Una superred o superred eléctrica es una red de transmisión de área extensa , generalmente transcontinental o multinacional, que tiene como objetivo hacer posible el comercio de grandes volúmenes de electricidad a través de grandes distancias. A veces también se la denomina "megared". Las superredes suelen estar diseñadas para 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 solo el 1,6 % cada 1000 km. [1]
Las superredes podrían contribuir a una transición energética global al suavizar las fluctuaciones locales de la energía eólica y solar . En este contexto, se consideran una tecnología clave para mitigar el calentamiento global .
La idea de crear líneas de transmisión de larga distancia para aprovechar fuentes renovables ubicadas a distancia no es nueva. En los Estados Unidos, en la década de 1950, se hizo una propuesta para enviar energía hidroeléctrica desde las represas que se estaban construyendo en el noroeste del Pacífico a los consumidores del sur de California , pero hubo oposición y se descartó. En 1961, el presidente estadounidense John F. Kennedy autorizó un gran proyecto de obras públicas que utilizaba nueva tecnología de corriente continua de alto voltaje de Suecia . El proyecto se llevó a cabo como una estrecha colaboración entre General Electric de los EE. UU. y ASEA de Suecia , y el sistema se puso en servicio en 1970. Con varias actualizaciones de las estaciones convertidoras en las décadas intermedias, el sistema ahora tiene una capacidad de 3.100 MW y se conoce como Pacific DC Intertie .
El concepto de "superred" se remonta a la década de 1960 y se utilizó para describir la unificación emergente de la red de Gran Bretaña. [2] En el código que rige la red británica, el Grid Code, [3] la superred se define actualmente (y así ha sido desde que se escribió este código por primera vez, en 1990) como una referencia a aquellas partes del sistema de transmisión de electricidad británico que están conectadas a voltajes superiores a 200 kV (200.000 voltios). Por lo tanto, los planificadores y el personal operativo del sistema eléctrico británico hablan invariablemente de la superred en este contexto; en la práctica, la definición utilizada abarca todos los equipos propiedad de la empresa National Grid en Inglaterra y Gales, y ningún otro equipo.
Lo que ha cambiado durante los últimos 40 años es la escala de energía y las distancias que se imaginan posibles en una superred. Europa comenzó a unificar sus redes en la década de 1950 y su red unificada más grande es la red sincrónica de Europa continental que da servicio a 24 países. Se está realizando un trabajo serio para unificar esta red sincrónica europea (anteriormente conocida como red UCTE) con la red de transmisión sincrónica vecina de algunos países de la CEI, la red IPS/UPS . Si se completa, la enorme red resultante abarcaría 13 zonas horarias que se extenderían desde el Atlántico hasta el Pacífico. [4]
Si bien estas redes cubren grandes distancias, la capacidad de transmitir grandes volúmenes de electricidad sigue siendo limitada debido a problemas de congestión y control. La SuperSmart Grid (Europa) y la Unified Smart Grid (EE.UU.) especifican importantes mejoras tecnológicas que, según sus promotores, son necesarias para garantizar el funcionamiento práctico y los beneficios prometidos de estas megaredes transcontinentales.
En el uso actual, "superred" tiene dos sentidos: uno, el de ser una capa de superestructura superpuesta a la red o redes de transmisión regionales existentes, y el segundo, el de tener un conjunto de capacidades superiores que exceden incluso las de las redes más avanzadas.
En el sentido de "superestructura" o "superposición", una superred es un equivalente de muy larga distancia de una red sincrónica de área extensa capaz de transmitir a gran escala electricidad renovable. En algunas concepciones, una red de transmisión de líneas de transmisión HVDC forma una capa que está claramente separada de la manera en que un sistema de superautopistas está separado del sistema de calles de la ciudad y autopistas regionales. En concepciones más convencionales, como la propuesta de unificación de la red sincrónica europea UCTE y el sistema IPS/UPS de la CEI , una megared de este tipo no es diferente de los sistemas típicos de transmisión sincrónica de área extensa donde la electricidad toma una ruta de tránsito ad hoc directamente a través de líneas de transmisión de servicios públicos locales o líneas HVDC según sea necesario. [5] Los estudios para tales sistemas de tamaño continental informan que hay problemas de escala como resultado de la complejidad de la red, la congestión de la transmisión y la necesidad de sistemas rápidos de diagnóstico, coordinación y control. Dichos estudios observan que la capacidad de transmisión tendría que ser significativamente mayor que los sistemas de transmisión actuales para promover el comercio de energía sin obstáculos a través de distancias no limitadas por fronteras estatales, regionales o nacionales, o incluso continentales. [6] En la práctica, se ha vuelto necesario incorporar características de red inteligente , como redes de sensores de área amplia (WAMS, por sus siglas en inglés), incluso en redes regionales de tamaño modesto para evitar cortes de energía importantes, como el apagón del noreste de Estados Unidos de 2003. Las interacciones dinámicas entre los grupos de generación de energía son cada vez más complejas, y las perturbaciones transitorias que se transmiten en cascada a las empresas de servicios públicos vecinas pueden ser repentinas, grandes y violentas, acompañadas de cambios abruptos en la topología de la red a medida que los operadores intentan estabilizarla manualmente. [7]
En el segundo sentido de una red avanzada, la superred es superior no sólo porque es una megared de área amplia, sino también porque está altamente coordinada desde un nivel macro que abarca naciones y continentes, hasta el nivel micro que programa cargas de baja prioridad como calentadores de agua y refrigeración. En la propuesta de red inteligente europea y el concepto de red inteligente unificada de los EE.UU., estas superredes tienen funciones de inteligencia en la capa de transmisión de área amplia que integran las redes inteligentes locales en una única superred de área amplia. Esto es similar a cómo Internet unió múltiples redes pequeñas en una única red ubicua.
La transmisión en áreas extensas puede considerarse como una extensión horizontal de la red inteligente. En un cambio de paradigma, la distinción entre transmisión y distribución se difumina con la integración a medida que el flujo de energía se vuelve bidireccional. Por ejemplo, las redes de distribución en áreas rurales podrían generar más energía de la que utilizan, convirtiendo la red inteligente local en una planta de energía virtual , o la flota de un millón de vehículos eléctricos de una ciudad podría utilizarse para reducir los picos en el suministro de transmisión integrándolos a la red inteligente utilizando tecnología de vehículo a red .
Una ventaja de un sistema tan geográficamente disperso y dinámicamente equilibrado es que la necesidad de generación de carga base se reduce significativamente ya que se puede suavizar la intermitencia de algunas fuentes como la oceánica , la solar y la eólica . [10] Una serie de estudios de modelado detallados del Dr. Gregor Czisch, que analizaron la adopción a nivel europeo de energía renovable y la interconexión de redes eléctricas mediante cables HVDC , indica que todo el uso de energía de Europa podría provenir de energías renovables, con un 70% de energía total proveniente del viento al mismo nivel de costo o menor que en la actualidad. [11] [12] [13]
Para algunos críticos, una capa de transmisión de área tan amplia no es una novedad; señalan que la tecnología tiene poca diferencia con la que se utiliza para las redes de transmisión de energía regionales y nacionales. Los defensores responden que, más allá de las características cualitativas de la red inteligente que permiten la coordinación y el equilibrio instantáneos de fuentes de energía intermitentes a través de fronteras internacionales, la amplitud cuantitativa tiene una cualidad propia. Se afirma que las superredes abren mercados. [14] De la misma manera que las autopistas revolucionaron el transporte interestatal e Internet revolucionó el comercio en línea cuando se construyeron redes integrales de alta capacidad, se sostiene que se debe construir una superred de alta capacidad para proporcionar una red de distribución tan integral y con una capacidad disponible tal que el comercio de energía solo esté limitado por la cantidad de electricidad que los empresarios puedan llevar al mercado.
Los planes de superredes de área amplia generalmente requieren transmisión en masa utilizando líneas de corriente continua de alto voltaje . La propuesta de SuperSmart Grid de Europa se basa en HVDC, y en los EE. UU., los tomadores de decisiones clave como Steven Chu están a favor de un sistema de red de CC de larga distancia nacional. [15] Hay defensores de la corriente alterna de alto voltaje (HVAC) en la industria. Aunque los sistemas de transmisión de corriente alterna flexible ( FACTS ) tienen desventajas para largas distancias, American Electric Power ha defendido una superred de 765 kV que llaman I-765 que proporcionaría 400 GW de capacidad de transmisión adicional necesaria para producir el 20% de la energía de EE. UU. a partir de parques eólicos ubicados en el medio oeste. (Véase la figura anterior). [9] Los defensores de los sistemas HVAC señalan que los sistemas HVDC están orientados a la transmisión en masa punto a punto y que las conexiones múltiples a ellos requerirían equipos de comunicación y control complejos y costosos en lugar de los simples transformadores elevadores necesarios si se utilizaran líneas de CA. Actualmente, solo hay un sistema de transmisión HVDC de larga distancia multipunto. [16] En un futuro más lejano, la pérdida de voltaje de los métodos actuales podría evitarse utilizando la tecnología experimental de superconductores " SuperGrid ", en la que el cable de transmisión se enfría mediante una tubería de hidrógeno líquido que también se utiliza para transportar energía a nivel nacional. Es necesario tener en cuenta las pérdidas de energía para crear, contener y volver a enfriar el hidrógeno líquido.
La coordinación y el control de la red utilizarían tecnologías de redes inteligentes , como unidades de medición fasorial, para detectar rápidamente desequilibrios en la red causados por fuentes de energía renovables fluctuantes y potencialmente responder instantáneamente con esquemas de protección automática programados para redirigir, reducir la carga o reducir la generación en respuesta a perturbaciones de la red.
China apoya la idea de una superred global e intercontinental. [17] Para una superred en los EE. UU., un estudio estimó una reducción del 80% de las emisiones de gases de efecto invernadero en combinación con la instalación de energía renovable , [18] actualmente en etapa de planificación. [19]
Un estudio para una superred europea estima que se necesitarían hasta 750 GW de capacidad de transmisión adicional, capacidad que se podría acomodar en incrementos de 5 GW con líneas HVDC. [20] Una propuesta reciente de Transcanada valoró una línea HVDC de 1.600 km y 3 GW en 3.000 millones de dólares; requeriría un corredor de 60 metros de ancho. [21] En la India, una propuesta reciente de 6 GW y 1.850 km tenía un precio de 790 millones de dólares y requeriría un derecho de paso de 69 metros de ancho. [22] Con 750 GW de nueva capacidad de transmisión HVDC requerida para una superred europea, la tierra y el dinero necesarios para nuevas líneas de transmisión serían considerables.
En Europa, se ha discutido la implicación de una superred en materia de seguridad energética como una forma en parte de prevenir la hegemonía energética rusa . [23] En los EE. UU., defensores como T. Boone Pickens han promovido la idea de una red de transmisión nacional para promover la independencia energética de los Estados Unidos . Al Gore defiende la Red Inteligente Unificada que tiene capacidades integrales de superred. Gore y otros defensores como James E. Hansen creen que las superredes son esenciales para el eventual reemplazo completo del uso de combustibles fósiles que producen gases de efecto invernadero que alimentan el calentamiento global . [24]
Se necesitarían grandes cantidades de tierra para los corredores de transmisión de electricidad utilizados por las nuevas líneas de transmisión de una superred. Puede haber una oposición significativa a la ubicación de las líneas eléctricas debido a preocupaciones sobre el impacto visual, la ansiedad por los problemas de salud percibidos y las preocupaciones ambientales. Estados Unidos tiene un proceso de designación de Corredores de Transmisión Eléctrica de Interés Nacional , y es probable que este proceso se utilice para especificar las rutas para una superred en ese país. En la UE, los permisos para nuevas líneas aéreas pueden alcanzar fácilmente los 10 años. [25] En algunos casos, esto ha hecho que el cableado subterráneo sea más conveniente. Dado que el terreno requerido puede ser una quinta parte del que se requiere para las líneas aéreas y el proceso de permiso puede ser significativamente más rápido, el cableado subterráneo puede ser más atractivo a pesar de sus debilidades de ser más caro, de menor capacidad, de vida más corta y sufrir tiempos de inactividad significativamente más largos. [ cita requerida ]
De la misma manera que las superautopistas modifican la valoración de los terrenos debido a la proximidad a la capacidad de transportar materias primas valiosas, las empresas están fuertemente motivadas a influir en la ubicación de una superred para su beneficio. El costo de la energía alternativa es el precio de entrega de la electricidad, y para que la producción de electricidad a partir de la energía eólica de Dakota del Norte o la energía solar de Arizona sea competitiva, la distancia de la conexión desde el parque eólico hasta la red de transmisión interestatal no debe ser grande. Esto se debe a que la línea de alimentación desde el generador hasta las líneas de transmisión generalmente la paga el propietario de la generación. Algunas localidades ayudarán a pagar el costo de estas líneas, a costa de la regulación local, como la de una comisión de servicios públicos . El proyecto de T. Boone Pickens ha optado por pagar las líneas de alimentación de forma privada. Algunas localidades, como Texas , otorgan a estos proyectos el poder de dominio eminente que permite a las empresas apoderarse de tierras en el camino de la construcción planificada. [26]
A los productores de energía les interesa saber si la superred emplea tecnología HVDC o utiliza corriente alterna, porque el costo de conexión a una línea HVDC es generalmente mayor que si se utiliza corriente alterna. El plan de Pickens favorece la transmisión de corriente alterna a 765 kV [9] , que se considera menos eficiente para la transmisión a larga distancia.
En la década de 1960, las compañías eléctricas privadas de California se opusieron al proyecto Pacific Intertie con una serie de objeciones técnicas que fueron desestimadas. Cuando se completó el proyecto, los consumidores de Los Ángeles ahorraron aproximadamente 600.000 dólares por día gracias al uso de energía eléctrica proveniente de proyectos en el río Columbia en lugar de que las compañías eléctricas locales quemaran combustibles fósiles más caros. [ cita requerida ]
En 1965 se inauguró la primera línea de 400 kV, que recorría 240 kilómetros desde Sundon, Bedfordshire, hasta West Burton en las Midlands. Los dos nuevos sistemas de 275 kV y 400 kV que funcionaban en paralelo entre sí se conocieron como la Supergrid.
