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jueves, 22 de septiembre de 2011

Seguridad de la red eléctrica.

   Cuando se piensa en la red eléctrica, lo último que se plantea es su elevada vulnerabilidad contra posibles ataques exteriores, de origen informático. Asimismo, todos los dispositivos de la red, se encuentran controlados por ordenadores.

   Ataque informático al proyecto nuclear de Irán:

Centrifugadora Zippe.
En la revista "Investigación y Ciencia" han abordado este tema, del cual resaltaré las partes más interesantes.
Todo comenzó entorno al Programa nuclear de Irán. Hace aproximadamente un año, salió la noticia de que Stuxnet, un virus informático, consiguió acceder a los ordenadores de las instalaciones nucleares iraníes.
Los ordenadores de este tipo de instalaciones, al igual que los que gobiernan la red eléctrica, no tienen acceso a internet, lo que indica que fueron insertados vía USB. Una vez dentro de un ordenador, el virus se fue diseminando por todos los ordenadores, hasta alcanzar un ordenador conectado a un dispositivo mecánico destinado a controlar electrónicamente las centrifugadoras de enriquecimiento de uranio. (El proceso de enriquecimiento busca separar y recoger el isótopo Uranio-235).
Este tipo de centrifugadora, llamada Zippe (en honor a Gernot Zippe, jefe de proyecto alemán), requiere un control muy extricto de la velocidad de rotación, para evitar funcionamientos prolongados a velocidades donde existe riesgo de resonancia. La velocidad media de su borde exterior alcanza casi la velocidad del sonido (en torno a 1240 Km/h). Sabiendo esto, Stuxnet, elevó la velocidad de giro hasta 1600 Km/h, a la vez que enviaba falsos mensajes confirmando el correcto funcionamiento de las máquinas.
Consecuencias: consiguió destrozar cerca de 1000 centrifugadoras de la planta de enriquecimiento de Natanz.
Los daños fueron por lo tanto solo materiales, pero, ¿y si llegasen a incorporar un virus del estilo de Stuxnet en las computadoras de la central nuclear? Posiblemente estuviesemos hablando de tragedia.

   La red eléctrica, en contraste con cualquier planta de enriquecimiento nuclear, es mucho más vulnerable ante este tipo de ataques. Está formada por miles de unidades que necesitan funcionar con gran coordinación. Para hacerse una idea, cualquier generador que se desee conectar a la red eléctrica, debe de estar sincronizado con esta, es decir, manteniendo la misma frecuencia (50 o 60 Hz dependiendo del país), tensión y fase. Cualquier desbarajuste, impide el suministro eléctrico, e incluso puede llevar a la avería del generador. (Se han realizado experimentos desfasando en el tiempo la corriente del generador respecto a la de la red con consecuencias nefastas para el generador.)
Según David M. Nicol (de la Universidad de Illinois) un ataque cibernético coordinado contra diferentes puntos, podría ocasionar daños que comprometerían durante semanas o meses la capacidad para generar y distribuír energía de un país.
El código del  virus Stuxnet  se puede encontrar hoy en día por internet, lo que puede llevar a piratas informáticos a manipularlo según sus intereses para atacar diversos objetivos.

     Puntos débiles de la red eléctrica:

   La RE, requiere un gran equilibrio entre la energía generada y la demandada en cada momento. Numerosos elementos, se encargar de que este flujo eléctrico se lleve a cabo correctamente, sincronizando la corriente alterna producida con la que fluye por la red asegurandose de que ningún dispositivo se ve forzado más allá de sus límites. Todos estos elementos podrían ser víctima de un ataque informático.

Estación generadora: Independientemente del tipo de central, al estar trabajando con c.a. , hay que cerciorarse de que ingrese con la frecuencia correcta y en fase con la corriente de linea (como ya se dijo antes). Atacando de una forma similar a como se atacó en Irán, podrían inutilizar los generadores variando alguno de los parámetros, por lo que dejarían fuera de juego a una central completa.

Subestación de transmisión: A estas estaciones llega la electricidad a una elevadísima tensión (en torno a los 450 KV) con el fin de economizar las pérdidas en el transporte. Esta subestación se encarga de reducir el voltaje para su posterior distribución. Para comunicarse los técnicos de mantenimiento con las subestaciones, disponen de un módem para conectarse por teléfono. Esto implica que alguién podría acceder a la red de subestaciones a través de un modem y modificar su configuración a su antojo.
La salida de corriente de la subestación se reparte entre varias líneas que cuentan con disyuntores que, en caso de avería, interrumpen el flujo eléctrico. Cuando salta un disyuntor, toda la energía de salida que iba a ir por esa línea se reparte entre las demás. Atendiendo a eso, si en ese momento se está abasteciendo una alta demanda y las líneas se encuentran al borde de la saturación, el agresor informático podría desde la conexión telefónica inhabilitar la mitad de las lineas, sobrecargando el resto e inutilizandolas.

Estación de control: Este centro se encarga de que el suministro eléctrico es igual a la demanda, lo que implica que trabaja a tiempo real. Se encarga por lo tanto de activar o desactivar equipos de producción según necesidad. Evidentemente este centro no está conectado a internet, pero su departamento comercial si, de tal forma que desde este último, podría saltar al centro de operaciones y desde ahí, manipular datos de demanda para provocar una sobrecarga en la línea. El hecho de tener departamento comercial en internet se debe a que existen empresas rivales que comparten la explotación de la red. La energía se genera, transporta y distribuye según contratos obtenidos mediante subastas en línea.

Subestación de distribución: Es el último paso antes de la distribución a las viviendas. Aquí reduce la tensión de la corriente para que sea apta para el consumo. Esta subestación suele disponer de equipos inalámbricos para su funcionamiento interno. La subestación podría atacarse con un ordenador desde los alrededores.

Esquema de distribución de la red eléctrica.
   Partiendo de la debilidad de estas instalaciones frente al acceso indeseado, los piratas informáticos, tan solo tienen que pensar en el método más práctico a emplear para inestabilizar o bloquear la red eléctrica por completo.

Algunas medidas preventivas ya se están empezando a diseñar como el uso de cortafuegos para bloquear ciertos mensajes en función de su origen y destino.
En EEUU lo que se busca es diseñar un sistema que reconozca los intentos de intrusión y reaccione ante ellos de manera automática.

Pasará bastante tiempo hasta que se tomen las medidas suficientes y efectivas. Pero si se quiere tener una red eléctrica segura, es la única alternativa.


En el vídeo se observa el funcionamiento de la máquina cuando el controlador funciona correctamente, y cuando lo hace bajo el efecto del virus Stuxnet.





jueves, 8 de septiembre de 2011

Sobre energía maremotriz y su papel en el ámbito energético.

Planta maremotriz de Shihwa (Corea del Sur).
Justo cuando más de lado estaba quedando la energía maremotriz, surge la noticia de la planta SurCoreana más grande del mundo, con una capacidad de 254 MW al día, lo que la sitúa por encima de la de Rance, (Francia), con una capacidad de 240 MW.
Esta nueva planta, llamada Shihwa, que dispone de diez turbinas de 25,4 MW cada una, abastecerá la demanda de medio millón de hogares, lo que reducirá la emisión de 320 000 toneladas de CO2 a la atmósfera.
Lo cierto es que son muchas las personas que opinan que la energía maremotriz tiene más desventajas que ventajas. Principalmente por el impacto que genera en los ecosistemas de las rías, cargandose al marisco y otros animales, así como provocando variaciones en la salinidad. Así pues, en 1967, tras acabar la central de Rance, había más proyectos destinados para Canadá, Inglaterra y Francia (Normandía), pero jamás se llevaron a cabo.

Central maremotriz de Rance (Francia).
Esta imagen pertenece a la central maremotriz de Rance.
Se llevó a cabo construyendo un gran dique, que cierra la entrada del estuario y a través de una esclusa, permite la comunicación de este con el mar. A diferencia de la actual de Corea del Sur, esta tiene 24 turbinas.
Como en las centrales hidroeléctricas, las turbinas funcionan también como bombas, suministrándole electricidad restante de centrales térmicas o nucleares, de forma que, aumentan el nivel del agua del embalse en horas valle para tener después, en horas pico (de alta demanda y donde la electricidad es más cara..) más capacidad generadora.
La instalación de este tipo de plantas, puede rondar el doble de inversión que el de una hidroeléctrica de río.
Pese a las quejas que pueda infundir este tipo de central, desde mi punto de vista es más que necesaria para poder desarrollar un sistema energético sólido y sin valles. Actualmente, la energía eólica instalada en España puede llegar a cubrir el 25 % de la demanda total. Sin embargo, hay dias que no alcanza el 5%, y esto es debido a la dependencia directa con el viento, que puede estar activo o inactivo en ciertos puntos. En el caso de la maremotriz, su funcionamiento se basa en el cauce del río y en la subida de las mareas, lo que lleva a una generación de energía estable y eficiente. Otro beneficio de este tipo de central, es que se puede aprovechar el dique y usarlo como puente, para cruzar de un lado del estuario a otro.
Está claro que tiene bastante impacto medioambiental, pero siempre se pueden diseñar nuevos modelos e intentar paliar esta amenaza a los ecosistemas marinos y fluviales. Pero lo que hay que evitar, es condenar este tipo de energía, que en mi opinión tiene mas beneficio para la población que perjuicios...

Un ejemplo de que se necesita la combinación de energías renovables, está en estos gráficos que facilita la REE en su web, que es la produccion eólica diaria, a tiempo real.

Producción eólica 8 de septiembre
 En la gráfica de hoy se puede comprobar la inestabilidad y la baja generación de electricidad, que ha llegado a estar cubriendo tan sólo el 2% de la demanda total eléctrica, usándose en ese momento tan solo el 5% de la potencia total instalada de aerogeneradores, aportando 1000 MW a la red.

Producción 25 de agosto
La gráfica del 25 de agosto por ejemplo, muestra también inestabilidad, pasando de cubrir en algunas horas el 3 % de la demanda, a subir hasta el 29 % por la tarde rozando los 10.000 MW.
El 26 de agosto sin embargo, muestra una gran estabilidad, en donde la aportación a la demanda se mantuvo la mayor parte del día por encima del 20 %.
Estos son claros ejemplos que deben tenerse en cuenta para no centrarse en una única forma de energía renovable, e intentar abarcar todas las posibilidades que ofrece la naturaleza.


 Fuentes: 

http://alternativeenergyecogreen.blogspot.com/2011/08/worlds-largest-tidal-power-plant-korea.html

http://www.ree.es

www.wikipedia.es

jueves, 1 de septiembre de 2011

Magnetismo y carreteras.


Dispositivo magnetico y raíl.
Hoy me he encontrado con un diseño de generación de energía eléctrica tan sorprendente como ambicioso.
Lejos de aerogeneradores y células fotovoltaicas, este dispositivo rinde homenaje a la ley de Faraday-Lenz, según la cual, cuando un campo magnético variable atraviesa una espira, se genera en esta una corriente eléctrica. Teniendo en cuenta este principio, el diseño que procederé a describir se basa en incorporar un campo magnético en la parte de abajo de los coches, de tal forma que, aprovechando su energía cinética, se cree un campo magnético "móvil". Este será recogido por un rail ubicado en la carretera que transformará este magnetismo en energía eléctrica.
Vayamos por partes. Para la generación del campo magnético, nada más sencillo que incorporar en la parte inferior del chasis del coche un imán. La recogida de este campo se realiza por el raíl ya mencionado, el cual se compone de pequeñas piezas, de montaje similar a un escalestri. ¿Cómo son estas piezas?
Pues bien, cada pieza que constituye el rail, es una bobina alargada, que tiene en cada uno de sus extremos un amortiguador. En el interior de la bobina, se coloca un imán. La idea es que, cuando el coche pasa por encima del raíl, su imán interaccione con el que está dentro de la bobina, de tal forma que lo haga moverse hasta rebotar con el amortiguador y retornar a su posición inicial. Al moverse dentro de la bobina pues, se genera energía eléctrica.
Este diseño no solo sería útil en carreteras, sino que se podía ampliar también al sector ferroviario.

Explicación del funcionamiento del raíl.

Japón y sus proyectos de renovación.

Hace unos días, se aprobó en la Cámara Alta de Japón una ley que exigirá la compra de electricidad generada por energía solar, eólica, biomasa, geotermica y en menor medida de centrales hidroeléctricas en un plazo máximo de 20 años. El Gobierno declaró que pretende aumentar la capacidad de los 5 tipos de energía por encima de los 30 000 megavatios en aproximadamente una década. 
Tomando nota de esto, la universidad de Universidad Kyushu, se ha puesto en marcha en el desarrollo de nuevos dispositivos, y han conseguido diseñar una nueva turbina que multiplica por tres la potencia que se obtiene del viento, con respecto a sus anteriores modelos.
Diseño de las "Lentes de viento"
El principio de funcionamiento, se basa en que el aire tiende a fluir desde zonas de alta presión a zonas de baja presiones. (Un ejemplo sería la conexión de dos globos, uno mas hinchado que otro. Ambos tenderían a igualar presiones y ocupar un mismo volumen.) El diseño lleva el nombre de "Lentes de viento" ya que, como una lente, focalizan en un punto la fuerza del viento. De esta forma, las aspas se rodean por un anillo, el cual hace que, el aire que llega por detrás, lo rodee, creando una zona de baja presión delante de la turbina. Así, habiendo una diferencia de presiones entre la parte delantera y trasera, por propia física, el aire que permanece detrás tenderá a fluir a gran velocidad hacia delante para intentar igualar las presiones. Como consecuencia, obtenemos una mayor generación de energía que si no tuviesemos ese anillo dispuesto alrededor de las aspas.
En el vídeo que dejo abajo se pueden ver diferentes diseños y futuros planes para incorporar estos aerogeneradores, en plataformas hexagonales en medio del mar.
Parece pues que de los errores se aprenden, y que Japón, un país cuya energía era principalmente de origen nuclear, se ha visto obligado a tomar cartas en el asunto, y comenzar a invertir fuertemente en tecnologías para poder dejar atrás, pasajes como el que vivieron con la catástrofe de Fukushima.