Este documento presenta una recopilación de definiciones y principios esenciales relacionados con los sistemas eléctricos de potencia, abarcando desde la generación hasta el consumo, así como aspectos clave de su operación y clasificación. Es una referencia fundamental para comprender la infraestructura y el funcionamiento de la energía eléctrica.

Definiciones Clave en Sistemas Eléctricos

Sistema Eléctrico de Potencia (SEP)

Conjunto de componentes interconectados que transportan energía eléctrica desde una fuente de generación hasta los centros de consumo.

Energía Latente

Es la energía primaria (química, nuclear, hidráulica, etc.) que se transforma en energía eléctrica en las centrales de generación.

Sistema Interconectado

Red compleja de varias centrales eléctricas y centros de consumo que están conectados entre sí para optimizar la distribución y el suministro de energía.

Despacho Unificado de Cargas

Centro de operación que toma decisiones estratégicas para gestionar la demanda de energía eléctrica y responder a contingencias del servicio, asegurando la estabilidad del sistema.

Estación Transformadora

Componente esencial que recibe energía eléctrica a una tensión determinada y la convierte a otra(s) tensión(es) diferente(s), pudiendo tener múltiples entradas y salidas.

Principios Operativos y Limitaciones

• Transporte de Energía en Alta Tensión: Se realiza en alta tensión debido a que, a mayor tensión, menor es la corriente necesaria para transmitir la misma potencia. Esto permite utilizar conductores de menor sección (cobre), lo que reduce significativamente los costos de infraestructura y las pérdidas por efecto Joule.
• Limitación en la Generación de Energía: La potencia de generación individual no puede ser excesivamente elevada en una sola unidad, ya que esto podría acarrear problemas eléctricos o mecánicos significativos, como el sobredimensionamiento de los generadores o la complejidad del aislamiento.

Tipos de Potencia en el Sistema Eléctrico

Potencia Conectada

Valor teórico que representa la suma de las potencias nominales de todos los aparatos eléctricos propiedad de los usuarios, asumiendo que estuvieran conectados simultáneamente.

Potencia Instalada

Es la suma total de las potencias nominales de todos los generadores que componen el sistema eléctrico.

Potencia Disponible

Representa la suma de las potencias de los generadores que se encuentran en funcionamiento en un momento dado.

Potencia de Reserva

Capacidad adicional de generación disponible para cubrir picos de demanda o fallas en el sistema. Se clasifica en dos tipos:

• Reserva Fría: Máquinas generadoras más antiguas o de menor rendimiento que se activan en situaciones de emergencia o demanda excepcional.
• Reserva Caliente: Máquinas térmicas (como turbinas de gas o vapor) que están en condiciones de entrar en funcionamiento de manera inmediata, manteniendo presión y temperatura adecuadas.

Factores y Métricas de Rendimiento

Factor de Carga

Potencia Media Anual / Potencia Máxima Anual

Factor de Demanda

Potencia Máxima Anual / Potencia Conectada

Factor de Simultaneidad

Potencia en un Instante / Potencia Conectada

Factor de Reserva

Potencia Instalada / Potencia Máxima Anual

Tiempo Anual Equivalente

Tiempo teórico durante el cual una central eléctrica, funcionando a su potencia máxima nominal, produciría la energía anual elaborada. Se calcula como: Energía Anual Elaborada / Potencia Máxima Anual.

Componentes del Diagrama de Demanda Anual

El diagrama de demanda anual es una herramienta fundamental para la planificación y operación del sistema eléctrico, y sus componentes principales son:

Base

Representa la demanda mínima y constante de energía, que debe ser cubierta de forma continua.

Lleno

Corresponde a la parte más significativa y variable de la demanda, que se mantiene durante la mayor parte del día.

Valle

Zona del diagrama que indica los períodos de menor consumo de energía, donde la demanda es más baja.

Pico

Representa los momentos del día con el mayor consumo de energía, donde la demanda alcanza sus valores máximos.

Calidad del Servicio Eléctrico

La calidad de un servicio eléctrico se evalúa mediante los siguientes criterios:

• La capacidad del sistema para atender nuevas demandas de energía de manera eficiente.
• La constancia y estabilidad de la tensión en los puntos de entrega de las líneas y redes.
• La continuidad del servicio, medida por la frecuencia y duración de los cortes, tanto programados como los causados por accidentes o emergencias.

Clasificación de Centrales Eléctricas según su Función en la Demanda

Las centrales eléctricas se utilizan estratégicamente para cubrir diferentes segmentos de la curva de demanda:

Para la Base de Carga:

• Centrales Nucleares
• Centrales a Vapor (Termoeléctricas)
• Centrales Hidráulicas de Agua Corriente
• Centrales Diésel (en algunos casos)

Para el Lleno de Carga:

• Centrales a Vapor (Termoeléctricas)
• Centrales Hidráulicas con Embalse
• Centrales Diésel

Para el Pico de Carga:

• Centrales a Vapor (Termoeléctricas)
• Turbinas a Gas
• Centrales Hidráulicas Combinadas con Bombeo

Para el Valle de Carga:

• Centrales a Vapor Combinadas con Bombeo

Características de los Tipos de Centrales Eléctricas

Centrales Hidráulicas de Agua Corriente

La potencia disponible depende estacionalmente del caudal del río. Son productoras de energía limpia y contribuyen a economizar combustible. Su costo de construcción no es excesivamente elevado.

Centrales Hidráulicas con Embalse

Ofrecen gran flexibilidad operativa y son multifuncionales, sirviendo también para riego y control de crecidas. Sin embargo, su costo de construcción es elevado.

Centrales a Vapor (Termoeléctricas)

Poseen un alto rendimiento térmico. Requieren varias horas para alcanzar su plena carga operativa.

Turbinas a Gas

Se caracterizan por su bajo costo de instalación, arranque rápido y bajos costos de mantenimiento. Pueden operar con diversos tipos de combustibles.

Motores Diésel

Permiten un arranque rápido y tienen un costo de instalación relativamente bajo, aunque su vida útil es más corta y sus costos de operación son altos.

Centrales Nucleares

Implican un alto costo de inversión inicial y utilizan combustibles no convencionales. Se distinguen por un alto tiempo anual de utilización y una gran potencia por unidad generadora.

Central a Vapor Combinada con Bombeo

Durante el día, el embalse y la central a vapor suministran energía al centro de consumo. Por la noche, la central a vapor utiliza su energía excedente para bombear agua de regreso al embalse superior, preparándola para la generación diurna.

Sistema de Transmisión en Corriente Continua (HVDC)

En este sistema, la energía eléctrica generada o la salida de la estación elevadora se transforma en corriente continua (CC) mediante un rectificador para su transporte. Al llegar al destino, se reconvierte a corriente alterna (CA) mediante un mutador o inversor, que luego se aplica a la estación reductora. Esta modalidad de transporte de energía eléctrica ofrece ventajas significativas en casos de grandes potencias y distancias considerables, siendo el resultado de un balance óptimo entre condiciones económicas y técnicas.

Máquinas Primarias y Generación Eléctrica

Máquina Primaria

Es el dispositivo que transforma la energía latente (hidráulica, térmica, eólica, etc.) en energía mecánica rotatoria. Esta energía mecánica se transfiere a una máquina eléctrica, generalmente un alternador, que a su vez genera un sistema de tensiones alternas. Los paneles solares son una excepción, ya que no requieren una máquina primaria rotatoria.

Sistemas de Generación sin Máquinas Primarias Rotatorias

En las centrales de un futuro próximo, y algunas ya en fase experimental, la energía latente ingresa directamente a un convertidor que produce energía eléctrica sin la necesidad de una etapa electromecánica rotatoria (como turbinas o motores). Estos sistemas suelen producir corriente continua (CC), por lo que es necesario un convertidor de CC a CA y, posteriormente, un transformador para adecuar las tensiones a la red.

Servicios Auxiliares en el Sistema Eléctrico

Servicios Auxiliares del Transformador:

• Comando: Incluye interruptores y seccionadores para la operación y aislamiento.
• Protección: Compuesta por relés y fusibles para salvaguardar contra sobrecorrientes, sobretensiones, fallas a tierra, entre otros.
• Control: Monitoreo de parámetros como tensión (V), corriente (A), potencia (W) y frecuencia (Hz).

Servicios Auxiliares del Alternador:

• Comando: Similar a los del transformador.
• Protección: Incluye los mismos elementos que el transformador, además de protecciones específicas por rozamiento y velocidad.
• Control: Similar a los del transformador, con la adición de control por rozamiento y velocidad.

Clasificación General de Centrales Eléctricas

Centrales Eléctricas Convencionales:

• Centrales a Vapor (Termoeléctricas)
• Centrales Hidroeléctricas
• Centrales con Motores Diésel
• Centrales con Turbina a Gas
• Centrales Nucleares

Centrales Eléctricas No Convencionales (Renovables):

• Centrales Solares (Fotovoltaicas y Termo-solares)
• Centrales Eólicas
• Centrales Geotérmicas

Diagrama de Demanda Anual

Este diagrama es una herramienta esencial para la planificación energética futura, permitiendo analizar y prever el consumo de energía eléctrica a lo largo del año.

Etiquetas: centrales eléctricas, despacho de cargas, energía latente, generación de energía, potencia eléctrica, sistema eléctrico, transmisión eléctrica