitación a las bobinas del generador) y puede poner en línea un gran bloque de energía muy rápidamente para permitir el arranque de combustibles fósiles. o centrales nucleares. Ciertos tipos de turbinas de combustión se pueden configurar para arranque en negro, lo que brinda otra opción en lugares sin plantas hidroeléctricas adecuadas. [36] En 2017, una empresa de servicios públicos del sur de California demostró con éxito el uso de un sistema de almacenamiento de energía en batería para proporcionar un arranque en negro, encendiendo una turbina de gas de ciclo combinado desde un estado inactivo. [37]
A pesar de los novedosos acuerdos institucionales y diseños de red de la red eléctrica, sus infraestructuras de suministro de energía sufren un envejecimiento en todo el mundo desarrollado. Los factores que contribuyen al estado actual de la red eléctrica y sus consecuencias incluyen:
La respuesta a la demanda es una técnica de gestión de la red en la que se solicita o incentiva a los clientes minoristas o mayoristas, ya sea electrónica o manualmente, para que reduzcan su carga. Actualmente, los operadores de redes de transmisión utilizan la respuesta a la demanda para solicitar una reducción de carga a los principales usuarios de energía, como las plantas industriales. [39] Tecnologías como la medición inteligente pueden alentar a los clientes a usar energía cuando la electricidad es abundante al permitir precios variables.
Con todo interconectado y una competencia abierta en una economía de libre mercado , comienza a tener sentido permitir e incluso fomentar la generación distribuida (GD). Se pueden conectar generadores más pequeños, que generalmente no son propiedad de la empresa de servicios públicos, para ayudar a satisfacer la necesidad de energía. La instalación de generación más pequeña podría ser el propietario de una vivienda con exceso de energía de su panel solar o turbina eólica. Podría ser una pequeña oficina con un generador diésel. Estos recursos pueden ponerse en línea a instancias de la empresa de servicios públicos o por el propietario de la generación en un esfuerzo por vender electricidad. A muchos pequeños generadores se les permite vender electricidad a la red por el mismo precio que pagarían por comprarla.
A medida que avanza el siglo XXI, la industria de servicios eléctricos busca aprovechar enfoques novedosos para satisfacer la creciente demanda de energía. Las empresas de servicios públicos están bajo presión para evolucionar sus topologías clásicas para adaptarse a la generación distribuida. A medida que la generación a partir de generadores solares y eólicos en los tejados se vuelva más común, las diferencias entre las redes de distribución y transmisión seguirán difuminándose. En julio de 2017, el director general de Mercedes-Benz dijo que la industria energética necesita trabajar mejor con empresas de otras industrias para formar un "ecosistema total", para integrar recursos energéticos centrales y distribuidos (DER) para dar a los clientes lo que quieren. La red eléctrica se construyó originalmente para que la electricidad fluyera desde los proveedores de energía hasta los consumidores. Sin embargo, con la introducción de DER, la energía debe fluir en ambos sentidos en la red eléctrica, porque los clientes pueden tener fuentes de energía como paneles solares. [40]
La red inteligente es una mejora de la red eléctrica del siglo XX, que utiliza comunicaciones bidireccionales y los llamados dispositivos inteligentes distribuidos. Los flujos bidireccionales de electricidad e información podrían mejorar la red de suministro. La investigación se centra principalmente en tres sistemas de una red inteligente: el sistema de infraestructura, el sistema de gestión y el sistema de protección. [41] El acondicionamiento electrónico de la energía y el control de la producción y distribución de electricidad son aspectos importantes de la red inteligente. [42]
La red inteligente representa el conjunto completo de respuestas actuales y propuestas a los desafíos del suministro de electricidad. Se prevén numerosas contribuciones a la mejora general de la eficiencia de las infraestructuras energéticas a partir del despliegue de tecnología de redes inteligentes, incluida en particular la gestión del lado de la demanda . La mayor flexibilidad de la red inteligente permite una mayor penetración de fuentes de energía renovables altamente variables, como la energía solar y la energía eólica , incluso sin la adición de almacenamiento de energía . Las redes inteligentes también podrían monitorear/controlar dispositivos residenciales que no son críticos durante los períodos de consumo máximo de energía y restablecer su funcionamiento durante las horas no pico. [43]
Una red inteligente incluye una variedad de medidas de operación y energía:
Las preocupaciones con la tecnología de redes inteligentes se centran principalmente en los medidores inteligentes, los elementos habilitados por ellos y los problemas generales de seguridad. El despliegue de la tecnología de redes inteligentes también implica una reingeniería fundamental de la industria de servicios eléctricos, aunque el uso típico del término se centra en la infraestructura técnica. [47]
La política de redes inteligentes está organizada en Europa como Plataforma Tecnológica Europea Smart Grid. [48] La política en los Estados Unidos se describe en 42 USC ch. 152, subcap. IX § 17381.Como existe cierta resistencia en el sector de servicios eléctricos a los conceptos de generación distribuida con diversas fuentes de energía renovables y unidades de cogeneración a microescala , varios autores han advertido que la deserción masiva de la red [ definición necesaria ] es posible porque los consumidores pueden producir electricidad fuera de la red. sistemas compuestos principalmente por tecnología solar fotovoltaica . [49] [50] [51]
El Rocky Mountain Institute ha propuesto que puede haber una deserción de la red a gran escala. [52] Esto está respaldado por estudios en el Medio Oeste. [53] Sin embargo, el documento señala que la deserción de la red puede ser menos probable en países como Alemania, que tienen mayores demandas de energía en invierno. [54]
La primera energía eléctrica se producía cerca del dispositivo o servicio que requería esa energía. En la década de 1880, la electricidad competía con el vapor, la hidráulica y, especialmente, el gas de carbón . El gas de carbón se produjo primero en las instalaciones del cliente, pero luego evolucionó hasta convertirse en plantas de gasificación que disfrutaban de economías de escala . En el mundo industrializado, las ciudades tenían redes de gas canalizado, utilizado para iluminación. Pero las lámparas de gas producían poca luz, desperdiciaban calor, hacían que las habitaciones estuvieran calientes y llenas de humo, y desprendían hidrógeno y monóxido de carbono . También representaban un peligro de incendio. En la década de 1880, la iluminación eléctrica pronto se volvió ventajosa en comparación con la iluminación de gas.
Las empresas de servicios eléctricos establecieron estaciones centrales para aprovechar las economías de escala y pasaron a la generación, distribución y gestión del sistema centralizadas. [55] Después de que la guerra de las corrientes se resolvió a favor de la energía CA , con la transmisión de energía a larga distancia se hizo posible interconectar estaciones para equilibrar las cargas y mejorar los factores de carga. Históricamente, las líneas de transmisión y distribución eran propiedad de la misma empresa, pero a partir de la década de 1990, muchos países han liberalizado la regulación del mercado de la electricidad de tal manera que han llevado a la separación del negocio de transmisión de electricidad del de distribución. [56]
En el Reino Unido, Charles Merz , de la sociedad de consultoría Merz & McLellan , construyó la central eléctrica de Neptune Bank cerca de Newcastle upon Tyne en 1901, [57] y en 1912 se había convertido en el sistema eléctrico integrado más grande de Europa. [58] Merz fue nombrado jefe de un comité parlamentario y sus conclusiones condujeron al Informe Williamson de 1918, que a su vez creó la Ley (de suministro) de electricidad de 1919 . El proyecto de ley fue el primer paso hacia un sistema eléctrico integrado. La Ley (de suministro) de electricidad de 1926 condujo a la creación de la Red Nacional. [59] La Junta Central de Electricidad estandarizó el suministro de electricidad del país y estableció la primera red de CA sincronizada, funcionando a 132 kilovoltios y 50 hercios . Este comenzó a operar como un sistema nacional, el National Grid , en 1938.
En Francia, la electrificación comenzó en el siglo XX, con 700 comunas en 1919 y 36.528 en 1938. Al mismo tiempo, estas estrechas redes comenzaron a interconectarse: París en 1907 a 12 kV, los Pirineos en 1923 a 150 kV y, finalmente, casi todo el país interconectado en 1938 a 220 kV. En 1946, la red era la más densa del mundo. Ese año el estado nacionalizó la industria, uniendo las empresas privadas como Électricité de France . La frecuencia se estandarizó en 50 Hz y la red de 225 kV reemplazó a 110 kV y 120 kV. Desde 1956, la tensión de servicio se estandarizó en 220/380 V, sustituyendo a la anterior 127/220 V. Durante la década de 1970 se implementó la red de 400 kV, el nuevo estándar europeo. El voltaje de servicio al usuario final cambiará progresivamente a 230/400 V +/-10% desde el 29 de mayo de 1986. [60] [61]
En los Estados Unidos, en la década de 1920, las empresas de servicios públicos formaron operaciones conjuntas para compartir la cobertura de carga pico y la energía de respaldo. En 1934, con la aprobación de la Ley de Sociedades Holding de Servicios Públicos (EE.UU.), las empresas de servicios eléctricos fueron reconocidas como bienes públicos de importancia y se les impusieron restricciones definidas y supervisión regulatoria de sus operaciones. La Ley de Política Energética de 1992 exigió a los propietarios de líneas de transmisión que permitieran a las compañías de generación eléctrica acceso abierto a su red [55] [62] y condujo a una reestructuración de cómo operaba la industria eléctrica en un esfuerzo por crear competencia en la generación de energía. Las empresas eléctricas ya no se construyeron como monopolios verticales, donde la generación, transmisión y distribución estaban a cargo de una sola empresa. Ahora, las tres etapas podrían dividirse entre varias empresas, en un esfuerzo por brindar un acceso justo a la transmisión de alto voltaje. [20] [63] La Ley de Política Energética de 2005 permitió incentivos y garantías de préstamos para la producción de energía alternativa y el avance de tecnologías innovadoras que evitaran las emisiones de gases de efecto invernadero .
En China, la electrificación comenzó en los años cincuenta. [64] En agosto de 1961, se completó y entregó para su funcionamiento la electrificación del tramo Baoji-Fengzhou del ferrocarril Baocheng , convirtiéndose en el primer ferrocarril electrificado de China . [65] De 1958 a 1998, el ferrocarril electrificado de China alcanzó 6.200 millas (10.000 kilómetros). [66] A finales de 2017, este número había alcanzado las 54.000 millas (87.000 kilómetros). [67] En el actual sistema de electrificación ferroviaria de China, State Grid Corporation of China, archivado el 21 de diciembre de 2021 en Wayback Machine , es un importante proveedor de energía. En 2019, completó el proyecto de suministro de energía de importantes ferrocarriles electrificados de China en sus áreas operativas, como el ferrocarril Jingtong , el ferrocarril Haoji , el ferrocarril de alta velocidad Zhengzhou-Wanzhou , etc., proporcionando garantía de suministro de energía para 110 estaciones de tracción, y su acumulado. La longitud de la línea eléctrica alcanzó los 6.586 kilómetros. [68]
[...] si todos los países del mundo se las arreglaran con sus propios recursos, habría aún más pobreza energética en el mundo que la que hay ahora. Actualmente, 1.400 millones de personas no están conectadas a una red eléctrica [...]
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link){{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)La respuesta a la demanda se puede lograr a nivel mayorista si los principales usuarios de energía, como las plantas industriales, reducen el uso de energía y reciben un pago por participar.
