Algo que a mucha gente le sorprende saber es que la electricidad, por su propia naturaleza, no se puede almacenar, al menos no económicamente en cantidades apreciables (más allá de lo que se encuentra en una batería).
Esto significa que la electricidad debe generarse y suministrarse en el momento en que se necesita. El sistema de transmisión, que le entrega electricidad a la asombrosa velocidad de 186,000 millas por hora (casi la velocidad de la luz) es lo que hace esto posible.
Como se presenta en Entender la transmisión, el sistema eléctrico implica generación, transmisión y distribución. La necesidad de transporte a granel surgió a medida que la demanda de electricidad crecía y las pequeñas plantas de energía que solo podían servir a su área local se volvieron inadecuadas. Nuevas plantas de energía más grandes entraron en funcionamiento, pero estaban lejos de sus centros de carga. Las líneas de transmisión eran la única forma de llevar la energía a donde se necesitaba.
Conectar las plantas de generación remota con los clientes también supuso un pequeño problema. La electricidad tiene que ser transmitida a través de cables. Los cables crean resistencia al flujo de energía y esa resistencia crea pequeñas pérdidas en la cantidad de energía que se transmite. No es gran cosa para distancias muy cortas, pero cuanto más largo sea el cable, mayor será la resistencia y mayores serán las pérdidas.
La solución al problema de resistencia es aumentar el voltaje (o la «presión») a la que se empuja la electricidad a través de los cables. Cuanto mayor sea el voltaje, mejor será el sistema capaz de superar la resistencia y minimizar las pérdidas. Por lo tanto, hoy en día, a medida que la energía viaja a cientos o miles de millas desde donde se genera, las líneas de alto voltaje de 230, 500 o 765 kilovoltios garantizan que la electricidad se entregue rápidamente y con una pérdida de energía mínima.
¿Por qué torres?
Mientras que la electricidad a veces se puede transmitir bajo tierra, los sistemas de transmisión» a granel » a menudo implican el uso de cables aéreos. Una pregunta común sobre los cables aéreos, particularmente durante el proceso de planificación, es por qué se necesitan torres de acero tan grandes. Las dos respuestas principales son la seguridad y la fiabilidad.
Debido a los altos voltajes utilizados, las regulaciones locales, estatales y federales imponen ciertos requisitos sobre cómo se pueden construir las líneas de transmisión, principalmente en interés de la seguridad. Uno de estos requisitos clave implica la altura de los cables desde el suelo en su punto más bajo (conocido como «espacio libre»). Los requisitos de espacio libre pueden variar ampliamente, pero es común un rango de 60 a 150 pies.
Con requisitos de altura viene una necesidad complementaria de estabilidad. Las líneas de transmisión y las torres tienen que soportar una variedad de adversidades ambientales, desde fuertes vientos hasta temperaturas heladas, donde los depósitos de hielo y nieve podrían causar el colapso de una línea o torre. Como resultado, las torres de alto voltaje generalmente se construyen para soportar las llamadas tormentas de 50 o 100 años para garantizar que las condiciones climáticas no interrumpan el flujo del servicio eléctrico.
Dentro de los cables
La alimentación se transmite a través de los cables a través de corriente alterna o corriente continua. Ambos tienen sus ventajas; sin embargo, la» corriente alterna trifásica » es el método más común utilizado en todo el mundo.
En la transmisión de corriente alterna (CA), el movimiento de la carga eléctrica invierte periódicamente la dirección. En un sistema de CA trifásico, los cables transportan tres corrientes alternas que alcanzan sus valores máximos en diferentes momentos.
Los sistemas trifásicos también se pueden clasificar como sistemas de circuito simple o doble. Doble circuito significa que la estructura de transmisión lleva dos juegos de líneas de transmisión, cada una con tres conductores (cables).
En sistemas de corriente continua (CC), el flujo de carga eléctrica es solo en una dirección. El sistema funciona a un voltaje máximo constante, lo que puede permitir que los corredores de línea de transmisión existentes con conductores de igual tamaño transporten un 100% más de potencia a un área de mayor consumo que la corriente alterna.
Los sistemas trifásicos de CA generalmente se consideran menos costosos que los sistemas de CC para distancias más cortas (menos de 400 millas). AC también ofrece algunas ventajas en términos de subir y bajar (ver más abajo) que pueden hacer que sea una mejor alternativa cuando hay varias conexiones intermedias en la línea para servir a las comunidades a lo largo de su ruta.
Para distancias más largas, e incluso para distancias más cortas donde no hay grifos intermedios, los sistemas de CC tienen dos ventajas además de su capacidad para entregar sustancialmente más potencia. En primer lugar, son menos costosos de construir porque no necesitan tantos cables como para los sistemas trifásicos. En segundo lugar, son más eficientes en términos de prevención de pérdidas eléctricas debido a la resistencia en las líneas. En tercer lugar, los sistemas de CC también ofrecen beneficios relacionados con la fiabilidad. Los cambios en la carga que podrían causar que algunas partes de una red de CA no se sincronicen y provoquen fallas en cascada en la red no tendrían el mismo efecto en un sistema de CC, por ejemplo. Además, en tal escenario, el enlace de CC podría usarse para estabilizar la red de CA.
Los sistemas de CC también tienen sus desventajas, particularmente en términos de costo y el equipo asociado con el aumento y la reducción del voltaje, pero dados los beneficios de la CC en su conjunto, muchos operadores de sistemas de energía están contemplando un uso más amplio de los sistemas de CC.
Subir y bajar
Mientras que la electricidad que viaja a través de los cables de alto voltaje puede tener la fuerza de 230, 500 o 765 kilovoltios detrás de ella, no es así como comienza el flujo en la fuente de generación; ni es cómo termina cuando la electricidad llega a su casa. De hecho, no sería seguro en ninguno de los extremos si ese fuera el caso.
Dentro del sistema de transmisión, las subestaciones y los transformadores desempeñan funciones clave al aumentar el voltaje del generador a las líneas de transmisión a granel y bajarlo de las líneas de transmisión a las líneas locales que distribuyen la energía a su hogar.
A medida que se genera la energía, sale de la fuente de la central eléctrica a unos 20 kilovoltios. Los transformadores luego aumentan el voltaje al nivel apropiado para la transmisión, al igual que se usaría una bomba para aumentar la presión del agua en una tubería.
A medida que la electricidad llega a un centro de carga, la empresa de servicios públicos local la entrega a vecindarios y negocios reduciendo el voltaje a través de subestaciones y enviándola a lo largo de una red de líneas de alimentación (o distribución). Los voltajes de las líneas de distribución primaria funcionan entre 2,4 y 34,5 kilovoltios. El voltaje se reduce nuevamente a través de transformadores de distribución a niveles residenciales de 120 y 240 voltios.