Resiliencia (sistema eléctrico)

Las definiciones de resiliencia de los sistemas de energía varían, pero una definición comúnmente citada fue propuesta por la Comisión Federal Reguladora de Energía (FERC), que la define como “la capacidad de resistir y reducir la magnitud y/o duración de eventos disruptivos, lo que incluye la capacidad de anticipar, absorber, adaptarse y/o recuperarse rápidamente de dicho evento”. ^{[ 1 ]} Los atributos que definen un sistema resiliente son, por ejemplo, la capacidad predictiva, la robustez, la adaptabilidad, la tasa de recuperación y la capacidad adaptativa. ^{[ 2 ]} Todos los sistemas tienen diferentes vulnerabilidades, y la resiliencia se estudia de manera específica tanto para el sistema como para el evento. ^{[ 3 ]} El alcance del evento para la resiliencia a menudo se define como eventos de alto impacto y baja probabilidad, o eventos extremos. ^{[ 4 ]} Sin embargo, a medida que los eventos extremos relacionados con el clima y los eventos de ciberseguridad se han vuelto más comunes, una definición más universal es que la resiliencia se ocupa de nk, k>5 eventos. ^{[ 5 ]}

Los eventos de alto impacto y baja probabilidad pueden ser causados, por ejemplo, por condiciones climáticas extremas, errores humanos, infraestructura obsoleta o ciberataques. Estos eventos provocan una devastación significativa en vastas áreas durante un período prolongado. Por ejemplo, una tormenta severa puede dejar sin energía a una gran área geográfica, mientras que un ciberataque a los sistemas de comunicación puede interrumpir toda la red eléctrica . Dado que estos eventos son poco frecuentes, existe información limitada sobre sus efectos, lo que dificulta el cálculo de los riesgos asociados. Además, la interdependencia de diferentes infraestructuras, como la energética, la de transporte y la de comunicaciones, puede exacerbar el impacto de un evento disruptivo. Por lo tanto, la planificación estratégica de la resiliencia para mitigar los efectos negativos de futuros eventos requiere un enfoque integral que considere una variedad de posibles eventos disruptivos y su impacto potencial en toda la infraestructura del sistema eléctrico. ^{[ 6 ]}

Independientemente de las razones, una preocupación creciente es que los cortes de energía generan pérdidas económicas y dificultades para las personas que dependen cada vez más de la electricidad incluso para las comodidades más básicas. Por lo tanto, es esencial que los sistemas de energía eléctrica (SEE) en todo el mundo sean resilientes. Un SEE resiliente debe garantizar un suministro eléctrico ininterrumpido, incluso ante fallas menores y eventos disruptivos importantes. Debe ser lo suficientemente robusto para ser confiable y tener la capacidad de predecir y prepararse para posibles cortes. Además, un SEE resiliente debe contar con un mecanismo para recuperar y restablecer rápidamente el suministro eléctrico a las instalaciones críticas. Sin embargo, si bien la confiabilidad del sistema eléctrico está bien definida y cuenta con métricas establecidas en el sector eléctrico, la resiliencia a menudo se confunde con la confiabilidad, a pesar de algunas similitudes. ^{[ 7 ]}

Según los hallazgos del informe de las Academias Nacionales, el buen funcionamiento de la red eléctrica, organizada en una estructura jerárquica y estrechamente interconectada a gran escala, seguirá siendo crucial para garantizar un servicio eléctrico fiable a la mayoría de los consumidores durante las próximas dos décadas. ^{[ 8 ]} Las interrupciones del suministro eléctrico son problemáticas tanto para los consumidores como para el propio sistema eléctrico. Estas interrupciones suelen ser causadas por daños físicos en partes locales del sistema, como rayos, caída de árboles o fallos en los equipos. La mayoría de los cortes de luz que afectan a los clientes en Estados Unidos son causados ​​por eventos que ocurren en el sistema de distribución, mientras que las tormentas más intensas, los fenómenos naturales y los errores de los operadores pueden causar cortes en todo el sistema de alta tensión. Diversos eventos, como huracanes, tormentas de hielo, sequías, terremotos, incendios forestales y vandalismo, pueden provocar cortes de luz. Cuando se corta la luz, la vida se vuelve más difícil, especialmente en términos de comunicación, operaciones comerciales y control del tráfico. Los cortes breves suelen ser manejables, pero los cortes más largos y generalizados generan mayores costes e inconvenientes. Los servicios esenciales como la atención médica, los servicios de emergencia y las comunicaciones pueden verse interrumpidos, lo que podría provocar la pérdida de vidas. Este informe se centra en la construcción de un sistema eléctrico resiliente que minimice los impactos adversos de los apagones prolongados, en particular los que duran varios días o más y se extienden por múltiples áreas o estados, los cuales son especialmente problemáticos para una economía moderna que depende de un suministro eléctrico fiable. ^{[ 9 ]}

A pesar de los esfuerzos de las empresas de servicios públicos para prevenir y mitigar los apagones a gran escala, estos siguen ocurriendo y no pueden eliminarse debido a las numerosas fuentes potenciales de interrupción del sistema eléctrico. Resulta algo sorprendente que tales apagones no sean más frecuentes, considerando la magnitud del sistema y el potencial de problemas. Sin embargo, los planificadores y operadores del sistema han realizado grandes esfuerzos durante muchos años para garantizar que el sistema eléctrico se diseñe y opere con un alto nivel de confiabilidad. En los últimos tiempos, también se ha hecho mayor hincapié en la resiliencia. La North American Electric Reliability Corporation (NERC), responsable del desarrollo de estándares de confiabilidad para el sistema eléctrico de alta tensión, define la confiabilidad en términos de dos conceptos fundamentales. ^{[ 10 ]}

1. Adecuación: La adecuación se refiere a la capacidad del sistema eléctrico para satisfacer de manera constante la demanda general de electricidad y las necesidades energéticas de los usuarios finales, teniendo en cuenta tanto las interrupciones planificadas como las imprevistas de los componentes del sistema que se prevén razonablemente.
2. Fiabilidad operativa: Capacidad del sistema eléctrico en su conjunto para soportar interrupciones inesperadas, como fallos eléctricos o averías imprevistas de componentes debido a emergencias justificadas, sin sufrir cortes de energía generalizados y descontrolados ni daños en la maquinaria.

En la práctica, los estándares de confiabilidad del sistema varían, y si bien el sistema eléctrico principal mantiene un nivel de confiabilidad relativamente alto en todo Estados Unidos, no puede ser completamente infalible debido a su complejidad como " sistema ciberfísico ". Para garantizar la suficiencia de la capacidad de generación de electricidad, se suele utilizar un estándar de pérdida de carga de un día cada diez años, lo que significa que las reservas de generación deben ser suficientes para evitar que los cortes de carga voluntarios por suministro insuficiente ocurran más de una vez cada diez años. Sin embargo, con millones de componentes y sistemas físicos, de comunicaciones, computacionales y en red complejos, el sistema es inherentemente complejo y no puede alcanzar una confiabilidad perfecta.

Resiliencia y fiabilidad son dos conceptos distintos. La resiliencia, según la define el Diccionario Random House de la Lengua Inglesa , se refiere a la capacidad de volver al estado original tras haber sido estirado, comprimido o doblado. Además, la resiliencia implica recuperarse de la adversidad, la enfermedad, la depresión u otras situaciones similares. También abarca la capacidad de recuperarse y afrontar las interrupciones de forma eficaz, reduciendo su impacto, reorganizándose rápida y eficientemente una vez finalizado el evento y aprendiendo a gestionar mejor los eventos futuros. ^{[ 11 ]}

Los problemas relacionados con el clima han intensificado la atención sobre la sostenibilidad y la resiliencia energética. En Estados Unidos, las compañías eléctricas han registrado más de 2500 cortes de energía importantes desde 2002, de los cuales casi la mitad (específicamente 1172) se atribuyen a fenómenos meteorológicos, como tormentas, huracanes y otros sucesos meteorológicos severos no especificados. ^{[ 12 ]} Estos incidentes suelen ocasionar pérdidas económicas significativas. ^{[ 7 ]}

El Comité para el Fortalecimiento de la Resiliencia del Sistema Nacional de Transmisión y Distribución de Energía Eléctrica ha desarrollado estrategias que buscan reducir el impacto de los apagones a gran escala y de larga duración. La resiliencia no se trata solo de prevenir estos apagones, sino también de limitar su alcance e impacto, restablecer el suministro eléctrico rápidamente y prepararse para eventos futuros. ^{[ 8 ]}

Algunas partes de Estados Unidos aún dependen de servicios públicos regulados e integrados verticalmente, mientras que otras han adoptado mercados competitivos. Los esfuerzos para mejorar la resiliencia deben tener en cuenta esta heterogeneidad institucional y política. ^{[ 8 ]}

El uso de la automatización en el nivel de alta tensión puede mejorar la fiabilidad de la red, pero también introduce vulnerabilidades de ciberseguridad. Estas " redes inteligentes " utilizan tecnologías mejoradas de detección, comunicación y automatización, así como una infraestructura de medición avanzada . ^{[ 8 ]}

En algunos estados, los recursos energéticos distribuidos están creciendo rápidamente, pero la mayoría de los consumidores estadounidenses seguirán dependiendo de la red eléctrica a gran escala, interconectada y con una estructura jerárquica. Por lo tanto, las estrategias para mejorar la resiliencia del suministro eléctrico deben considerar un conjunto diverso de arreglos técnicos e institucionales y una amplia variedad de riesgos. No existe una solución única que se adapte a todas las situaciones en lo que respecta a evitar, planificar, afrontar y recuperarse de apagones importantes. ^{[ 8 ]}

• Sistemas de control resilientes