Monday, June 06, 2005

A Multitude of Compounding Problems


With deregulation upon us, we are all hearing from politicians, government officers, journalists, economists, lawyers, consumer groups, ecologists, analysts and stakeholders about what is changing in the power industry, what it does mean, what it costs, how prices are set and profits are retained, about all the new options and pitfalls that end users face, etc. All these things are important, but an overriding fact is being overlooked: without engineers there would be no power to sell or buy and no way to deliver it. The real force behind the power industry is and always has been engineering expertise.

However, engineers and their expertise have to cope with their own dilemma: Tradition or innovation? Will tradition hold back innovation? Will innovation undermine tradition? The ongoing reform of the Power Industry has already affected the structure and function of the power systems and it could result in a transition or a breakdown. Will it be finally breakdown or transition? Traditional and innovative processes, finances and institutions are not readily compatible. Yet they have to co-exist, under conditions far from ideal for either. In this manner, even as we grapple with pressing short-term issues, engineers must be prepared to meet any issue more severe than the precedent.

Power Encounter welcomes Harrison Clark's invited post, who helps us with this dilemma between tradition and innovation. He introduces the "grid maturity" concept to mean the various compunding forces which create inherent changes in the power grid, and alert us about the need to understand the effects of the "load of the history" on the grid performance.
Jesús M. Martín Giraldo

A Multitude of Compounding Problems
By Harrison Clark

Recent post in this blog about the history of the electric power industry ("History against Tsunamis") helped firm some thoughts I've had about this industry for some time. It seems there are a number of things contributing to industry problems and that their roles and compounding are not widely understood. As a result solutions are being proposed that are destined to be ineffective. While I am not qualified to pull together all the various elements of the problem, I do feel qualified to make some contributions.

I believe we have more than a deregulation problem. Another problem that I see is what I call grid maturation. As grids have become increasingly meshed it takes increasingly less new equipment and associated investment to increase transfer capability over large areas. We continually fix weak links, each time increasing transfer over large areas upstream and downstream of that upgraded link and indeed, on parallel systems. While many grids are in the early stages of maturation, many are well down this path where the consequences increase.

Maturation has led to higher average line and transformer loading with many attendant side effects, most contributing significantly to declining reliability. This maturation problem and some of its side effects are detailed in this T&D World article : "It's Time to Challenge Conventional Wisdom"

I believe maturation compounds the problems of aging infrastructure, efforts to reform the industry to a free market, consequent labor shedding, and similar things mentioned in other posts.

Most engineers working daily on grid problems do not see this maturation, in part because they have not the time or experience to see beyond fixing the next weak link. Engineers not seeing these inherent grid changes is itself compounded by economists and lawyers in management that are either not listening to the engineers or just don’t understand their presentations.

Some industry observers have noted the decline in transmission investment and called for massive new investments. They fail to realize that investments have declined largely because new transfers can be supported with increasingly lower investments in a maturing grid. Long standing deterministic planning and operating standards and criteria that do not take into account the change in the character of the grid and the consequences of maturation allow this to happen. There may be a compounding lack of investment, but if there is, it is secondary to the inherent increase in power transfer over a maturing grid that is supported by existing standards and criteria.

Other industry observers suggest that FACTS is the answer to the transfer limitations and reliability problems that limit the development of a proper market. While FACTS can make a contribution, overuse may only aggravate existing problems as outlined in this Power and Energy Magazine The Grid In Transition FACTS or fiction when dealing with reliability?

Deregulating the industry while correcting reliability problems or precluding a further loss of reliability is a challenging task. Until we study all the various forces and problems and their relationships, solutions will be piecemeal and of limited effectiveness. We also must find those in our industry that can grasp all of the issues and see good solutions and put them in positions of responsibility. Moreover we need institutional mechanisms to allow those solutions to occur.

Harrison Clark has developed planning and operating standards, managed grid planning projects and investigated seven blackouts, including the 1977 New York City blackout. He served on the Blue Ribbon Panel assembled to examine the 1996 Western Interconnection black-outs. He also helped define the voltage collapse problem and developed tools and solutions, including VQ analysis and undervoltage load shedding. He spent 26 years with Power Technologies Inc.

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Con la liberalización encima, todos nosotros oímos hablar a los políticos, cargos del gobierno, periodistas, economistas, abogados, asociaciones de usuarios, ecologistas, analistas y otras partes interesadas, sobre lo que está cambiando en el sector, lo que esto significa, cúales son los costes, cómo se fijan los precios y los beneficios, sobre las nuevas opciones e inconvenientes a los que se enfrentan los consumidores. etc. Todas estas cosas son importantes, pero se esta pasando por alto un factor importante: sin ingenieros no habría electricidad para vender o comprar, ni forma de suministrala. La fuerza real tras el sector eléctrico es, y lo ha sido siempre, la competencia de la ingeniería.

Sin embargo, los ingenieros y su competencia tienen que resolver su propio dilema: ¿Tradición o innovación? ¿Sostendrá la tradición a la innovación? ¿Socavará la innovación a la tradición? La reforma en curso del sector eléctrico ya ha afectado a la estructura y función del sistema de potencia y podría devenir en transición o ruptura. ¿Será finalmente ruptura o transición? Los procesos tradicionales y los innovadores, las finanzas y las instituciones no son inmediatamente compatibles. Todavía tienen que coexistir en condiciones lejos de las ideales. De esta manera, incluso cuando tratemos de resolver los asuntos más acuciantes del corto plazo, los ingenieros debemos estar preparados para atender cualquier asunto más serio que el anterior.

Power Encounter recibe hoy un artículo invitado de Harrison Clark para ayudarnos con este dilema entre tradición e innovación. Introduce el concepto de "madurez de la red" con el que quiere representar las diversas fuerzas que originan cambios inherentes en la red eléctrica, y nos alerta sobre la necesidad de comprender los efectos del "peso de la historia" en el funcionamiento de la red.

Jesús M Martín Giraldo

Una Multitud de Problemas Combinados
Por Harrison Clark

El artículo reciente en este blog acerca de la historia del sector eléctrico ("Historia contra Tsunamis") me ayudó a afianzar algunas ideas que he tenido sobre esta industria durante algún tiempo. Parece que hay varias cosas que contribuyen a que los problemas del sector y sus roles y composición no se entiendan por completo. Como resultado se están proponiendo soluciones que están destinadas a ser inúiles. Aunque yo no esté calificado para reunir todos los diversos elementos del problema, me siento realmente competente para hacer algunas contribuciones.

Creo que tenemos algo más que un problema de desregulación. Otro problema que yo veo es lo que llamo maduración de la red. Como las redes se han vuelto más malladas esto conlleva progresivamente menos nueva planta e inversión asociada para aumentar la capacidad de transporte en zonas extensas. Arreglamos continuamente las conexiones débiles, aumentando cada vez la capacidad de transferencia de potencia entre grandes zonas aguas arriba y aguas abajo de la conexión mejorada y en realidad, entre sistemas en paralelo. Mientras muchas redes están en las etapas tempranas de maduración, otras muchas han recorrido bien hacia abajo este camino donde las consecuencias aumentan.

La maduración ha conducido a una mayor carga media de línea y transformador con muchos efectos secundarios, la mayoría de los cuales han contribuído a disminuir apreciablemente la fiabilidad. Este problema de maduración y algunos de sus efectos secundarios se detallan en este artículo que escribí en Transmission & Distribution el pasado mes de octubre: "It's Time to Challenge Conventional Wisdom"

Creo que la maduración agrava los problemas del envejecimiento de la infraestructura, los esfuerzos para reformar la industria hacia un mercado libre, la consiguiente pérdida de trabajo, y otras cosas semejantes mencionadas en otros artículos en este blog.

La mayoría de los ingenieros que se enfrentan diariamente con los problemas de la red no ven este proceso de maduración, en parte porque no tienen el tiempo ni la experiencia para ver más allá de lo que es arreglar la siguiente conexión débil. Que los ingenieros no vean estos cambios inherentes de la red se está agravando por la presencia de economistas y abogados que en la gestión del sector que, ó no están escuchando a los ingenieros, ó apenas entienden sus exposiciones.

Algunos observadores del sector han advertido el descenso de inversión en transporte y han pedido nuevas inversiones masivas. No se dan cuenta de que las inversiones han disminuido en gran parte porque la nueva capacidad de transporte se puede sostener progresivamente con menores inversiones en una red en maduración. La antigua planificación determinista y los estándares y criterios de explotación que no tienen en cuenta el cambio de carácter de la red ni las consecuencias de la maduración permiten que esto suceda. Es posible que haya una falta añadida de inversión, pero si la hay, esto es secundario al aumento inherente de la transferencia de potencia en una red en maduración que está sostenida por la existencia de estos estándares y los criterios.

Otros observadores de la industria sugieren que los FACTS son la respuesta a las limitaciones de transferencia de potencia y a los problemas de fiabilidad que limitan el desarrollo de un mercado apropiado. Aunque los FACTS pueden suponer una contribución, su uso excesivo sólo puede agravar los problemas existentes tal como se plantea en este artículo que escribí en el Power and Energy Magazine (Sep/Oct, 2003), en colaboración con De Mello, Reppen, y Ringlee: The Grid In Transition FACTS or fiction when dealing with reliability?

Desregular el sector mientras se corrigen los problemas de fiabilidad o se impide una pérdida adicional de la misma es una tarea apasionante. Hasta que estudiemos todas las diversas fuerzas y problemas y sus relaciones, las soluciones serán graduales y la eficacia limitada. Debemos encontrar también a aquellos que en nuestro sector pueden captar todos los asuntos y ver las soluciones buenas y ponerlos en posiciones de responsabilidad. Además necesitamos mecanismos institucionales que permitan que esas soluciones tengan lugar.

Harrison Clark introdujo el análisis VQ y programó los primeros deslastres automáticos de carga en los años 70, y fue el primero en recomendar el deslastre de carga por baja tensión para neutralizar el colapso de tensión; ayudando con estas dos herramientas: análisis VQ y deslastre de carga, a atacar el problema del colapso de tensión. Ha desarrollado estándares de planificación y explotación, dirigido proyectos de planificación de red e investigado siete apagones, incluyendo el apagón de la Ciudad de Nueva York de 1977. Fue miembro del Blue Ribbon Panel reunido para examinar el apagón de la Interconexión del Pácífico de 1996. Trabajó durante 26 años con la PTI.

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