Què és la xarxa elèctrica?

Definició

Una xarxa elèctrica, també coneguda com a xarxa de distribució d'energia, es defineix com una xarxa completa que integra unitats de generació, transmissió i distribució d'energia. La seva funció principal és facilitar la transferència d'energia elèctrica des de les fonts de generació d'energia fins als usuaris finals. Una quantitat considerable d'electricitat es transmet des de les estacions de generació d'energia cap als centres de càrrega en tensions de 220kV o encara més altes. La xarxa formada per aquestes línies de transmissió d'alta tensió s'anomena superxarxa. Aquesta superxarxa, a la vegada, subministra energia a la xarxa de subtransmissió, que normalment opera amb tensions de 132kV o inferiors.

Tipus de Xarxes Elèctriques

Les centrals dins d'una xarxa elèctrica sovint es troben prop de les fonts de combustible per minimitzar els costos de transport del sistema. Tanmateix, això sol vol dir que estan situades lluny de les àrees densament poblades. L'electricitat d'alta tensió generada en aquestes centrals es redueix utilitzant transformadors de reducció en subestacions abans de ser distribuïda als consumidors. Les xarxes elèctriques es poden classificar principalment en dos tipus:

Xarxa Regional

Una xarxa regional es estableix enllaçant diversos sistemes de transmissió dins d'una àrea geogràfica específica mitjançant línies de transmissió. Aquest tipus de xarxa serveix per optimitzar la distribució i gestió de l'energia a nivell local o regional, assegurant que les demandes d'electricitat de l'àrea es satisfacin de manera eficient.

Xarxa Nacional

La xarxa nacional es forma interconnectant múltiples xarxes regionals. Proporciona una xarxa de distribució d'energia unificada i extensa a través de tot un país, permetent la transferència fluida d'electricitat entre diferents regions. Aquest sistema interconnectat ajuda a equilibrar la oferta i la demanda d'energia a nivell nacional, millorant la stabilitat i fiabilitat general de la xarxa.

Raons per a la Interconnexió de la Xarxa

La interconnexió de xarxes elèctriques ofereix diverses avantatges significatius. Permet l'ús òptim dels recursos energètics, assegurant que l'energia es distribueixi de manera eficient a través de diferents àrees. Aquesta interconnexió també augmenta la seguretat del subministrament d'energia, ja que els errors en una part de la xarxa es poden compensar amb l'energia d'altres regions interconnectades.

Més enllà, la interconnexió de la xarxa contribueix a l'eficiència econòmica i fiabilitat del sistema d'energia total. En enllaçar les centrals de generació, es pot reduir la capacitat de generació de reserva necessària en cada àrea individual. Aquest enfocament de recursos compartits no només afegeix costos associats al manteniment d'una capacitat excessiva de backup, sinó que també milloren la resiliència i rendiment general de la xarxa elèctrica.

Quan hi ha un augment súbit de càrrega o una pèrdua de generació d'energia dins d'una zona específica de la xarxa elèctrica, aquesta zona pot obtenir energia de les zones adjacents interconnectades. No obstant això, per assegurar connexions fiables, és essencial tenir una certa capacitat de generació, coneguda com a reserva girant. La reserva girant inclou generadors que funcionen a velocitat normal i estan preparats per subministrar energia immediatament quan calgui.

Tipus d'Interconnexions

Les interconnexions entre xarxes elèctriques es poden categoritzar principalment en dos tipus: l'enllaç HVAC (Corrent Alternada d'Alta Tensió) i l'enllaç HVDC (Corrent Continua d'Alta Tensió).

Interconnexió HVAC (Corrent Alternada d'Alta Tensió)

En un enllaç HVAC, dos sistemes de corrent alternada (CA) es connecten mitjançant una línia de transmissió CA. Per a una interconnexió exitosa de sistemes CA, és crucial mantenir una freqüència estrictament controlada en ambdós sistemes. En un sistema de 50Hz, per exemple, el rang de freqüència acceptable normalment es troba entre 48,5 Hz i 51,5 Hz. Aquest tipus d'interconnexió es coneix com a interconnexió síncrona o nus síncron, ja que crea una connexió rígida entre els dos sistemes CA.

Malgrat el seu ús generalitzat, la interconnexió CA té diverses limitacions, i la interconnexió de sistemes CA sovint es troba amb els següents reptes:

• Propagació de Pertorbacions de Freqüència: Com que la interconnexió de dues xarxes CA és síncrona, qualsevol fluctuació de freqüència en un sistema es transmet ràpidament a l'altre. Això pot portar a inestabilitat a la xarxa interconnectada.

• Impacte de Oscil·lacions de Potència: Les oscil·lacions de potència en un sistema CA poden afectar significativament l'altre. Les oscil·lacions de gran escala poden desencadenar el dispar de dispositius de protecció de manera freqüent, posant en risc grans falles dins del sistema. En casos greus, aquestes falles poden provocar el col·laps complet de la xarxa CA interconnectada.

• Nivells de Falles Augmentats: Connectar un sistema CA existent a un altre mitjançant una línia de nus CA pot augmentar el nivell de falla. Això ocorre perquè la línia addicional paral·lela redueix la reactància equivalent del sistema interconnectat. No obstant això, si tots dos sistemes CA estan connectats a la mateixa línia de falla, el nivell de falla de cada sistema individual roman inalterat.

Interconnexió HVDC (Corrent Continua d'Alta Tensió)

Un nus DC, o nus DC, ofereix una couplació més flexible entre els dos sistemes CA que es connecten. A diferència de les interconnexions HVAC, els nusos DC són asincrònics (asíncrons). L'enfocament d'interconnexió HVDC ve amb diversos avantatges notables:

• Independència de Freqüència: La naturalesa asincrònica del sistema de interconnexió DC permet connectar xarxes CA que operen a la mateixa o a diferents freqüències. Aquesta característica única permet la integració fluida de sistemes CA diverses, mentre que cada sistema manté els seus propis estàndards de freqüència i opera de manera independent.

• Control Precís del Flux de Potència: Els enllaços HVDC poden controlar ràpidament i de manera fiable la magnitud i direcció del flux de potència ajustant l'angle de dispar dels convertidors. Aquest mecanisme de control precís millora significativament el límit de stabilitat transitori del sistema interconnectat, assegurant una transmissió d'energia més fiable.

• Amortigament d'Oscil·lacions de Potència: Modulant el flux de potència a través del nus DC, les interconnexions HVDC poden amortitzar ràpidament les oscil·lacions de potència en les xarxes CA interconnectades. Això millora efectivament la estabilitat general de la xarxa elèctrica, reduint el risc de falles en cadena i millorant la resiliència del sistema.

En temps moderns, les xarxes elèctriques tradicionals estan sent reemplaçades cada cop més per xarxes intel·ligents. Utilitzant comptadors intel·ligents i electrodomèstics intel·ligents, les xarxes intel·ligents oferixen una major eficiència operativa, una millor gestió de la demanda i un rendiment global millorat en comparació amb les seves contrapartides convencionals.