Y ahora el pronóstico de la energía

Red EléctricaUna nueva técnica matemática para medir cómo de cerca están las redes energéticas de un fallo catastrófico podría ayudar a prevenir cortes en el futuro.

En la tarde del 14 de agosto de 2003, una masiva fluctuación de energía osciló a lo largo de la red de suministro de energía del noreste de Estados Unidos y Canadá. La fluctuación provocó que más de 500 generadores de toda la región se desconectaran dejando a más de 55 millones de personas sin energía. El apagón dejó trenes de cercanías parados, interrumpió el suministro de agua dado que las bombas de agua dejaron de funcionar y provocó un parón en la industria de toda la región.

Las repercusiones de este desastre y otros similares por todo el mundo, hacen que se pregunte a los ingenieros eléctricos cómo prevenir en el futuro apagones similares. La respuesta, desafortunadamente, está lejos de responderse. Las redes de energía son tan complejas que modelar su comportamiento, incluso en las pequeñas, es preocupantemente difícil. Y predecir las circunstancias en las que podría fallar es aún más complejo.

Hoy, Michael Chertkov de los Laboratorio Nacionales de Los Álamos en Nuevo México y un par de colegas sugieren una nueva forma de analizar los límites del rendimiento de las redes de energía y determinar cómo de cerca están de un fallo catastrófico.

El problema fundamental con las redes de energía es que su fiabilidad depende de dos suposiciones que en un tiempo parecían razonables, pero que hoy están desfasadas. La idea tras estas suposiciones era que la red siempre podría estar controlada midiendo lo que pasaba y reaccionando a los eventos – cambios en la demanda y capacidad de generación – cuando tuviesen lugar.

La primera suposición es que una red tiene una enorme redundancia intrínseca: cosas como cables extra para transportar la energía durante una sobrecarga. Por esta razón, en el pasado lejano muchas redes se construían con redundancia doble o triple. Esto proporcionó durante un tiempo una amplia capacidad para lidiar con las sobrecargas, pero gradualmente se ha reducido conforme las redes se han visto obligadas a tratar con el masivo incremento en la demanda de energía desde entonces. Hoy, muchas redes a menudo operan muy cerca de su capacidad.

El segundo problema es que las redes de energía se diseñaron para tratar con la energía procedente de unas pocas y grandes fuentes que podrían apagarse y encenderse rápida y fácilmente a necesidad. Pero la llegada a la red en los últimos años de fuentes de energía renovable tales como la eólica y solar, erosiona gradualmente este elemento de control.

Estos cambios indican que es mucho más difícil ahora reaccionar a los cambios en el sistema de una manera efectiva. Y eso significa que las probabilidades de un gran apagón siguen siendo irracionalmente altas en muchas partes del mundo.

Entonces, ¿qué hacemos? Una opción muy debatida es cambiar de un sistema de control reactivo a uno predictivo, en otras palabras, descubrir cómo de cerca está un sistema del desastre en un momento y recablearlo de forma que se reduzca el riesgo.

Esto es más fácil decirlo que hacerlo. Las reglas básicas para calcular el rendimiento de una red se conocen como Leyes de los Circuitos de Kirchhoff, por el físico alemán que las derivó en el siglo XIX. Estas leyes son engañosamente simples. La primera es que la suma de la corriente que fluye en cualquier nodo de una red debe ser igual a la suma de la corriente que sale. La segunda es que la suma de los voltajes en un bucle cerrado de la red deben ser cero.

Cualquier operador de una red de tamaño decente siempre medirá qué está pasando y calculará cómo equilibrar mejor la carga y demanda usando las leyes de Kirchhoff. Estas soluciones son normalmente fáciles de hallar. También son, generalmente, bastante estables, lo que significa que cualquier pequeño cambio en las condiciones de operación lleva a otro estado estable.

No obstante, hay condiciones en las que las Leyes de Kirchhoff no dan solución. Cuando esto pasa, la red tiene que recablearse y si no se hace con la suficiente rapidez, distintos sistemas de seguridad internos empiezan a apagar los generadores.

La dificultad está en saber cómo de cerca están los sistemas del desastre en un momento dado. Esto es difícil debido a que requiere una búsqueda detallada de un enorme espacio de parámetros.

Aquí es donde Chertkov y compañía han realizado su avance. Han usado una técnica tomada de otras áreas de la física para buscar las regiones importantes de este espacio de parámetros. Esto les permite separar las regiones del espacio que permiten una operación estable de la red desde las regiones prohibidas en las que la red no puede operar. Entonces definen una “superficie de error” como la superficie que divide una región de otra.

La tarea para los operadores de la red es determinar cómo de lejos está la red de esta superficie de error en un momento dado y calcular cómo sacarla de la región prohibida si se acerca demasiado.

Por supuesto, éste es un cálculo diabólico. Pero el significado del trabajo es ser capaz de proponerlo como un problema bien definido.

Chertkov y compañía incluso han probado su método en un modelo de red de relativamente poca energía en operación en la isla del pacífico de Guam, y también en el IEEE Reliability Test System-96, un sistema diseñado para hacer pruebas sobre las estrategias de fiabilidad de las redes de energía.

Dicen que la técnica identifica enlaces débiles en una red además de generadores sobrecargados e infrausados. Esto permite a los operadores anticipar y evitar problemas antes de que sucedan. Obviamente, los operadores tendrán que ser conscientes de las debilidades potenciales de esta aproximación, una de las cuales es que realiza sólo una búsqueda selectiva del espacio de parámetros, lo que significa que ciertos modos de fallo podrían pasarse por alto.

No obstante, una aproximación predictiva fiable será claramente de gran utilidad. La siguiente fase será aplicarlo a redes eléctricas de mayor tamaño y complejidad usando ordenadores más potentes. Y el objetivo final será un tipo de predicción energética que podría evitar para siempre el tipo de cortes que paralizaron la costa este en 2003.


Artículo de referencia: arxiv.org/abs/1006.0671: Predicting Failures in Power Grids

Fecha Original: 7 de junio de 2010
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Comments (2)

  1. [...] Y ahora el pronóstico de la energía, Ciencia Kanija [...]

  2. Hola

    Yo personalmente dudo estos datos ,pero como provocaba este bomba de agua ,este sistema …error .Tengo mucho curiosidad,por yo personalmente utilizo este sistema de nuestra campo,al menos para rescatarlo este capacidad inaccisible la buena estudio teritorio ,viento ,altura ,…y otras elementos muy importantes ,sin tener que bajar la capacidad de estos teritorios ,sercanos .Sinduda ay casos ,pero esta pendiendo una ayuda,la energia sercana la naturaleza este caso ,su fuerza y su capacidad ..como enemigo abajo de la tierra .Aver si explico bien muy importante la structura de este mineria ..como anda supone la superacion de superficie estos teorias ,son ataduras con una nueva heramientos que antes de instalarlo ,deveria estudiarlo muy de profundo ,todo.Pero la demostración que sisten estos acciones ,más peceñas ,pero son instalaciones que mostraran las futuras que sinduda queda mucho pero no imposible este teoria ,Por están los profesionales que vean studian ,pero este proyecto ya avalado ,si no equivoco??Aver .

    Agua es oro nuestros tiempos ,y gracias estos informes mercen una palabra de candidato que enseñan un poco ,una vez más témas como este ,programas que tenemos mirar con lupas estos témas .No es juego ,Tenemos que rescatarnos estos secretos de la naturaleza ,a calquier manera ayudarnos este nuestra tierra. Es nuestra ,es para nuestra futuro .

    Un cordial saludo Vr.

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