Un corte de energía (también llamado corte de energía , corte de energía , falla de energía , apagón o pérdida de energía ) es la pérdida del suministro de la red de energía eléctrica a un usuario final .
Existen muchas causas de fallas eléctricas en una red eléctrica. Ejemplos de estas causas incluyen fallas en centrales eléctricas , daños en líneas de transmisión eléctrica , subestaciones u otras partes del sistema de distribución , cortocircuitos , fallas en cascada , funcionamiento 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 generalmente tendrán fuentes de energía de respaldo como generadores de reserva , que se encenderán automáticamente cuando se pierda la energía eléctrica. Otros sistemas críticos, como las telecomunicaciones , también deben tener energía de emergencia. La sala de baterías de una central telefónica generalmente tiene 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, hay una interrupción en el suministro de electricidad, lo que resulta en 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 rotativos ocurren cuando la demanda de electricidad excede la oferta y permiten que algunos clientes reciban energía al voltaje requerido a expensas de otros clientes que no reciben energía en absoluto. Son una ocurrencia 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 de electricidad 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 la energía en varias ciudades en respuesta a las explosiones de gas de Merrimack Valley ), o para prevenir incendios forestales alrededor de líneas de transmisión mal mantenidas (como durante los cortes de energía de California de 2019 ).
En las redes de suministro eléctrico , la generación de potencia y la carga eléctrica (demanda) deben ser casi iguales cada segundo para evitar sobrecargas en los componentes de la red que puedan dañarlos gravemente. Los relés de protección y los fusibles se utilizan para detectar automáticamente las sobrecargas y desconectar los circuitos que corren el riesgo de sufrir daños.
En determinadas circunstancias, la interrupción de un componente de la red puede provocar fluctuaciones de corriente en los segmentos vecinos de la red, lo que puede provocar un fallo en cascada de una sección más grande de la red. Esto puede abarcar desde un edificio hasta un bloque de apartamentos, una ciudad entera o una red eléctrica completa .
Los sistemas de energía modernos están diseñados para resistir este tipo de fallas en cascada, pero pueden ser inevitables (ver más abajo). Además, dado que no hay ningún beneficio económico a corto plazo en prevenir fallas raras a gran escala, los investigadores han expresado su preocupación por la posibilidad 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. [ cita requerida ] En una publicación de 2003, Carreras y coautores afirmaron que reducir la probabilidad de pequeños cortes de energía solo aumenta la probabilidad de que se produzcan cortes de mayor magnitud. [2] En ese caso, el beneficio económico a corto plazo de mantener satisfecho al cliente individual aumenta la probabilidad de apagones a gran escala.
En octubre de 2018, el Comité de Energía y Recursos Naturales del Senado celebró una audiencia para examinar el " arranque en negro ", el proceso de restablecer la electricidad después de una pérdida de energía en todo el sistema. El propósito de la audiencia era que el Congreso conociera cuáles son los planes de respaldo en la industria de servicios públicos de electricidad en caso de que la red eléctrica se dañe. Las amenazas a la red eléctrica incluyen ciberataques, tormentas solares y condiciones climáticas severas, entre otras. Por ejemplo, el " apagón del noreste de Estados Unidos de 2003 " se produjo cuando árboles demasiado grandes tocaron líneas eléctricas de alto voltaje. Alrededor de 55 millones de personas en los EE. UU. 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 en el hardware que pueden ser causados por la pérdida repentina de energía. Estos pueden incluir equipos de redes de datos, proyectores de video, sistemas de alarma y computadoras. Para proteger los sistemas informáticos contra esto, el uso de un sistema 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 los voltajes aumentan durante unos segundos), que pueden dañar el hardware cuando se restablece la energía, se puede utilizar un dispositivo especial llamado protector de sobretensiones que absorbe el exceso de voltaje.
Restablecer el suministro eléctrico después de un corte de suministro en una zona extensa 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 caso de ausencia total de energía de la red, es necesario realizar un arranque en negro para poner en funcionamiento la red eléctrica. Los medios para hacerlo dependerán en gran medida de las circunstancias locales y las políticas operativas, pero normalmente las empresas de transmisión establecerán "islas de energía" localizadas que luego se acoplarán progresivamente entre sí. 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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Se ha argumentado, basándose en datos históricos [4] y modelos informáticos [5] [6] , que las redes eléctricas son sistemas críticos autoorganizados . Estos sistemas presentan perturbaciones inevitables [7] de todos los tamaños, incluso del tamaño del sistema completo. Este fenómeno se ha atribuido al aumento constante de la demanda/carga, a la economía de funcionamiento de una empresa eléctrica y a los límites de la ingeniería moderna. [8]
Aunque se ha demostrado que la frecuencia de los apagones se reduce si se opera 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 pasa el punto crítico experimentará demasiados apagones que darán lugar a actualizaciones en todo el sistema que lo llevarán por debajo del punto crítico. El término punto crítico del sistema se utiliza aquí en el sentido de física estadística y dinámica no lineal, que representa el punto en el que un sistema experimenta una transición de fase ; en este caso, la transición de una red estable y confiable con pocos fallos en cascada a una red muy esporádica y no confiable con fallos en cascada comunes. Cerca del punto crítico, la relación entre la frecuencia de los apagones y el tamaño sigue una distribución de ley de potencia . [6] [8]
Los fallos en cascada se vuelven mucho más comunes cerca de este punto crítico. La relación de ley de potencia 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. Mientras están cerca del punto crítico, estos fallos tienen un mayor efecto en los componentes circundantes debido a que los componentes individuales soportan una carga mayor. Esto da como resultado que la carga mayor del componente que falla tenga que redistribuirse en mayores cantidades a través del sistema, lo que aumenta la probabilidad de que fallen componentes adicionales no directamente afectados por la perturbación, lo que desencadena fallas en cascada costosas y peligrosas. [8] Estas perturbaciones iniciales que causan apagones son aún más inesperadas e inevitables debido a las acciones de los proveedores de energía para prevenir perturbaciones obvias (cortar árboles, separar líneas en áreas ventosas, reemplazar componentes viejos, 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 rechazan las teorías de sistemas que concluyen que los apagones son inevitables, pero sí están de acuerdo en que es necesario cambiar el funcionamiento básico de la red. El Instituto de Investigación de Energía Eléctrica defiende el uso de funciones de red inteligente , 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 propaguen 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 el modelo OPA, una referencia a los nombres de las instituciones de los autores. OPA es un modelo de falla en cascada. Otros modelos de falla en cascada incluyen Manchester, falla oculta, CASCADE y Branching. [14] El modelo OPA se comparó cuantitativamente con un modelo de redes complejas de una 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 (desprendimiento de carga/demanda en OPA, daño de trayectoria en CLM), con respecto a la capacidad de transmisión. [16]
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 son perjudiciales. Se han probado cuatro métodos de mitigación utilizando el modelo de apagón de OPA : [2]
Además de que cada estrategia de mitigación tiene una relación costo-beneficio con respecto a la frecuencia de apagones pequeños y grandes, el número total de eventos de apagones no se redujo significativamente con ninguna de las medidas de mitigación mencionadas anteriormente. [2]
AE Motter propuso un modelo complejo basado en red para controlar grandes fallas en cascada (apagones) utilizando únicamente información local . [17]
En 2015, el Sr. Saleh presentó una de las soluciones propuestas para reducir el impacto de los cortes de energía. [9]
Los servicios públicos se miden según tres indicadores de desempeño específicos:
Grandes cortes de electricidad
