miniatura|Sistema de suministro eléctrico. miniatura|Sistema de suministro eléctrico. Líneas de transmisión. miniatura|Torres para el transporte de energía eléctrica.La red de transporte de energía eléctrica es la parte del sistema de suministro eléctrico constituida por los elementos necesarios para llevar hasta los puntos de consumo y a través de grandes distancias, la energía eléctrica generada en las centrales eléctricas.
Para ello, los niveles de energía eléctrica producidos deben ser transformados, elevándose su nivel de tensión. Esto se hace considerando que para un determinado nivel de potencia a transmitir, al elevar la tensión se reduce la corriente que circulará, reduciéndose las pérdidas por Efecto Joule. Con este fin se emplazan subestaciones elevadoras en las cuales dicha transformación se efectúa empleando transformadores, o bien autotransformadores. De esta manera, una red de transmisión emplea usualmente voltajes del orden de 220 kV y superiores, denominados alta tensión, de 400 o de 500 kV.
Descripción general Parte de la red de transporte de energía eléctrica son las llamadas líneas de transporte.
Una línea de transporte de energía eléctrica o línea de alta tensión es básicamente el mediofísico mediante el cual se realiza la transmisión de la energía eléctrica a grandes distancias. Está constituida tanto por el elemento conductor, usualmente cables de acero, cobre o aluminio, como por sus elementos de soporte, las torres de alta tensión.
Generalmente se dice que los conductores «tienen vida propia» debido a que están sujetos a tracciones causadas por la combinación de agentes como el viento, la temperatura del conductor, la temperatura del viento, etc.
Existen una gran variedad de torres de transmisión como son conocidas, entre ellas las más importantes y más usadas son las torres de amarre, la cual debe ser mucho más fuertes para soportar las grandes tracciones generadas por los elementos antes mencionados, usadas generalmente cuando es necesario dar un giro con un ángulo determinado para cruzar carreteras, evitar obstáculos, así como también cuando es necesario elevar la línea para subir un cerro o pasar por debajo/encima de una línea existente.
Existen también las llamadas torres de suspensión, las cuales no deben soportar peso alguno más que el del propio conductor. Este tipo de torres son usadas para llevar al conductor de un sitio a otro, tomando en cuenta que sea una línea recta, que no se encuentren cruces de líneas u obstáculos.
La capacidad de la línea de transmisión afecta al tamaño de estas estructuras principales. Por ejemplo, la estructura de la torre varía directamente según el voltaje requerido y la capacidad de la línea. Las torres pueden ser postes simples de madera para las líneas de transmisión pequeñas hasta 46 kilovoltios (kV). Se emplean estructuras de postes de madera en forma de H, para las líneas de 69 a 231 kV. Se utilizan estructuras de acero independientes, de circuito simple, para las líneas de 161 kV o más. Es posible tener líneas de transmisión de hasta 1000 kV.
Al estar estas formadas por estructuras hechas de perfiles de acero, como medio de sustentación del conductor se emplean aisladores de disco o aisladores poliméricos y herrajes para soportarlos.
Control Para garantizar un funcionamiento seguro y predecible, los componentes del sistema de transmisión se controlan con generadores, interruptores, disyuntores y cargas. El voltaje, la potencia, la frecuencia, el factor de carga y la fiabilidad del sistema de transmisión están diseñados para ofrecer un rendimiento rentable a los clientes.
Equilibrio de la carga El sistema de transmisión prevé una capacidad de carga base y de carga máxima, con márgenes de seguridad y tolerancia a los fallos. Los tiempos de carga máxima varían según la región, en gran medida debido a la combinación de industrias. En los climas muy cálidos y muy fríos, las cargas de aire acondicionado y calefacción de los hogares influyen en la carga total. Suelen ser más altas a última hora de la tarde en la parte más calurosa del año y a media mañana y media tarde en la parte más fría del año. Esto hace que las necesidades de energía varíen según la estación y la hora del día. Los diseños de los sistemas de distribución siempre tienen en cuenta la carga base y la carga máxima.
El sistema de transmisión no suele tener una gran capacidad de amortiguación para adaptar las cargas a la generación. Por lo tanto, la generación debe ajustarse a la carga para evitar fallos de sobrecarga en los equipos de generación.
Pueden conectarse múltiples fuentes y cargas al sistema de transmisión y deben ser controladas para proporcionar una transferencia ordenada de energía. En la generación de energía centralizada, sólo es necesario el control local de la generación, que implica la sincronización de las unidades de generación, para evitar grandes transitorios y condiciones de sobrecarga.
En la generación distribuida de energía, los generadores están distribuidos geográficamente y el proceso para ponerlos en línea y fuera de línea debe ser cuidadosamente controlado. Las señales de control de carga pueden enviarse por líneas separadas o por las propias líneas eléctricas. La tensión y la frecuencia pueden utilizarse como mecanismos de señalización para equilibrar las cargas.
En la señalización de la tensión, la variación de ésta se utiliza para aumentar la generación. La potencia añadida por cualquier sistema aumenta a medida que disminuye la tensión de la línea. Esta regulación es, en principio, estable. La regulación basada en la tensión es compleja de utilizar en las redes de malla, ya que habría que reconfigurar los componentes individuales y los puntos de ajuste cada vez que se añade un nuevo generador a la malla.
En la señalización de frecuencia, las unidades generadoras se ajustan a la frecuencia del sistema de transmisión de energía. En el control de velocidad por inclinación, si la frecuencia disminuye, la potencia aumenta. (La caída de la frecuencia de la línea es una indicación de que el aumento de la carga hace que los generadores disminuyan la velocidad).
Los aerogeneradores, los Vehicle-to-grid (V2G) y otros sistemas de almacenamiento y generación distribuidos localmente pueden conectarse a la red eléctrica e interactuar con ella para mejorar el funcionamiento del sistema. A nivel internacional, la tendencia ha sido pasar lentamente de un sistema eléctrico fuertemente centralizado a un sistema eléctrico descentralizado. El principal atractivo de los sistemas de generación distribuida localmente, que implican una serie de soluciones nuevas e innovadoras, es que reducen las pérdidas de transmisión al llevar el consumo de electricidad más cerca de donde se ha producido.
Protección contra fallos En condiciones de exceso de carga, el sistema puede diseñarse para fallar de forma gradual y no de golpe. La caída de tensión se produce cuando la potencia de suministro cae por debajo de la demanda. Los apagones se producen cuando el suministro falla por completo.
Los apagones rotativos (también llamados cortes programados de electricidad) son cortes de energía eléctrica intencionados, utilizados para distribuir una potencia insuficiente cuando la demanda de electricidad supera la oferta.
Equilibrio entre producción y consumo miniatura|Nord-Süd-Leitung en Alemania, primera línea de 220 kV en Europa
La electricidad es una de las pocas energías que no es posible almacenar a gran escala (excepto los sistemas de baterías o las presas hidráulicas que pueden ser consideradas reservas electromecánicas de energía de baja inercia). Por ello los operadores de red deben de garantizar el equilibrio entre la oferta y la demanda en permanencia. Si se produce un desequilibrio entre oferta y demanda, se pueden provocar dos fenómenos negativos:
En el caso en que el consumo supera la producción, se corre el riesgo de «apagón» por la rápida pérdida de sincronismo de los alternadores, mientras que en el caso de que la producción sea superior al consumo, también puede provocarse un “apagón” por la aceleración de los generadores que producen la electricidad.
Esta situación es típica de las redes eléctricas insulares donde la sobre-producción eólica conlleva a veces la aparición de frecuencias “altas” en las redes.
Las interconexiones entre los países pueden repartir mejor el riesgo de apagones en los territorios interconectados, al ser estos solidarios entre sí en la gestión del equilibrio entre la oferta y la demanda.
La aparición masiva de redes de generación distribuida también conduce a tener en cuenta este balance global de las redes, especialmente en cuestiones en tensión. La aparición de redes inteligentes deben contribuir al equilibrio general de la red de transporte (frecuencia y tensión), con el equilibrio las redes locales de distribución. Para ello los operadores europeos reflexionan sobre las soluciones técnicas pertinentes teniendo en cuenta la evolución de los modos de generación, hoy por hoy muy centralizados (hidroeléctrica, térmicas o nucleares), pero que podrían llegar a ser mucho más descentralizados en un futuro cercano (energía eólica o solar fotovoltaica).
Mientras que una distribuidora gestiona los redes de distribución, una comercializadora compra la electricidad en el mercado mayorista para venderla a consumidores que no quieren o no pueden contratar directamente con los generadores.
Impacto ambiental El impacto ambiental potencial de líneas de transmisión de energía eléctrica incluyen la red de transporte de energía eléctrica, el derecho de vía, las playas de distribución, las subestaciones y los caminos de acceso o mantenimiento. Las estructuras principales de la línea de transmisión son la línea misma, los conductores, las torres y los soportes.
Las líneas de transmisión pueden tener pocos, o cientos de kilómetros de longitud. El derecho de vía donde se construye la línea de transmisión puede variar de 20 a 500 metros de ancho, o más, dependiendo del tamaño de la línea, y el número de líneas de transmisión. Las líneas de transmisión son, principalmente, sistemas terrestres y pueden pasar sobre los humedales, arroyos, ríos y cerca de las orillas de los lagos, bahías, etc. Son técnicamente factibles, pero muy costosas, las líneas de transmisión subterráneas.
Las líneas de transmisión eléctrica son instalaciones lineales que afectan los recursos naturales y socioculturales.Libro de Consulta para Evaluación Ambiental (Volumen I; II y III). Trabajos Técnicos del Departamento de Medio Ambiente del Banco Mundial. Los efectos de las líneas cortas son locales; sin embargo, las más largas pueden tener efectos regionales. En general, mientras más larga sea la línea, mayores serán los impactos ambientales sobre los recursos naturales, sociales y culturales. Como se tratan de instalaciones lineales, los impactos de las líneas de transmisión ocurren, principalmente, dentro o cerca del derecho de vía. Cuando es mayor el voltaje de la línea, se aumenta la magnitud e importancia de los impactos, y se necesitan estructuras de soporte y derechos de vía cada vez más grandes. Se aumentan también los impactos operacionales. Por ejemplo, los efectos del campo electromagnético (EMF) son mucho mayores para las líneas de 1000 kV, que para las de 69 kV.
Los impactos ambientales negativos de las líneas de transmisión son causados por la construcción, operación y mantenimiento de las mismas. Las causas principales de los impactos que se relacionan con la construcción del sistema incluyen las siguientes:
El desbroce de la vegetación de los sitios y los derechos de vía; y, La construcción de los caminos de acceso, los cimientos de las torres y las subestaciones.