Sistema Eléctrico de Potencia: ¿Qué es y cuáles son las etapas?
Generalidades.
La creciente utilización dé energía eléctrica en poco más de un siglo, gracias al inicio de la utilización
práctica de la iluminación, llevo a la construcción de centrales generadoras con
grandes potencias y localizadas a grandes distancias de los centros de carga
que serán atendidos, demandando grandes líneas de transmisión y subestaciones, de
lo que conllevo al resultado de grandes sistemas eléctricos interconectados que
cubren todo el territorio de los países e
interconectando hasta con los sistemas eléctricos de países vecinos.
Figura 1: Generalidades del Sector eléctrico.
La
interconexión de todas las áreas de consumo y las centrales del país, formando un
gran sistema interconectado, posibilitando una mayor confiabilidad y calidad con
el servicio eléctrico a las cargas y viabiliza la integración de las fuentes de
generación de este sistema con la optimización del uso de las hidroeléctricas, con
la generación en centrales donde existen
mayores reservas de agua o mayor afluencia en los ríos, conjuntamente con termoeléctricas
de mayor costo resultando, de esta forma, así como también otros tipos de
centrales generadoras. Buscando el menor costo para la energía generada.
Los grandes
sistemas interconectados, con gran cantidad de componentes como centrales de
generación, líneas de transmisión, subestaciones y otros tantos equipos pueden
tener grandes problemas con fallas en algunos componentes que pueden llevar a
grandes fallas con impactos
económicos y sociales de graves consecuencias dada la dependencia de la
energía eléctrica, permanentemente y en todas las actividades.
Figura 2: Sistema
eléctrico interconectado de Europa.
¿Qué es un Sistema eléctrico de potencia?
El Sistema Eléctrico
de Potencia, o “SEP”, es una red que abarca todas las etapas desde la distribución
de energía eléctrica al consumidor, así como la generación hasta la transmisión.
El funcionamiento del SEP está basado en los principios de la electricidad y del electromagnetismo. La electricidad es producida por una fuerza motriz debido al giro de una máquina primaria, que puede ser una turbina hidráulica, un motor a combustión interna, una o una turbina eólica. Esa fuerza motriz gira un generador, que produce una corriente eléctrica alternada. La corriente eléctrica es entonces transmitida por las líneas de transmisión hasta los centros de consumo.
Figura 3: Diagrama
esquemático básico de un SEP
Tomado de: https://www.researchgate.net/figure/Figura-1-Sistemas-electricos-de-potencia_fig1_291280292
En las
subestaciones de transmisión, la tensión es elevada, permitiendo que ella
transportada a través de largas distancias con menores perdidas. Ya en las
subestaciones de distribución, la tensión es reducida para los niveles
adecuados para la distribución y el consumo tanto residencial, comercial e
industrial.
Para continuar
y se entienda un poco mejor se explicará un poco más las etapas del SEP.
Etapas del SEP o
Subsistemas.
1.- Generación de Energía eléctrica
El subsistema
de generación de energía eléctrica es el punto de partida de los sistemas
eléctricos de potencia y antes de conocer las diferentes tipologías para
producir energía, es imprescindible conocer cuál es su proceso de creación.
Como se puede apreciar en la siguiente imagen, la generación de energía
eléctrica la podemos dividir en 4 fases diferentes que siempre serán las
mismas, excepto cuando hablamos de una en concreto: la solar fotovoltaica.
Figura 4: Esquema generación energía eléctrica
Tomado
de://www.plena-energia.com/post/generacion-de-energia-electrica
Esquema generación
energía eléctrica
La elección de
una materia prima y tecnología sería la primera fase, de acá se parte a la
tecnología a utilizar según la materia prima. Estas pueden ser agua, gas,
carbón, viento o combustibles fósiles, entre otras.
Activación de la
turbina: Una vez elegida la materia prima, la clave reside en utilizar ese
componente para mover una turbina. Esta la podemos mover mediante vapor a mucha
presión (obtenido al calentar carbón, gas o residuos), o con la fuerza del
viento (aerogeneradores) o del agua (hidroeléctrica).
Puesta en
marcha del generador: Al hacer trabajar la turbina, se estará activando un
generador. Gracias a sus circuitos e imanes, este convierte la energía del
movimiento, en electricidad que luego va a ser aprovechada.
Conexión a la
red: Tras convertir la energía del movimiento en electricidad gracias a nuestro
generador, se suministrara la energía generada a la red de transmisión y
distribución. Bajo este proceso se genera gran parte de la electricidad que
llega a nuestras viviendas.
Las centrales
eléctricas son la base de ese proceso y pueden ser clasificadas de acuerdo con
la fuente de energía que utilizan
Tipos de fuentes:
·
Centrales Hidroeléctricas.
·
Centrales Termoeléctricas.
·
Centrales Nucleares.
·
Centrales Geotérmicas.
·
Centrales Eólicas.
·
Centrales Solares.
·
Micro/Mini Generación Distribuida.
·
Otras.
Figura 5: Consumo de energía eléctrica
según su fuente (USA)
Tomado de: https://cleanet.org/clean/literacy/energy/spanish/energy4.html
Esta gráfica
contiene información de la Administración de Información Energética de EEUU
(EIA por sus siglas en inglés) que muestra el desglose del uso de energía en
función de los distintos tipos de fuentes energéticas. Esta imagen se actualiza
anualmente por lo que información más reciente puede encontrarse en: https://www.eia.gov/energyexplained/us-energy-facts/
2. Transmisión de energía
eléctrica
Este
subsistema es el responsable de transmitir la energía eléctrica de las
centrales de generación hasta los centros de consumo. Las líneas de transmisión
(LTs) son elementos claves es este proceso y desempeñan un papel fundamental en
la eficiencia del sistema. Estas pueden ser aéreas o subterráneas, siendo estas
proyectadas para minimizar perdidas de energía.
Figura 6: Líneas de transmisión.
Foto referencial.
Existe un gran
esfuerzo en la concepción y diseño de las líneas de transmisión a través de los
proyectos eléctricos y mecánicos, buscando estructura robusta y la minimización
de perdidas, las
LTs generalmente funcionan en alta y extra-alta tensión, el motivo para eso es justamente
minimizar las perdidas, dado que la relación eléctrica primordial es que la
circulación de corriente por un conductor causa pérdidas de potencia a través del
calentamiento de ese conductor, y el
aumento de la tensión tiene por consecuencia la disminución de la corriente; otros
análisis se hacen necesarios, como la interacción de los campos eléctricos, inductancias
mutuas, influencias externas, nivel de curto-circuito, definición del formato de
las torres, selección de rutas, selección de materiales de alta conducción
eléctrica, todo para que el sistema pueda funcionar de la forma más eficiente posible.
Las líneas de transmisión,
dada su extensión, también permitirán la interconexión de todo el SEP el país al
que pertenece y hasta con otros países vecinos, formando un Sistema Interconectado
Nacional o internacional según sea el caso, a través del cual es posible hacer un
balance energético más inteligente y mejorado, con aprovechamiento energético, y
la eficiencia energética. Dado que el equilibrio entre generación y carga es la
base fundamental del funcionamiento delo SEP.
3. Distribución de Energía
eléctrica.
Este subsistema
de distribución es la etapa final del SEP. Es aquí que la electricidad llega a
los consumidores finales. Las redes de distribución son las responsables por
atender l necesidades específicas de los consumidores, siendo estas aéreas o subterráneas.
Figura 7: Diagrama esquemático Red de Distribución eléctrica.
Tomado de: https://merytronic.gorlan.com/determination-topology-distribution-network/
Esas redes de distribución
son divididas en redes primarias, que proporcionan la energía para grandes
consumidores y además se distribuye por los ramales de las ciudades y poblados
para que llegue más cerca del consumidor final, interconectando con los
transformadores de distribución a las redes secundarias, que son las que
proporcionan la energía para los consumidores residenciales, comerciales y las
pequeñas empresas.
La distribución,
“generalmente” son responsabilidad
de concesionarías locales, consiste en toda la estructura de entrega de la
demanda energética en todos los niveles de consumo. Las líneas de transmisión llegan
a centros de distribución, generalmente vía subestaciones de distribución, donde
los transformadores regulan los niveles de tensión para la entrega de la energía,
y a partir de donde derivan los alimentadores troncales y posteriormente, los
ramales; la energía todavía circula con una tensión más alta en la red primaria
de distribución, y transformadores de menor porte regulan nuevamente el nivel
de tensión para entregar de forma confiable y eficiente la energía a los
consumidores.
Ventajas de las interconexiones
de los SEP.
De Carácter Técnico
·
Garantizan la seguridad y continuidad del
suministro.
·
Mejora la Estabilidad de Frecuencia y Tensión
·
Aumenta la Confiabilidad en la Cobertura de la
Demanda Máxima
·
Aportan mayor estabilidad y garantía de la
frecuencia.
·
Aumentan la eficiencia de los sistemas
interconectados.
De Carácter Económico
·
Incrementan la competencia entre sistemas
vecinos.
·
Reducen la dependencia de proveedores únicos.
·
Proporcionan un mejor aprovechamiento de las
energías renovables.
·
Reduce las Reservas de Operación
·
Mejora la Optimización de Recursos (Generación y
Red)
·
Facilita los Intercambios Comerciales.
·
Fomenta la Integración de Recursos Energéticos.
·
Reduce la Necesidad de Potencia Instalada.
·
Reduce los Costos de Abastecimiento (Economías
de Escala)
·
Estimula la Competencia
·
Reduce las Pérdidas de Energía
¿Condiciones que se
deben cumplir para la interconexión de los SEP?
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Referencias:
https://www.produttivo.com.br/blog/sistema-eletrico-de-potencia/
