{"id":255758,"date":"2018-05-07T18:20:07","date_gmt":"2018-05-07T21:20:07","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=255758\/"},"modified":"2018-05-07T18:32:29","modified_gmt":"2018-05-07T21:32:29","slug":"el-comportamiento-de-los-apagones","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/el-comportamiento-de-los-apagones\/","title":{"rendered":"El comportamiento de los apagones"},"content":{"rendered":"
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Ormuzd Alves\/ Hojapress<\/span><\/a> La avenida 23 de Maio, en la ciudad de S\u00e3o Paulo, durante el apag\u00f3n que afect\u00f3 a 10 estados brasile\u00f1os el 11 de marzo de 1999Ormuzd Alves\/ Hojapress<\/span><\/p><\/div>\n

La infancia de la f\u00edsica Yang Yang estuvo signada por los apagones. La cient\u00edfica creci\u00f3 en Pek\u00edn a finales de los a\u00f1os 1990, cuando la capital china sufr\u00eda interrupciones frecuentes del suministro de energ\u00eda. \u201cLas centrales no lograban dar cuenta de la gran demanda de electricidad en el verano\u201d, comenta la investigadora china. El a\u00f1o pasado, Yang culmin\u00f3 su doctorado en f\u00edsica te\u00f3rica bajo la direcci\u00f3n del brasile\u00f1o Adilson Motter, en la Universidad Northwestern, en Evanston, Illinois, Estados Unidos. En su investigaci\u00f3n, desarroll\u00f3 modelos matem\u00e1ticos que pueden ayudar a disminuir el riesgo de apagones en el sistema el\u00e9ctrico de grandes pa\u00edses como China, Estados Unidos y Brasil.<\/p>\n

A partir de esos modelos, Yang, Motter y uno de sus colegas en la Northwestern, el matem\u00e1tico japon\u00e9s Takashi Nishikawa, identificaron un algoritmo (una secuencia de procedimientos) que hace posible reconocer los tramos de una red el\u00e9ctrica con mayor probabilidad de fallar en serie y generar un efecto en cascada capaz de dejar estados o incluso un pa\u00eds al oscuro. Ese algoritmo aparece descrito en un art\u00edculo publicado en enero en la revista Physical Review Letters<\/em>.<\/p>\n

Mediante simulaciones en computadoras, los investigadores pusieron a prueba el algoritmo teniendo en cuenta la red de distribuci\u00f3n el\u00e9ctrica de Texas, una de las mayores de Estados Unidos. Aparte de reproducir con \u00e9xito el historial de apagones acaecidos entre 2010 y 2013, estimaron el riesgo de que la red texana sufra apagones de distintas proporciones. \u201cSon pron\u00f3sticos que los ingenieros podr\u00e1n probar y utilizar para orientar intervenciones destinadas a evitar apagones en la red\u201d, dice Motter.<\/p>\n

El algoritmo se desarroll\u00f3 como parte de un proyecto de investigaci\u00f3n mayor, coordinado por Motter y Nishikawa y financiado con una partida de 3,2 millones de d\u00f3lares por el Departamento de Energ\u00eda de Estados Unidos. En \u00e9l, los f\u00edsicos colaboran con ingenieros electricistas y otros profesionales de instituciones de investigaci\u00f3n cient\u00edfica y compa\u00f1\u00edas de energ\u00eda para crear sistemas de control que contemplen la nueva realidad del sector el\u00e9ctrico estadounidense.<\/p>\n

\u201cLa red brasile\u00f1a es centralizada, con pocas y grandes centrales hidroel\u00e9ctricas\u201d, explica Motter. \u201cEn tanto, la de Estados Unidos funciona con miles de usinas distribuidas por todo el pa\u00eds, la mayor\u00eda de ellas termoel\u00e9ctricas y nucleares, y est\u00e1 incorporando cada vez m\u00e1s fuentes de energ\u00eda renovable, fundamentalmente solares y e\u00f3licas\u201d. Seg\u00fan el f\u00edsico, el problema con estas dos fuentes alternativas radica en que producen energ\u00eda de manera intermitente, toda vez que los paneles solares no generan electricidad por las noches o cuando el Sol se encuentra cubierto, y las turbinas e\u00f3licas no funcionan cuando no hay viento. Esta intermitencia, seg\u00fan afirma Motter, aumenta la probabilidad de que las fallas en la red el\u00e9ctrica se amplifiquen y provoquen apagones.<\/p>\n

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Noaa<\/span><\/a> Im\u00e1genes satelitales muestran, en blanco, la iluminaci\u00f3n de ciudades del nordeste estadounidense el 13 de agosto de 2003…Noaa<\/span><\/p><\/div>\n

Por mejor equipada que est\u00e9 y mejor planificada que haya sido, ninguna red de generaci\u00f3n y distribuci\u00f3n de energ\u00eda el\u00e9ctrica se encuentra libre del riesgo de sufrir un gran apag\u00f3n. El peligro es mayor en verano, cuando el calor eleva la demanda de energ\u00eda para alimentar los aparatos de aire acondicionado. Al mismo tiempo, los eventos clim\u00e1ticos extremos t\u00edpicos de esta estaci\u00f3n, tales como las sequ\u00edas y las tormentas, aumentan la probabilidad de que ocurran incendios y caigan rayos, que pueden desconectar generadores de electricidad y l\u00edneas de transmisi\u00f3n.<\/p>\n

M\u00e1s que inconvenientes, los apagones causan serias p\u00e9rdidas econ\u00f3micas. Se estima que Estados Unidos pierde decenas de miles de millones de d\u00f3lares por a\u00f1o con las interrupciones de actividades industriales y de servicios ocasionadas por los cortes en el suministro de electricidad. Y Brasil afronta el mismo problema. En un estudio del Centro Brasile\u00f1o de Infraestructura (CBIE) se arrib\u00f3 a la conclusi\u00f3n de que entre 2011 y 2014 hubo 181 apagones en distintas regiones del pa\u00eds.<\/p>\n

\u201cLos grandes apagones son raros, pero los peque\u00f1os cortes suceden todo el tiempo\u201d, comenta Motter, quien se gradu\u00f3 en f\u00edsica en la Universidad de Campinas (Unicamp). Desde 2006 trabaja en Northwestern como especialista en din\u00e1mica de las redes complejas, una \u00e1rea de la matem\u00e1tica en la que se estudia el funcionamiento de sistemas integrados por muchos componentes interconectados, tales como las redes de neuronas en el cerebro o las redes conformadas por centrales, l\u00edneas de transmisi\u00f3n y l\u00edneas de distribuci\u00f3n de energ\u00eda. En sistemas tan complejos, la falla de un componente induce a otros a fallar a continuaci\u00f3n.<\/p>\n

\u201cCuando se interrumpe una l\u00ednea de transmisi\u00f3n, las l\u00edneas paralelas pueden sufrir una sobrecarga y desconectarse autom\u00e1ticamente para evitar perjuicios permanentes en el sistema\u201d, dice Motter. Algunas de estas cascadas de fallas provocan cortes en peque\u00f1as partes de la red, mientras que otras adquieren grandes proporciones. \u201cIntentamos entender de qu\u00e9 modo se propagan esas cascadas y qu\u00e9 determina su tama\u00f1o\u201d, comenta el f\u00edsico.<\/p>\n

En Estados Unidos, el mayor y m\u00e1s reciente apag\u00f3n nacional ocurri\u00f3 el 14 de agosto de 2003 y afect\u00f3 a grandes extensiones del nordeste y del medio-oeste del pa\u00eds, adem\u00e1s de la provincia de Ontario, en Canad\u00e1. Empez\u00f3 con la falla inicial de tres l\u00edneas de transmisi\u00f3n en el estado de Ohio, y en menos de una hora, 255 centrales se desconectaron. De entrada, esas unidades dejaron de funcionar poco a poco; pero durante los dos minutos finales de esa hora, la mayor parte se apag\u00f3 casi simult\u00e1neamente.<\/p>\n

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Noaa<\/span><\/a> …y durante el apag\u00f3n del d\u00eda 14Noaa<\/span><\/p><\/div>\n

Uno de los mayores apagones registrados en Brasil, el del 10 de noviembre de 2009, empez\u00f3 con una falla en una subestaci\u00f3n de Itaber\u00e1, en el interior de S\u00e3o Paulo. Ese problema desencaden\u00f3 una cascada que llev\u00f3 a la desconexi\u00f3n de la central hidroel\u00e9ctrica de Itaip\u00fa, y afect\u00f3 a estados enteros del sudeste y del centro-oeste del pa\u00eds, y tambi\u00e9n a Paraguay. \u201cHubo un efecto de amplificaci\u00f3n\u201d, dice Motter. \u201cLa desconexi\u00f3n de Itaip\u00fa, que produc\u00eda el 20% de la energ\u00eda el\u00e9ctrica del pa\u00eds, llev\u00f3 a que otras partes de la red, indirectamente conectadas con esa usina, tambi\u00e9n se desconectaran, y el apag\u00f3n afect\u00f3 a alrededor del 40% de la demanda en el territorio nacional.\u201d<\/p>\n

La espina dorsal<\/strong>
\nLa estimaci\u00f3n de la probabilidad de que grandes apagones como esos vuelvan a ocurrir es dif\u00edcil porque son eventos relativamente raros. Los datos hist\u00f3ricos de una red el\u00e9ctrica no son suficientes como para que los f\u00edsicos puedan aplicar an\u00e1lisis estad\u00edsticos a eventos extremos. En el estudio de la red el\u00e9ctrica de Texas, Motter y sus colegas intentaron superar este problema creando en computadora un modelo de red lo m\u00e1s realista posible.<\/p>\n

Cada simulaci\u00f3n empezaba reproduciendo una situaci\u00f3n real de suministro y demanda de energ\u00eda, como as\u00ed tambi\u00e9n de la capacidad de transmisi\u00f3n que las l\u00edneas de la red texana experimentaron en los horarios pico entre 2010 y 2013. Con base en esas situaciones reales, los investigadores simulaban apagones imaginarios, al provocar al azar desperfectos en algunos elementos de la red virtual. Luego registraban el tama\u00f1o del \u00e1rea afectada por la cascada de fallas inducida por las aver\u00edas.<\/p>\n

Los datos de 120 mil cortes de energ\u00eda virtuales revelaron algo sorprendente. Los f\u00edsicos notaron que a menudo, la falla de un elemento de la red puede saltearse a los elementos vecinos e inducir fallas en otros m\u00e1s alejados. Grupos de decenas de elementos sin conexi\u00f3n directa entre s\u00ed tend\u00edan a fallar en conjunto en un gran apag\u00f3n. Los investigadores detectaron tambi\u00e9n que la dimensi\u00f3n de los cortes depend\u00eda m\u00e1s de las conexiones entre los elementos de un grupo y del tama\u00f1o de ese grupo que del tama\u00f1o y de las conexiones de la red el\u00e9ctrica en general.<\/p>\n

\u201cVarios factores podr\u00edan incidir en el tama\u00f1o de las cascadas de fallas\u201d, comenta Motter. \u201cNuestro trabajo llev\u00f3 a la identificaci\u00f3n de dos determinantes\u201d. Uno es la probabilidad de que cada elemento de la red falle solo. El otro es el riesgo de que dos o m\u00e1s elementos fallen juntos en una misma cascada.<\/p>\n

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Takashi nishikawa\/ Universidad Northwestern<\/span><\/a> El mapa de la red el\u00e9ctrica de EE.UU. permite identificar los puntos m\u00e1s conectadosTakashi nishikawa\/ Universidad Northwestern<\/span><\/p><\/div>\n

La detecci\u00f3n de esos dos factores les permiti\u00f3 a los investigadores crear un modelo m\u00e1s sencillo destinado a prever interrupciones en la red texana que el obtenido con base en la simulaci\u00f3n realista empleada inicialmente. \u201cEsos subgrupos de elementos m\u00e1s vulnerables conforman la espina dorsal de las cascadas\u201d, comenta el ingeniero Elbert Macau, del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe), con sede en la localidad de S\u00e3o Jos\u00e9 dos Campos, en S\u00e3o Paulo. Macau coordina un proyecto de investigaci\u00f3n en redes complejas financiado por la FAPESP y public\u00f3 recientemente un estudio sobre el problema de los apagones. \u201cEl grupo de Motter arrib\u00f3 a un m\u00e9todo sumamente creativo de simplificaci\u00f3n de los c\u00e1lculos necesarios para estimar la probabilidad de que se produzcan posibles fallas en cascada en una red compleja\u201d, afirma Macau. \u201cSin esa simplificaci\u00f3n, ser\u00eda impracticable calcular eso para una red el\u00e9ctrica nacional.\u201d<\/p>\n

Mientras que el equipo de Motter model\u00f3 c\u00f3mo se propaga una cascada de fallas por la red el\u00e9ctrica, Macau y sus colegas procuraron entender mejor una de las principales causas de dichas fallas: la falta de sincron\u00eda entre la demanda y la oferta de energ\u00eda. En noviembre de 2016, el grupo del Inpe, con cient\u00edficos del Instituto Tecnol\u00f3gico de Aeron\u00e1utica y de la Universidad Federal de la Frontera Sur, public\u00f3 un art\u00edculo en la revista Chaos<\/em> en el cual muestra un modelo matem\u00e1tico que se enfoca en esta cuesti\u00f3n. Con dicho modelo, los investigadores logran determinar las condiciones de equilibrio estable en la cual un sistema de distribuci\u00f3n el\u00e9ctrica puede funcionar de modo tal de mantener la sincron\u00eda entre la generaci\u00f3n de energ\u00eda y la demanda de los consumidores aun con perturbaciones, y as\u00ed se reduce el riesgo de que ocurran apagones. Este modelo se aplic\u00f3 al sistema brasile\u00f1o de distribuci\u00f3n de electricidad para determinar su tolerancia a perturbaciones espec\u00edficas.<\/p>\n

En otro trabajo que cont\u00f3 con la participaci\u00f3n de brasile\u00f1os, se avanz\u00f3 un paso m\u00e1s all\u00e1 y se plantearon formas de restablecer r\u00e1pidamente la sincron\u00eda en una red el\u00e9ctrica. Dos meses antes, en otro art\u00edculo publicado en la misma revista, el estudiante de doctorado chino Chengwei Wang y los f\u00edsicos brasile\u00f1os Celso Grebogi y Murilo Baptista, todos de la Universidad de Aberdeen, en el Reino Unido, demostraron que la aplicaci\u00f3n de perturbaciones el\u00e9ctricas calculadas con base en informaci\u00f3n parcial del consumo y de la generaci\u00f3n de energ\u00eda puede evitar el surgimiento de las grandes asincronismos que llevan a los apagones. \u201cCreamos un sistema confiable en el cual existe un equilibrio permanente entre la generaci\u00f3n y la demanda\u201d, dice Grebogi. \u201cEl control planteado hace posible la construcci\u00f3n de redes el\u00e9ctricas inteligentes, las llamadas smart grids<\/em>.\u201d<\/p>\n

El ingeniero electricista Ant\u00f4nio Padilha Feltrin, de la Universidade Estadual Paulista (Unesp) con sede en Ilha Solteira, considera que el modelo que Motter propuso para detectar los grupos de elementos de red que tienden a fallar juntos constituye una novedad interesante, pero hace una salvedad. \u201cLa obtenci\u00f3n de la informaci\u00f3n inicial para calcular las probabilidades es algo sumamente complicado en el sector el\u00e9ctrico\u201d, dice. Padilha Feltrin explica que la red est\u00e1 alter\u00e1ndose constantemente debido a las mejoras y al mantenimiento, lo que puede modificar dr\u00e1sticamente la probabilidad de que un elemento de la red falle de un momento a otro.<\/p>\n

El investigador recuerda que tras el apag\u00f3n de 1999 en Brasil, se implement\u00f3 un nuevo sistema de comunicaci\u00f3n entre las principales centrales del pa\u00eds, por ejemplo. \u201cLa red el\u00e9ctrica fue modificada de manera tal que una falla como la que sucedi\u00f3 ese a\u00f1o no pueda producirse m\u00e1s de igual modo\u201d, afirma. De todos modos, para Padilha Feltrin, el modelo del grupo de Motter tiene potencial como para ayudar a prevenir apagones si la red dispone de un sistema de informaci\u00f3n \u00e1gil y eficiente, que permita conocer sus condiciones de operaci\u00f3n en tiempo real, una de las caracter\u00edsticas principales de la nueva generaci\u00f3n de redes el\u00e9ctricas que est\u00e1n cre\u00e1ndose en Estados Unidos, las redes inteligentes.<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos<\/em>
\nYANG, Y., NISHIKAWA, T. y MOTTER, A. E. Vulnerability and co-susceptibility determine the size of network cascades<\/a>. Physical Review Letters<\/strong>. 27 ene. 2017.
\nGRZYBOWSKI, J. M. V., MACAU, E. E. N. y YONEYAMA, T. On synchronization in power-grids modelled las networks of second-order Kuramoto oscillators<\/a>. Chaos<\/strong>. nov. 2016.
\nWANG, C., GREBOGI, C. y BAPTISTA, M. S. Control and prediction for blackouts caused by frequency collapse in smart grids<\/a>. Chaos<\/strong>. sep. 2016.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"De qu\u00e9 modo las sucesiones de fallas provocan cortes en las redes el\u00e9ctricas","protected":false},"author":14,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[296,304],"coauthors":[103],"class_list":["post-255758","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es","tag-energia-es","tag-fisica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/255758","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/14"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=255758"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/255758\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=255758"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=255758"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=255758"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=255758"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}