Estrategias basadas en datos refuerzan la red de distribución frente a eventos extremos

En febrero de 2021, la tormenta invernal Uri trajo temperaturas récord extremadamente bajas a Texas, y millones de personas se quedaron sin electricidad, algunas durante varios días. Ese mismo año, el huracán Ida dañó miles de transformadores de distribución y decenas de miles de postes y cables eléctricos, dejando a más de un millón de personas sin energía.

Cortes de energía como estos, provocados por condiciones meteorológicas severas, pueden interrumpir la calefacción y la refrigeración, afectar equipos médicos críticos que salvan vidas y detener servicios esenciales como el tratamiento de agua y las comunicaciones. Aunque estos eventos son poco frecuentes, sus consecuencias son graves y demuestran cuánto dependemos de una red confiable para mantener a nuestras comunidades seguras y conectadas.

Como ingeniera de investigación en el Centro de Planificación y Análisis de Redes (GPAC) del Laboratorio Nacional de las Montañas Rocosas (NLR), anteriormente conocido como NREL, el trabajo de Reiko Matsuda-Dunn consiste en comprender cómo responde la red eléctrica durante escenarios de desastre y en encontrar soluciones que puedan fortalecerla. ¿Cómo garantizamos que los servicios críticos tengan electricidad durante grandes tormentas, incendios forestales o huracanes? Cuando eso no es posible, ¿cómo restauramos la energía más rápido después de un apagón? ¿Cómo priorizamos los servicios críticos y a los clientes más afectados en el área impactada?

Estos problemas son dinámicos: están moldeados por patrones climáticos cambiantes y por las necesidades variables de las comunidades, y se ven desafiados a medida que las empresas eléctricas gestionan un crecimiento creciente de la demanda en múltiples sectores, incluidos aquellos que requieren una confiabilidad muy alta, como los centros de datos. Por ello, requieren soluciones flexibles y creativas que puedan adaptarse con el tiempo a medida que cambian las condiciones, los riesgos y las oportunidades.

Predecir y minimizar las vulnerabilidades

Más del 90 % de las interrupciones eléctricas se deben a fallos en el sistema de distribución, que se refiere a las líneas eléctricas de menor voltaje, transformadores y postes que llevan la electricidad a hogares y negocios. Estos cortes pueden ocurrir cuando los componentes del sistema de distribución resultan dañados por vientos fuertes, ramas caídas, nieve intensa u otras amenazas.

Las estrategias de planificación de la distribución pueden ayudar a prevenir daños, incluso si el apagón es consecuencia de un problema en la generación de energía o en la red de transmisión de mayor voltaje, y no en el propio sistema de distribución. Una planificación eficaz puede reducir las consecuencias mediante microrredes u operaciones de conmutación que permiten configuraciones flexibles de la red para suministrar energía a equipos esenciales o incluso mantener operaciones normales en áreas específicas.

El equipo del Laboratorio Nacional de las Montañas Rocosas (NLR) analiza datos detallados sobre el desempeño histórico de la red de distribución durante desastres pasados. Esto les permite examinar con detalle qué ocurrió exactamente y por qué, e identificar patrones. Por ejemplo, en su estudio de episodios previos de vientos fuertes, analizan ráfagas de hasta 70 millas por hora en zonas rurales de Minnesota y descubren que un solo alimentador —un circuito eléctrico que lleva la electricidad desde una subestación hasta los usuarios finales— experimentó más de nueve semanas de interrupciones acumuladas en un solo año debido a eventos relacionados con vientos intensos.

Estos conocimientos ayudan a los investigadores del NLR a identificar las partes más vulnerables de la red, lo que les permite priorizar inversiones, reforzar la infraestructura y diseñar sistemas más inteligentes y adaptables. Una vez que saben dónde es vulnerable la red, pueden explorar soluciones específicas para mejorar su desempeño durante interrupciones. Algunas soluciones son físicas, como el soterramiento —el proceso de enterrar líneas eléctricas o reforzar postes de distribución—, mientras que otras dependen de la tecnología, como sensores remotos que detectan peligros o recursos energéticos distribuidos que mantienen el suministro incluso cuando partes de la red fallan.

Cuantificar los beneficios de las soluciones

El trabajo del NRL no termina con la identificación de soluciones para reforzar la red; también determina cuáles ofrecen el mejor valor.

Utilizando los datos de alta resolución, evalúan cómo diversas soluciones reducen los apagones, aceleran la restauración del servicio y apoyan la seguridad pública. Su objetivo es proporcionar información clara y basada en evidencia que muestre qué soluciones son más eficaces y rentables, y que estén adaptadas a las necesidades únicas de cada región.

Por ejemplo, el soterramiento es una inversión eficaz para reducir los impactos del viento y la vegetación. Sin embargo, en áreas con una presencia significativa de roca madre, esta opción puede resultar demasiado costosa. En zonas más densas o urbanas, la red suele contar con múltiples rutas para llevar electricidad al mismo punto, lo que permite a los operadores aprovechar operaciones de conmutación que suministran energía mediante una configuración alternativa del circuito cuando ocurre un fallo y los activos dañados deben desenergizarse. No obstante, en áreas rurales donde los clientes y la infraestructura están más dispersos, las operaciones de conmutación pueden no ser una opción viable.

Al evaluar distintas soluciones, el NLR ayuda a los responsables de la toma de decisiones —como empresas eléctricas, reguladores y oficinas estatales de energía— a recuperarse más rápidamente cuando ocurren interrupciones y a aprovechar al máximo sus recursos mientras se preparan para el futuro.