Concepto de Resiliencia

El sector energético se encuentra en un periodo de cambios significativos. La preocupación cada vez mayor por la calidad de la energía eléctrica, la preocupación de los países desarrollados por los efectos del cambio climático, la continua creciente demanda de consumidores de este bien, la tendencia hacia una generación distribuida frente a la generación tradicional de centrales térmicas o de carbón, la creación de smart grids o redes inteligentes, el aumento de ERNC (Energías Renovables No Convencionales), entre otros factores, están encaminando el sector hacia nuevas tecnologías y modelos de mercado a los que hay que adaptarse. Además, este proceso de cambios conlleva el requerir de un sistema eléctrico de potencia más variable y flexible.

Es por todo ello que el concepto de confiabilidad, siempre presente en el suministro eléctrico, haya ganado importancia en los últimos años. Se entiende confiabilidad como una función que expresa una probabilidad de supervivencia a través del tiempo, asociado a la posibilidad de disponer de energía eléctrica en cualquier instante, sobreponiéndose a situaciones que derivan en cortes de servicio. Los índices para la cuantificación de la misma serían el grado de daño y los tiempos de recuperación de los elementos según la frecuencia y duración de fallas o cortes en el suministro eléctrico.

Por otro lado, en la literatura al respecto también se destaca la importancia de dicha confiabilidad en los sistemas de distribución, nivel en el que se va a centrar este proyecto, ya que, la sociedad es muy sensible a las interrupciones del servicio de suministro de energía eléctrica dada la alta dependencia que de este insumo se tiene en todas las actividades de la vida diaria.

Se va a destacar la definición que refiere la confiabilidad a la capacidad y seguridad que presentan los sistemas eléctricos. Con capacidad se refiere a la existencia de instalaciones suficientes para satisfacer la demanda y soportar las restricciones operacionales del sistema, y con seguridad se hace referencia a la capacidad de responder ante perturbaciones que se puedan producir en el sistema eléctrico de potencia por cambios en la demanda o generación, falla de las líneas o equipos, entre otros).

Algunas medidas técnicas, como por ejemplo el criterio de seguridad en planificación y operación de N -1 en que el sistema puede enfrentar la contingencia simple más severa que provoque falla en alguno de sus componentes, sin que esta genere la caída general o zonal del sistema, son realmente de utilidad para eventos APBI (Alta Probabilidad, Bajo Impacto), pero, ¿qué ocurre con los eventos BPAI (Baja Probabilidad, Alto Impacto), en los que se encuadran los desastres naturales como sismos, incendios o inundaciones?. Este tipo de eventos BPAI además direccionan las medidas a tomar hacia la adaptación al evento y no solo a la mitigación del mismo.

De aquí nace el concepto de Resiliencia, es decir, nos permite aportar un marco conceptual para preparar al sistema eléctrico de potencia ante los efectos de un evento natural de gran envergadura. Este concepto abstracto, significa, en psicología, la capacidad de los seres humanos para adaptarse positivamente a situaciones adversas; en física, la capacidad de un cuerpo de volver a su forma o posición original luego de ser sometido a doblado, compresión, alargado, u otro proceso.

En el sector eléctrico, se puede definir como la capacidad de un sistema de energía de tolerar perturbaciones continuando con el suministro de energía los consumidores. Un sistema de energía resiliente es aquel que puede rápidamente recuperarse de grandes shocks proveyendo diversos medios para suministrar energía cada vez que existan cambios en las circunstancias externas.

Este término tiene un carácter principalmente cualitativo por lo que uno de los principales desafíos hoy en día, es cuantificar la Resiliencia con el objetivo de definir parámetros que permitan medirla y aplicarla en la planificación y operación de modo que se mejore el modo de actuación de los sistemas eléctricos de potencia ante grandes contingencias.

Un marco general de cómo cuantificar la Resiliencia que caracteriza a los sistemas eléctricos de potencia podría ser el que se muestra a continuación. En primera instancia se van a identificar las cuatro principales características que representarían el nivel de resiliencia de los sistemas:

    - Capacidad de resistencia al evento: Referente a la capacidad del sistema de mantener la operación ante la acción de un peligro o gran contingencia, como los desastres naturales.
    - Velocidad de recuperación del sistema de energía eléctrica: Es decir, cuánto tiempo tarda el sistema en recuperarse en función de un nivel determinado de daño.
    - Capacidad de preparación y planificación para futuros eventos BPAI: En relación a la habilidad de las organizaciones de implementar medidas para reducir a futuro el efecto de estas contingencias en las infraestructuras eléctricas.
    - Capacidad de adaptación a la gran contingencia: La capacidad de las organizaciones que operan y administran las redes eléctricas de reaccionar ante condiciones externas, como las acciones derivadas de un desastre natural, o internas como decisiones de gestión o envejecimiento de la infraestructura, que pueden afectar el rendimiento de la red eléctrica.

Estas características van directamente relacionadas en el orden expuesto anteriormente, con las fases temporales del evento que se describen a continuación:

    1) Fase I, durante el evento: Este periodo va desde unos minutos hasta días comenzando con las primeras señales del comienzo de la contingencia y concluyendo cuando se realizan las primeras reparaciones. El foco está en la reducción de daños y pérdida de servicio.
    2) Fase II, consecuencias inmediatas: La duración es de varios días a varias semanas. El objetivo es la reparación, lo antes posible, de componentes y la recuperación de las actividades de suministro, además de la obtención de un catastro de daños para evaluar el estado del sistema. Termina esta fase cuando estas actividades se han completado.
    3) Fase III, consecuencias a corto plazo: Se prolonga esta fase entre varias semanas o meses, solapándose con la Fase II, pero la diferencia es que la intención sea estudiar el efecto del evento en la red eléctrica, elaborando un catastro de daños y el modo en que se ha respondido al evento y se han empleado los recursos disponibles.
    4) Fase IV, consecuencias a largo plazo: Consiste en prepararse para el próximo evento por lo que su duración puede prolongarse hasta varios años. Para ello se deben planificar e implementar las medidas de mitigación, modificando la infraestructura que se haya visto dañada y evaluando posibles cambios de actuación, de tal modo que el sistema sea cada vez más capaz de adaptarse a estas grandes contingencias. Esta fase finaliza cuando se da de nuevo el evento.

A continuación se muestra el siguiente gráfico que representa las fases intrínsecas en la curva de resiliencia:

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Curva de resiliencia (Fuente: M. Panteli and P. Mancarella, "The Grid: Stronger, Bigger, Smarter?: Presenting a Conceptual Framework of Power System Resilience," in IEEE Power and Energy Magazine, vol. 13, no. 3, pp. 58-66, May-June 2015.)

En resumen, se describe como al producirse una gran contingencia, inicialmente el sistema eléctrico es un sistema robusto y resistente pero que puede no ser capaz de soportar la perturbación, por lo que disminuye considerablemente la resiliencia del sistema. Durante una segunda fase de adaptación, trata de responder al evento buscando una respuesta rápida al mismo, hasta alcanzar un periodo de recuperación y volver a su estado inicial de funcionamiento con toda la infraestructura recuperada. Cabe destacar que en la etapa final, el estado R(t) que se alcance puede ser incluso mayor que el estado R_0 inicial, ya que se aprende del evento ocurrido y se pueden tomar medidas que hacen que el sistema sea más Resiliente.

Esta investigación tiene por objetivo, sobre la curva de Resiliencia, un aumento de la misma, y una disminución de tiempos de respuesta, tal y como se observa, a partir de un conocimiento mayor del evento en cuestión, terremotos, una evaluación de la capacidad de respuesta del sistema con los recursos de los que dispone actualmente Chile en términos de cuadrillas de emergencia que restauren la infraestructura eléctrica dañada, y un apoyo de elementos de almacenamiento de energía eléctrica, como baterías. Estas medidas hacen que se mitigue el efecto del desastre natural y que el sistema se adapte de mejor forma ante la ocurrencia futura.