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Aug 14, 2023

Comienzos negros: cómo se reinicia la red

Atrapados como estamos en el momento de escribir este artículo por una ola de calor histórica, es difícil

Atrapados como estamos en el momento de escribir este artículo por una ola de calor histórica, es difícil para nosotros en el oeste de los Estados Unidos imaginar una época en la que el frío y el hielo reinaran en la tierra. Pero en realidad, fue hace solo unos cuatro meses que se presentó otro clima extraño en la mayor parte del país, incluidos lugares mal equipados para lidiar con las consecuencias. La ahora legendaria "Congelación de febrero" dejó a millones, principalmente en Texas, luchando en la oscuridad y el frío mientras una serie de fallas de ingeniería en cascada destruían su red eléctrica, pieza por pieza, condado por condado.

El evento ha sido muy discutido y diseccionado, como debe ser un evento con un impacto de tan largo alcance. Al igual que muchas discusiones en estos días, muy pocas son informadas o civilizadas, y esas no son buenas noticias para aquellos que buscan entender qué sucedió y cómo evitar que vuelva a suceder, o al menos mitigar un poco los efectos. Parte de eso es comprensible, dadas las situaciones que alteran la vida y, a menudo, amenazan la vida, el desastre obligó a las personas a enfrentar repentinamente. También es difícil para las personas discutir un evento tan generalizado en su alcance e impacto: hay demasiado para que cualquiera pueda entenderlo.

Para hacer la discusión actual un poco más fácil, nos centraremos en un aspecto del colapso de la red eléctrica de febrero que a menudo se menciona pero rara vez se explica: que la red eléctrica de Texas estaba a solo unos minutos de colapsar por completo, y eso habría tomado semanas o meses para restaurar si hubiera podido escaparse. ¿Es eso realmente posible? ¿Puede la red eléctrica simplemente "desaparecer" por completo y de repente? Lamentablemente, la respuesta es sí, pero afortunadamente se ha pensado mucho no solo en evitar que suceda, sino también en cómo reiniciar todo si sucede, realizando lo que se conoce como "Inicio negro".

Según algunas medidas, la red eléctrica del planeta es la máquina más grande y compleja que jamás hayamos construido. Parece una afirmación justa; solo en EE. UU. y Canadá, la red de transmisión tiene más de 120 000 millas (190 000 km) de líneas que se extienden por todo el continente. Y ese es solo el sistema para mover la electricidad a granel desde donde se produce a las subestaciones ubicadas cerca de los centros de población; agregue los millones de millas de cable que forman el sistema de distribución que conecta a los clientes individuales, y comenzará a ver el tamaño total del sistema. Entonces considere que este sistema tiene más de 10,000 plantas de generación, cada una de las cuales tiene que estar sincronizada con todas las otras plantas sin importar la demanda, y la complejidad involucrada comienza a revelarse.

Con todo el equipo instalado para hacer funcionar la red eléctrica en un área tan amplia, es difícil recordar que no siempre fue así. La red norteamericana de hoy creció poco a poco, comenzando principalmente en los centros de población del este y medio oeste, electrificando primero las ciudades y luego extendiéndose a las áreas rurales. Aprovechar los sistemas existentes permitió a las compañías eléctricas no solo aprovechar el conocimiento adquirido con tanto esfuerzo sobre lo que funciona y lo que no funciona al tender cables y conectar a los clientes, sino también para proporcionar la energía necesaria para sus instalaciones de nueva generación. El simple hecho es que se necesita poder para generar poder, y ese es el corazón del problema del arranque negro.

La generación de energía es simple en teoría, y todos aprendimos los conceptos básicos en un momento u otro: convertir la energía potencial en energía cinética para hacer girar un imán dentro de una gran bobina de alambre. Pero los detalles son donde radica la complejidad. Por ejemplo, en una central eléctrica de carbón, se necesita energía para moler el carbón crudo al tamaño adecuado para usarlo como combustible en las calderas, al igual que los transportadores que alimentan las calderas, los actuadores que controlan las válvulas, los sensores y los sistemas de control que regular la velocidad de las turbinas, y la aparamenta que conecta los generadores a la red. Se necesita energía para generar energía, y una planta de energía puede usar una fracción significativa de su propia energía. Cuando una planta puede generar 700 megavatios o más, la carga general necesaria para operar, o reiniciar, una planta puede ser enorme.

Además del equipo necesario para alimentar y controlar la planta de energía, hay otra pieza del rompecabezas del arranque negro que puede entrar en juego: la corriente de excitación. La mayoría de las plantas de energía usan generadores autoexcitados, lo que significa que una pequeña cantidad de la corriente que producen se usa para alimentar las bobinas de campo del generador, creando el poderoso campo magnético necesario para generar electricidad. Una vez que un generador autoexcitado gira hasta detenerse, no hay corriente disponible para excitar las bobinas de campo. Para interrupciones breves, eso generalmente no es un problema, ya que el magnetismo residual del hierro en el rotor del generador será suficiente para iniciar un flujo débil de corriente, que luego excitará las bobinas de campo y permitirá que el generador alcance su capacidad máxima.

Sin embargo, las interrupciones prolongadas pueden hacer que el campo magnético de un rotor se debilite lo suficiente como para que necesite un poco de ayuda para ponerse en marcha. Los procedimientos de arranque en negro deben tener en cuenta esta eventualidad al proporcionar un medio para "disparar" los devanados de campo con energía externa. El proceso para generadores más pequeños es muy similar, y vale la pena tenerlo en cuenta para cualquiera que almacene un generador sin sacarlo y usarlo ocasionalmente. Solo tenga en cuenta que para una planta de energía, se necesitará mucho más que un taladro manual para limpiar los devanados.

Suponiendo que una planta de energía inactiva todavía esté conectada al sistema de transmisión, y suponiendo que otras plantas dentro de la región todavía estén operando, el proceso de arranque en negro es bastante simple: simplemente tome la energía de la red usando interruptores y transformadores que la planta tiene para este propósito. . Pero en el caso de una catástrofe regional, como la tormenta invernal de Texas, donde el condensado en las cabezas de los pozos de gas natural y en las líneas que alimentan a las plantas de energía se congelaron, lo que privó de combustible a docenas de operadores, las plantas en un área amplia pueden fallar juntas, por lo que es imposible importar la energía necesaria para reiniciar. Esta condición se llama "isla", y aquí es donde entra en juego el procedimiento de arranque en negro de la planta de energía.

Es comprensible que las empresas de servicios públicos se muestren reacias a compartir detalles públicamente, pero los arranques en negro de las plantas aisladas son generalmente una cascada de operaciones en las que se conectan generadores de emergencia sucesivamente más grandes, hasta que hay suficiente energía disponible para arrancar en negro el generador principal. El proceso generalmente comienza con generadores diesel, que producen suficiente energía para mantener encendidas las luces y los sistemas de control de la planta de energía. Esto permitirá a los operadores poner en marcha un generador más grande, tal vez un cogenerador de turbina de gas, que luego proporciona suficiente energía para hacer funcionar las bombas, válvulas, alimentaciones y conmutadores de uno de los generadores principales de la planta. Una vez que uno de ellos está en marcha, el resto de los generadores de la planta pueden arrancar y el servicio puede restablecerse.

Todos los procedimientos para el arranque en negro de una planta de energía aislada están cuidadosamente documentados, y se supone que los planes deben practicarse a intervalos regulares para asegurarse de que todo funcione. Desafortunadamente, cuando llegó el momento crítico en Texas en febrero pasado, y varias plantas de energía se aislaron, el proceso de arranque en negro fue todo menos sencillo. Un informe decía que nueve de los trece generadores designados como unidades primarias de arranque en negro no funcionaban, mientras que seis de los quince generadores designados para respaldar los generadores primarios de arranque en negro también estaban inactivos. Los problemas con los generadores iban desde daños por congelación hasta problemas de combustible, incluida la incapacidad de los camiones para entregar combustible en carreteras heladas.

A riesgo de simplificar demasiado una serie de eventos complejos y extensos, por falta de un juego de cadenas para llantas, Texas estuvo asombrosamente cerca de perder su poder no solo por un par de días, sino por semanas o posiblemente meses. No sucedió en este caso, pero apenas y por varios golpes de suerte. No tenemos ninguna duda de que se invirtió mucha habilidad e ingenio en la ingeniería para que los reacios generadores de arranque en negro volvieran a estar en línea, así que felicitaciones a todos los que trabajaron duro para evitar la catástrofe. Con suerte, esto servirá como una llamada de atención, y se pensará en cómo diseñar mejor todo el sistema de arranque en negro, no solo en Texas sino en todas las centrales eléctricas del mundo.