La costa del Golfo de Estados Unidos suele verse afectada por ciclones tropicales (TC), huracanes y otros fenómenos meteorológicos extremos, que pueden provocar cortes de electricidad generalizados.Se espera que el cambio climático y el calentamiento global aumenten el riesgo de que ocurran estos eventos, lo que podría alterar significativamente las actividades en el área.

Investigadores del Instituto Potsdam para la Investigación del Impacto Climático (PIK) y Fraunhofer SCAI en Alemania llevaron a cabo recientemente un estudio destinado a investigar el impacto de eventos climáticos extremos en la red eléctrica de Texas, para identificar líneas que deberían fortalecerse para evitar cortes graves en el futuro..

Su papel,publicadoenEnergía de la naturaleza, podría guiar los esfuerzos del gobierno local y los ingenieros de la zona destinados a aumentar la resiliencia de la red eléctrica en el estado de Texas.

"Nuestro artículo es una colaboración interdisciplinaria entre el modelado de impacto y la investigación de infraestructura realizada en PIK", dijo a Tech Xplore Mehrnaz Anvari, el autor que coordinó la investigación."Estudios y estadísticas recientes han demostrado un aumento significativo de los cortes de energía causados ​​por fenómenos meteorológicos extremos. Nuestro estudio se centra en los fenómenos de viento extremos, que tienen un impacto significativo enlíneas de transmisióny torres."

Los daños causados ​​por fenómenos meteorológicos extremadamente ventosos en las líneas de transmisión a menudo provocan más fallos en los sistemas y las infraestructuras, lo que provoca apagones generalizados ycortes de energía.Como algunos fenómenos meteorológicos, como los huracanes y los CT graves, pueden durar varias horas e incluso días, los daños que causan también pueden reducir su resiliencia ante futuras condiciones meteorológicas adversas.

"Durante estos eventos, decenas o incluso cientos de líneas de transmisión y torres pueden resultar dañadas", explicó Anvari."Esto contrasta con las reglas de seguridad N-1 o N-2 que se aplican a la red eléctrica. Según estas reglas, la red eléctrica debería permanecer resistente incluso después de que uno o como máximo dos componentes fallen".

En particular, cada vez que falla una línea de transmisión, la topología y la dinámica de una red eléctrica cambian.Esto significa que la respuesta de la red a futuros eventos climáticos adversos y los daños asociados dependerán del historial de daños anteriores y de cómo funcionaron después de estos daños.

"El objetivo principal de nuestro estudio fue comprender la interacción entre la evolución de las condiciones de tormenta y el estado parcialmente destruido de la red", dijo Frank Hellmann, coautor del artículo."Esto requirió que estudiáramos la estructura temporal-espacial de los daños y cortes, un tema con poca investigación preexistente".

El reciente artículo de Anvari, Hellmann y sus colegas se basa en una intuición clave arraigada en la investigación de sistemas complejos.Esta intuición es que si un sistema complejo pero robusto falla debido a tensiones externas, normalmente lo hace siguiendo patrones o modos de falla bastante bien definidos.

"Si podemos identificar estos modos de falla, podemos esperar prevenir fallas tan catastróficas", explicó Hellmann."Concretamente, esto significa identificar las líneas que son críticas para mantener el sistema operativo o, dicho al revés, identificar las líneas cuyo fallo durante el huracán tiene más probabilidades de provocar apagones a gran escala".

A diferencia de otros esfuerzos anteriores en este campo, el enfoque de los investigadores no sólo falla en las líneas que tienen más probabilidades de provocar cortes en los sistemas completamente funcionales y imperturbables, sino que también examina su impacto en casos en los que una red eléctrica ya ha sufrido daños importantes.En última instancia, esto les permitió determinar mejor la "columna vertebral" de la red, que respalda su resiliencia.

"Una vez identificadas las líneas críticas, deberíamos centrarnos en mejorar su resiliencia contra eventos de viento extremos, por ejemplo reemplazando las líneas aéreas con cables subterráneos", dijo Anvari."En nuestro estudio asumimos que esto garantiza el 100% de seguridad contra los daños causados ​​por el viento. Sin embargo, es importante tener en cuenta que los cables subterráneos son significativamente más caros que las líneas de transmisión y pueden no ser rentables para largas distancias, por lo que podría ser necesario reforzar las torres de transmisión.una alternativa viable."

Otra consideración destacada por el equipo es que los huracanes también pueden ir acompañados de inundaciones, que pueden dañar los cables subterráneos.Esto también debería tenerse en cuenta al intentar aumentar la resiliencia de las redes eléctricas.

"Nuestro hallazgo más notable es que realmente hay un pequeño conjunto de líneas críticas, y que protegerlas puede reducir drásticamente los apagones importantes, lo cual no era un hecho", dijo Anvari."En principio, los operadores de redes de transmisión podrían aplicar nuestro enfoque de modelado de manera relativamente directa para identificar objetivos para reforzar sus sistemas.

"En la práctica, uno querría ampliar el modelo para cubrir otros aspectos de las tormentas, como las inundaciones, entre los daños. Muchos ajustes al modelo subyacente son factibles y podrían permitir incorporar la experiencia y el conocimiento de los operadores de su sistema".

El trabajo reciente de este equipo de investigadores introduce un nuevo modelo que podría usarse para identificar todas las líneas críticas en una red eléctrica, de modo que puedan mejorarse para evitar cortes a gran escala durante condiciones climáticas extremas.Para demostrar su enfoque, lo utilizaron para identificar las líneas críticas en la red eléctrica de Texas.

En el futuro, el enfoque de modelado podría usarse para planificar la construcción y mejora de redes de transmisión, lo que permitiría a los ingenieros identificar escenarios de falla específicos e idear estrategias para prevenirlos.Estos escenarios y estrategias podrían luego probarse en simulaciones y estudiarse en profundidad, antes de implementar costosas intervenciones y procesos de mantenimiento de infraestructura.

"Ahora pretendemos ampliar nuestra investigación para incluir el análisis de otroseventos climáticos extremos, incluidas las inundaciones, y explorar sus posibles correlaciones", añadió Hellmann. "Además, estamos considerando activamente la propagación de fallos desde elred eléctricaa otros sectores interconectados, como el sector de suministro de gas, y viceversa.Como estos estudios son complejos y requieren mucho tiempo, también estamos explorando métodos de IA que podrían predecir directamente dónde podrían encontrarse las vulnerabilidades para estudios posteriores".

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