Mantener el flujo de electricidad
Por Wolfgang Kröger
De entre todas las infraestructuras esenciales de las que dependen nuestras sociedades modernas, el sistema de transmisión eléctrica es indiscutiblemente la más importante. La industria, las comunicaciones, el transporte, nada de eso podría funcionar sin un suministro fiable de energía eléctrica.
La red europea de alta tensión se extiende por cinco zonas sincrónicas, está administrada por 41 gestores de la red de transmisión (GRT) que operan en 34 países y abastece a 534 millones de ciudadanos. Una red como esa, formada por múltiples componentes estrechamente interconectados, muestra comportamientos complejos y está expuesta a impactos en términos de distribución local y espacial. Es difícil garantizar el funcionamiento normal de las redes de electricidad aún en los mejores momentos. Los importantes cambios que están teniendo lugar tanto en el ámbito político como en la organización del sector energético, concretamente el aumento específico de la participación de las fuentes de energía renovables y la evolución hacia un mercado energético competitivo y desagregado, plantean nuevos retos.
En primer lugar, para integrar las energías de origen eólico y solar, que se producen de manera intermitente y a menudo lejos de las zonas consumidoras y en horas de menor consumo, se necesitan tanto transmisiones masivas como estrategias para moderar los picos de suministro.
En segundo lugar, la coordinación se complica por las operaciones a corto plazo que requieren el uso de datos operativos prácticamente a tiempo real y aumentan los intercambios de energía transfronterizos. Antiguamente, había una sola entidad propietaria, encargada de administrar toda la cadena del suministro, que por lo general tenía el derecho absoluto a abastecer de electricidad a los consumidores. Actualmente, cuando el acceso es libre y los monopolios se han desintegrado, cada entidad sigue sus propios procedimientos y normas, y ha de ser una organización estatal la que garantice la seguridad del abastecimiento como un bien de la sociedad.
En la Europa continental existe un amplio sistema de principios operativos, normativas técnicas y recomendaciones que ayudan a los GRT a administrar sus redes y garantizar la interoperatividad entre ellas. La interferencia con las fuerzas del mercado está prohibida, a no ser que la seguridad esté en juego.
Se producen accidentes
Por más cuidadosamente que se calculen y se supervisen las cargas, un enfoque responsable de la gestión de riesgos siempre prevé la posibilidad de que se produzcan accidentes. El incidente ocurrido el 4 de noviembre de 2006, que dividió el sistema de transmisión de Europa occidental en tres zonas y sumió a una gran parte del continente en la oscuridad, constituye un buen ejemplo de la compleja interacción de los factores en juego (contextuales, técnicos, humanos y organizativos), que pueden confabularse para poner en peligro todo un sistema. El detonante fue el corte de suministro en dos líneas de alto voltaje situadas sobre el río Ems, en el norte de Alemania, para facilitar la salida al mar del crucero Norwegian Pearl en su viaje inaugural. El evento se anunció con meses de antelación; se hicieron los cálculos pertinentes y se tomaron las medidas adecuadas. Pero pocos días antes del corte, los astilleros solicitaron que se adelantara la hora, de la una en punto de la madrugada a la última hora de la noche anterior. Los GRT vecinos no recibieron la información adecuada y no se actualizó la previsión de congestión. En cualquier caso, la carga prevista para la hora acordada anteriormente ya se había vendido, de manera que hubiese sido imposible, desde el punto de vista legal, reducirla aduciendo motivos de fuerza mayor.
La naturaleza también hizo su parte: cuando se desconectaron las líneas a las 21:39 horas, soplaban fuertes vientos en el norte de Alemania, y la alimentación eléctrica generó una transmisión superior de carga a los Países Bajos. Eso en sí no hubiese sido fatal. La carga fue absorbida por otras líneas, concretamente las que unen las subestaciones de Landesbergen y Wehrendorf, situadas respectivamente al suroeste y al sureste del cruce de líneas sobre el Ems. Pero esas subestaciones estaban gestionadas por dos GRT diferentes y hubo problemas de comunicación. Al desconocer los distintos servicios y estrategias de protección al otro lado de la línea, cometieron errores en el cálculo del flujo de carga. El equipo encargado de la subestación de Landesbergen decidió acoplar dos barras colectoras (conductores que recogen y distribuyen la corriente), una medida de emergencia que pensaron que reduciría la carga, pero que tuvo precisamente el efecto contrario.
Las barras se conectaron a las 22:10:11. Al instante la línea de Wehrendorf se disparó y en menos de 18 segundos (a las 22:10:28.7, para ser más exactos) se produjeron desconexiones automáticas de cargas que dividieron el sistema de transmisión europeo en tres zonas: dos zonas de baja frecuencia en el oeste y en el sur; y una zona de alta frecuencia en el noreste. Si bien en el noreste la frecuencia se pudo reducir mediante cortes de los generadores, en el oeste y en el sur fue necesario un deslastre automático de cargas. Los consumidores sufrieron los efectos durante una hora. Se necesitaron algunas horas para sincronizar de nuevo toda la red.
Prevención y mitigación
Para garantizar el funcionamiento normal de las redes eléctricas es necesario que haya una protección contra las desconexiones de carga, la caída del voltaje y de la frecuencia, y la pérdida de sincronismo. El enfoque clásico para prevenir perturbaciones repentinas se basa en el denominado principio N-1. De acuerdo con este principio, cuando se produce un fallo inesperado de un componente único de la red integrada, como por ejemplo una interrupción de la línea, los componentes activos restantes tienen que estar en condiciones de absorber los cambios de flujo, evitando así desconexiones de carga o la pérdida de una cantidad importante del consumo. La seguridad N-1 debe estar supervisada en todo momento por los GRT, cuando se trate de sus sistemas y de las partes de sus sistemas adyacentes; después de producirse una perturbación, cada GRT debe restablecer lo antes posible las condiciones previstas en el principio N-1, normalmente en unos veinte o treinta minutos.
Para mantener las condiciones de seguridad del principio N-1 es necesario elaborar listados exactos de las contingencias que se han de prever. Las amenazas pueden afectar a un solo componente decisivo o a cierto número de ellos, de manera directa o indirecta (a través del fallo de otro sistema); la fuente puede ser externa o interna. Para evaluar la gravedad de las contingencias e identificar posibles estrangulamientos y componentes esenciales, los GRT se valen de investigaciones empíricas, datos estadísticos y modelos de apagones. Pero, dado que todos ellos están basados sobre todo en la experiencia, suelen carecer de capacidades predictivas.
Si se aplica de manera diligente, el principio de seguridad N-1 es sin duda una práctica recomendada que garantiza el alto rendimiento de nuestras redes de transmisión eléctrica. No obstante, los resultados de análisis avanzados exhaustivos y de incidentes inesperados que se han producido en el pasado, nos han enseñado que hay un sinfín de situaciones imprevisibles que pueden provocar numerosos y complejos fallos a los que no basta con enfrentarse. Es sumamente difícil entender el comportamiento de las redes de electricidad, que suelen formar parte de un sistema de sistemas interdependientes; no existe un enfoque integral que abarque todas las cuestiones que guardan relación entre sí. Existen varias técnicas avanzadas basadas en conocimientos y modelización matemática (Modelización de la interoperabilidad input-output, Teoría de redes complejas y Modelización basada en agentes, por ejemplo) que se están aplicando mucho. Cada una de ellas tiene sus ventajas y sus desventajas.
Catástrofes naturales: Cambio de paradigma hacia una mejora de la capacidad de resistencia
De los aproximadamente veinte apagones más importantes que se han producido a nivel mundial en los 15 últimos años, cuatro se debieron a condiciones climáticas adversas y uno a un terremoto/tsunami. Eso demuestra lo importante que es tener en cuenta las catástrofes naturales a la hora de gestionar los riesgos para las redes de electricidad. Cada uno de esos apagones tuvo características distintas: en términos de pérdida de potencia, el más importante se produjo en 2003 en la región de los Grandes Lagos/Ciudad de Nueva York de los Estados Unidos, con una pérdida de 60 gigavatios; en términos de personas afectadas, el más grave tuvo lugar en 2012 en la India, con 620 millones de afectados; y el de mayor duración se produjo en 1999, cuando el ciclón Lothar azotó Europa, con una duración de entre varias horas hasta dos semanas.
Los sistemas de transmisión en gran escala están expuestos a muchos y muy diferentes tipos de catástrofes naturales. La mayoría de ellas son incluso múltiples, con lo que un incidente desencadena otros. Por ejemplo, un maremoto puede ocasionar un tsunami, que a su vez puede provocar inundaciones y corrimientos de tierras. Las catástrofes naturales ocasionan grandes pérdidas económicas y altos costos de seguros, que probablemente van a ir aumentando como consecuencia de las condiciones meteorológicas extremas derivadas del cambio climático.
La mayoría de las catástrofes naturales afectan, por lo general, a grandes extensiones. Si bien es posible identificar y proteger algunos de los componentes más esenciales, es difícil reforzar los sistemas de transmisión contra esas catástrofes. Por esa razón, hay quienes sugieren cambiar de paradigma: pasar de la prevención a una mejora de la capacidad de resistencia, haciendo más hincapié en la adaptación y la recuperación tras sufrir impactos en lugar de centrarse en evitarlos.
Todos los Estados y las regiones necesitan redes eléctricas integradas y fiables. Los fallos que se producen a nivel local pueden adquirir dimensiones mundiales. Por ello es de suma importancia sensibilizar a los Estados acerca de posibles apagones, especialmente los originados s por catástrofes naturales, intercambiar conocimientos y facilitar el diálogo. En ese sentido, organizaciones como la OSCE desempeñan un papel decisivo.
Wolfgang Kröger es profesor emérito de Tecnología de la Seguridad en la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (ETH) y antiguo director ejecutivo del Centro de Riesgos de la ETH.