Distribución De Electricidad. Función, Medición y Gestión.

La electricidad hace que nuestras vidas sean mejores, más brillantes y más limpias. Después de que la electricidad se genera en una planta de energía y se transmite por líneas de alta tensión, se distribuye a nuestros hogares y empresas en las líneas de distribución de energía local. Esta página se centra en la distribución de electricidad.

La distribución es la parte más familiar del suministro de electricidad: vemos las líneas eléctricas que corren a lo largo de las calles y llegan a nuestros hogares, pagamos las facturas de electricidad a las compañías de distribución, y tratamos con esas compañías cuando el mal tiempo nos quita la electricidad.

Esta página cuenta la historia de cómo la distribución de electricidad ha evolucionado con el tiempo y de las innovaciones que están reformando la forma en que se entrega la energía hoy en día.

Cómo funciona la distribución de electricidad

Hoy en día, los fundamentos del sistema de distribución de electricidad son similares a los primeros sistemas de CA diseñados por Tesla y Westinghouse. Después de que la electricidad se genera y se mueve a lo largo del sistema de transmisión de alto voltaje, sale de la red de transmisión en subestaciones de distribución local donde el voltaje se reduce o "baja" por equipos especiales llamados transformadores.

Este proceso puede tomar electricidad de hasta 765.000 voltios y reducirla a niveles inferiores a 50.000 voltios. La distinción entre las líneas de transmisión y las de distribución no es una regla rígida y rápida, pero, en general, las líneas de distribución tienden a tener voltajes inferiores a 50.000.

Cómo Evitar Un Cortocircuito

¿Cómo hacen los transformadores para cambiar la electricidad de alto voltaje a bajo? Un transformador tiene dos núcleos, cada uno envuelto en un cableado de cobre, con un campo electromagnético que pasa entre ellos.

Al entrar en el transformador, la energía viaja a través de un núcleo con muchos vientos de cableado de cobre rodeándolo. Al salir del transformador, pasa por el otro núcleo con muchos menos vientos, lo que produce electricidad con mucho menos voltaje.

El concepto parece fácil, pero los transformadores de alto voltaje son una gran inversión: cada uno de ellos cuesta millones de dólares y pesa cientos de toneladas.

La electricidad de bajo voltaje puede distribuirse luego a través de las ciudades y los barrios en líneas de distribución local. Antes de que la electricidad entre en las casas y los negocios, generalmente se reduce el voltaje una vez más en los transformadores cercanos al cliente (como los transformadores montados en postes que se muestran a continuación).

Cómo Funciona Un Resistor

Para algunos clientes industriales como las fábricas, el voltaje puede ser todavía relativamente alto al llegar a su destino, generalmente entre 4.000 y 13.000 voltios. Sin embargo, la energía que llega a la mayoría de los clientes residenciales y comerciales llega a 120 o 240 voltios.

Medición de la electricidad utilizada por los hogares y las empresas

Una vez que la electricidad llega a su destino final, pasa por un medidor para fines de facturación. Estos medidores han sido tradicionalmente dispositivos electromecánicos que miden la electricidad a su paso, como el que se muestra a continuación. Históricamente, un empleado de la compañía de distribución (un llamado lector de medidores) llegaba a leer cuánta energía se había utilizado durante el ciclo de facturación.

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Hoy en día, los medidores son con frecuencia de más alta tecnología y pueden comunicarse con la compañía de distribución sin que un lector de medidores se tome la molestia de comprobar cada medidor individualmente.

Estas nuevas tecnologías se conocen comúnmente como "medidores inteligentes". Los medidores inteligentes utilizan los avances en la tecnología de la información para permitir que las diversas piezas de la red eléctrica (generadores de energía, distribuidores y consumidores) se comuniquen más eficazmente y en tiempo real.

Cómo Funciona un Giroscopio

¿Qué sucede cuando se corta la electricidad?

Si bien la red eléctrica es increíblemente confiable, hay ocasiones en las que falla. Una distinción clave que hay que hacer cuando se habla de cortes de energía es la diferencia entre los apagones que se producen en toda la región (relacionados con la transmisión) y los que se producen localmente (relacionados con la distribución).

Los apagones que afectan a regiones enteras son raros en los Estados Unidos, pero los sistemas de distribución se interrumpen mucho más a menudo. Esto puede ocurrir cuando las líneas aéreas entran en contacto con árboles, los eventos climáticos extremos como el viento y el hielo dañan físicamente las líneas eléctricas, o cuando la vida silvestre entra en contacto con ciertos componentes.

De acuerdo con el Rastreador de Apagones Anuales registrado por Eaton Corporation, hubo 3.236 apagones reportados en 2013, totalizando más de 89 días de tiempo de apagón. El apagón promedio duró 197 minutos, y la mayoría de ellos fueron el resultado de incidentes meteorológicos y la caída de árboles.

Con la tecnología digital, las empresas de servicios públicos son ahora más capaces de monitorear el estado de la red en tiempo real, corregir los problemas rápidamente, y evitar los apagones mediante la reducción de la energía.

¿Por qué no enterrar las líneas eléctricas bajo tierra para evitar los cortes? Como muestra el siguiente cuadro de la Administración de Información Energética, convertir las líneas de distribución de aéreas a subterráneas es increíblemente caro. Incluso en los nuevos sistemas, el costo de enterrar las líneas bajo tierra puede ser de cinco a diez veces mayor que el de construir líneas aéreas.

La economía de la distribución de electricidad

La distribución es esencialmente el extremo minorista del negocio de la electricidad. Actualmente, la distribución constituye aproximadamente el 32 por ciento del costo total de la electricidad -de los 9,9 centavos/kilovatio hora (kWh) que los estadounidenses pagaron por la electricidad en promedio en 2012, la distribución representó alrededor de 3,1 centavos/kWh.

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Regulación de la venta al por menor

Al principio de la electrificación de los Estados Unidos, los reguladores de los servicios públicos a nivel estatal estaban preocupados de que las empresas de electricidad utilizaran su poder casi monopolístico para explotar a los consumidores.

En respuesta, los reguladores ampliaron el alcance de las comisiones de servicios públicos para regular las empresas de electricidad de la misma manera en que habían regulado las industrias existentes, como los ferrocarriles. Los mismos organismos reguladores creados a finales del siglo XIX y principios del XX siguen existiendo hoy en día.

Lo más frecuente es que una Comisión de Servicios Públicos (PUC) estatal establezca una tarifa máxima que las empresas de electricidad pueden cobrar a sus clientes en función del costo del suministro de electricidad.

Las PUC también examinan los costos incurridos por las compañías de distribución bajo una prueba de "prudencia" antes de que los costos puedan ser recuperados. Periódicamente, las PUC examinan las estructuras tarifarias existentes o los costos subyacentes y realizan cambios para garantizar que las empresas de servicios públicos sigan siendo viables y al mismo tiempo reduzcan al mínimo los aumentos bruscos de las tarifas.

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Competencia minorista

Diecisiete estados y el Distrito de Columbia permiten ahora a los clientes de electricidad comprar a proveedores minoristas competitivos en lugar de la compañía de distribución estándar. Este concepto se conoce como competencia minorista o elección minorista.

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La energía vendida por los proveedores competitivos sigue fluyendo por las líneas propiedad de la empresa de distribución, pero la competencia minorista permite a los clientes la elección de contratar a un tercer proveedor para la energía vendida en la misma infraestructura.

Estos proveedores competitivos suelen ofrecer una serie de opciones de servicio, como planes que protegen contra las fluctuaciones de los precios o promueven la eficiencia energética. Antes de entrar en un nuevo mercado, los proveedores minoristas competitivos tienen que buscar primero la aprobación de las comisiones de servicios públicos.

En 2010, los proveedores minoristas competitivos proporcionaron el 16 por ciento de las ventas minoristas de los Estados Unidos. La mayoría de los clientes que se aprovechan de los proveedores minoristas competitivos se encuentran en los sectores comercial e industrial, con los estados del noreste, los estados del Atlántico medio y Texas a la cabeza.

Generación distribuida

Un cambio reciente en la economía de la red de distribución es el aumento de la generación distribuida. Tradicionalmente, pensamos que la electricidad se genera en una gran planta de energía y se envía a través de líneas de transmisión de alto voltaje.

Este modelo de generación centralizada es el estándar de generación de electricidad en todo el mundo. La generación distribuida, por el contrario, es de menor escala y se encuentra en el lugar.

En el pasado, la mayor fuente de generación distribuida eran las instalaciones de "cogeneración" que producen vapor para algún uso industrial pero que también pueden "co-generar" electricidad con vapor.

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En los últimos años, la generación distribuida basada en hogares o empresas más pequeños se ha hecho más popular a medida que las personas instalan paneles solares en sus hogares y empresas.

Hoy en día en los EE.UU., más del 90 por ciento de toda la generación distribuida proviene de la energía solar. Una vez instalados, estos paneles esencialmente convierten un hogar o un negocio en una pequeña planta de energía que genera una porción de su propia electricidad mientras el sol está fuera.

La mayoría de las instalaciones de generación distribuida siguen conectadas a la red para tener un acceso fiable a la electricidad durante las 24 horas del día (por la noche o mientras pasan las nubes).

Medición de la red

Cualquier energía producida por los generadores in situ puede ser utilizada por el cliente o la instalación de cogeneración. Si se genera más electricidad de la que se utiliza en el lugar o en el hogar, esa energía puede viajar de vuelta a través del medidor y a la red de distribución, proporcionando energía en esos momentos para otros clientes locales.

Los clientes que devuelven la electricidad a la red pueden presentar desafíos singulares para los operadores de la red que tratan de gestionar la oferta y la demanda de manera eficiente.

Por ejemplo, en casos como el de Hawai, la energía solar no deseada que las empresas de servicios públicos se ven obligadas a tomar puede añadir demasiada energía a un sistema ya gravado, aumentando el riesgo de picos de tensión.

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Además de los problemas que tienen los operadores de redes para equilibrar el flujo de electricidad, las empresas de servicios públicos también se enfrentan a problemas económicos a medida que se va generalizando la medición de la red.

A diferencia de los generadores de electricidad al por mayor, a los que se les pagan precios al por mayor por la electricidad que generan, a los clientes de generación distribuida (es decir, generalmente los clientes con paneles solares en sus casas) se les suele pagar la tarifa completa al por menor por la electricidad que alimentan a la red.

En el caso de las empresas de servicios públicos, esto significa que pagan mucho más por la electricidad de los clientes de medición neta que por la electricidad de las centrales eléctricas.

El futuro de la distribución de electricidad

Desde el año 2000, la industria de servicios públicos ha invertido más de 275.000 millones de dólares (2012 USD) en redes de distribución. En el futuro, se espera que la inversión en nueva infraestructura de distribución hasta el año 2030 llegue hasta los 582.000 millones de dólares. Esta inversión está impulsada en parte por la inevitable necesidad de sustituir los equipos antiguos y en parte por el impulso de nuevos equipos "inteligentes".

Al igual que los niveles de inversión, los precios de la electricidad residencial también están subiendo, con las tarifas en Nueva Inglaterra, el Atlántico Medio, la zona montañosa, el Atlántico Sur y el Centro-Norte Oriental que representan el mayor salto en las tarifas. De hecho, los precios residenciales al por menor de EE.UU. para la primera mitad de 2014, a 12,3 centavos/kWh, aumentaron un 3,2 por ciento desde el mismo momento en 2013, el mayor aumento interanual durante la primera mitad del año desde 2009.

Políticas de medición neta

Actualmente, 43 estados y el Distrito de Columbia han adoptado políticas formales de medición neta. Aunque hay algunas variaciones, los clientes suelen recibir un reembolso por la electricidad que suministran a la red a la tarifa minorista completa, cuando las empresas de servicios públicos podían comprar energía de las centrales eléctricas locales a precios mayoristas.

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Pero la mayoría de los clientes no suministran energía a la red, y este cambio de costos de los clientes de medición neta a otros (generalmente de usuarios solares a no solares) ha impulsado los debates sobre la reforma de las políticas de medición neta en todo el país. Encontrar una manera justa de abordar estas cuestiones en el futuro es esencial para promover la equidad y la fiabilidad a largo plazo de la red eléctrica.

Gestión de la demanda (DSM)

La electricidad puede ser la única industria en la que los proveedores alientan activamente a los clientes a utilizar menos su producto, y eso se debe en parte a las políticas de gestión de la demanda (DSM).

Las políticas DSM, como las leyes de eficiencia energética, alientan u obligan a las empresas de servicios públicos a vender menos electricidad, en particular durante las horas punta, cuando el uso de la electricidad y los precios de la misma son más elevados.

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La política del DSM también juega un papel en las regulaciones de las centrales eléctricas recientemente propuestas por la Agencia de Protección Ambiental (EPA). La administradora de la EPA, Gina McCarthy, en su testimonio durante una audiencia en el Senado sobre el reglamento de las centrales eléctricas, dijo: "Lo que estamos proyectando es que los consumidores verán una reducción de sus facturas de energía, y eso es porque estamos sacando el desperdicio del sistema... es la forma más barata y efectiva de conseguir estas reducciones, para ser más eficientes".

Los críticos del DSM señalan dos problemas fundamentales: 1) Las políticas del DSM empiezan con una premisa falsa -asumen que todo el mundo utiliza demasiada electricidad para empezar, lo cual es imposible de saber para cada hogar individual, y 2) las políticas del DSM no logran sus objetivos declarados -como el Instituto de Investigación Energética ha señalado anteriormente, los mandatos de eficiencia energética pueden tener un "efecto rebote". Es decir, las personas aumentan su uso de tecnologías de consumo de energía a medida que se vuelven más eficientes, lo que socava el objetivo inicial de usar menos energía.