Innovador modelo matemático incluye desastres naturales en la planificación eléctrica, aumentando la resiliencia del suministro y el bienestar social de los consumidores.
Chile es un país muy vulnerable a desastres naturales. Dado a que originalmente la planificación de las redes eléctricas no consideró este riesgo, cuando ocurren estos eventos, el suministro suele interrumpirse más allá de los tiempos aceptables y, muchas veces, se propaga fuera del área inicialmente afectada. En este contexto, un grupo de investigadores del Instituto Sistemas Complejos de Ingeniería creó modelos matemáticos para rediseñar las redes eléctricas, potenciado la resiliencia del sistema ante eventos naturales adversos.
La confiabilidad de las redes eléctricas en Chile es muy deficiente. Mientras en países como Noruega o Reino Unido sus habitantes tienen en promedio una hora de falta de suministro eléctrico anual, en Chile este valor llega a quince horas al año. Muchas veces estos cortes son consecuencia de eventos exógenos al sistema eléctrico, como son los fenómenos climáticos extremos y los desastres naturales.
En el marco de una colaboración internacional en la que investigadores del ISCI analizaron la seguridad de la red eléctrica inglesa frente a eventos climáticos, recomendando cambios en los estándares de seguridad de suministro, surgió una nueva oportunidad de investigación: diseñar estrategias para fortalecer el sistema chileno ante los eventos que nos afectan localmente, como temblores y terremotos. Así, investigadores del ISCI organizaron un consorcio con la Universidad de Manchester del Reino Unido para llevar adelante esta tarea.
La experiencia ha demostrado que los cortes generalizados de suministro eléctrico son consecuencia de problemas que originalmente comienzan en puntos específicos del sistema, que luego se propagan por la red eléctrica al resto del país. Así, por ejemplo, terremotos que afectan una zona particular pueden causar un apagón generalizado.
“No podemos evitar que ocurran terremotos, pero si podemos estar mejor preparados y tomar medidas para minimizar sus efectos. Por ejemplo, en el terremoto de Concepción, en febrero de 2010, localidades enteras, incluso alejadas del epicentro, quedaron sin electricidad. Esto implicó pérdidas económicas importantes para la industria e impactó en la calidad de vida de las comunidades y sus habitantes. Con una mejor planificación del sistema eléctrico esto puede prevenirse”,
explica Rodrigo Moreno, líder del proyecto.
Luego de analizar, mediante simulaciones matemáticas, los impactos de los cortes de suministro ante varios tipos de movimientos sísmicos, con diferentes magnitudes y en múltiples zonas del país, el equipo de investigadores generó conocimiento acerca de los riesgos a los que el sistema eléctrico nacional estaba expuesto.
“Nos interesó entender cómo cada uno de los posibles terremotos afectaba el suministro eléctrico y cómo se propagaban por el sistema al resto del país. Con herramientas avanzadas de simulación y programación matemática, identificamos soluciones óptimas de inversión minimizando y mitigando los riesgos producto de estos terremotos. Así se determinan portafolios de inversiones costo efectivas que, además, aprovechan tecnologías nuevas y flexibles”,
afirma el investigador.
Además, la investigación ayudó a reconocer puntos críticos en la red eléctrica nacional. Se identificaron varios de éstos en torno a Santiago, en la zona de la subestación Encuentro en el norte, y en el área de la subestación Charrúa en el sur. Con este resultado, el equipo pudo proponer inversiones en reforzamiento de subestaciones y nuevas líneas que ofrecieran, respectivamente, un aumento en la robustez y un mayor número de rutas alternativas para transportar la energía en ante percances.
Esta metodología ha sido utilizada por el Coordinador Eléctrico Nacional identificando algunas obras críticas para el sistema. Este es el caso del nuevo enlace en corriente continua HVDC entre Atacama y Santiago, que logrará aumentar la resiliencia del sistema nacional de forma significativa. Otro ejemplo corresponde a un equipo especial de compensación que resulta crítico en el caso que un tsunami afecte la zona donde se ubica la central Guacolda. Dicha inversión identificada, se materializó con un costo aproximado de 50 millones de dólares.
Otras medidas propuestas por los investigadores corresponden al uso de equipos de almacenamiento; equipos flexibles de red (FACTS por su sigla en inglés); uso de recursos distribuidos en la red de distribución; y micro redes comunitarias. Esto último permitiría a comunidades contar con sus propios equipos de respaldo, los que se pueden utilizar cuando ocurra un problema en el suministro principal. En este contexto, los investigadores del ISCI demostraron que, en varios casos, dichos recursos distribuidos y comunitarios representan una opción más eficiente desde el punto de vista económico que reforzar el sistema eléctrico principal.
Gracias al impacto de este proyecto, el equipo de ISCI recibió durante 2018 el Premio Newton otorgado por el Gobierno Británico. Por otro lado, mediante un financiamiento adicional del mismo Gobierno se están replicando los resultados de esta investigación en otros países como Malasia, China y Costa Rica, para así contar con sistemas más resilientes frente a varios tipos de desastres naturales. Desde la industria, Samsung contrató a los investigadores involucrados en este trabajo para identificar las mejores estrategias de operación y mantención de los sistemas eléctricos de sus plantas de semiconductores ubicadas en Corea del Sur (incluyendo la planta más grande del mundo de semiconductores), con el fin de mitigar riesgos asociados a los cortes de suministro. A nivel nacional, los investigadores del ISCI están trabajando en proyectos con Empresa Eléctricas AG y el Coordinador Eléctrico Nacional para actualizar la actual normativa y las prácticas de planificación en transmisión eléctrica para mejorar la confiabilidad y la resiliencia del sistema eléctrico.
Comunicaciones ISCI