Autor: Ing. Mayuly Rodríguez, 07 septiembre 2023.
Introducción
Las redes eléctricas son la columna vertebral de la sociedad moderna, abasteciendo la energía eléctrica indispensable para las actividades de la vida cotidiana. Sin embargo, en un mundo cada vez más dependiente de este sistema energético, la gestión eficiente de las redes eléctricas es cada vez más crítica.
La creciente demanda de energía, la necesidad de una mayor eficiencia energética y la rápida transición hacia fuentes de energía sostenibles son continuos desafíos para el sector energético, donde cada vez es más difícil la gestión de los sistemas eléctricos de forma eficaz utilizando métodos tradicionales.
En la última década, se han producido importantes avances en el campo de la gestión de las redes eléctricas, donde una de las más resaltantes es el análisis de datos, una herramienta eficaz que transforma la gestión de los recursos eléctricos, en lo que denominamos “gestión inteligente“. Hoy en día, el análisis de datos masivos y en tiempo real es fundamental para optimizar la gestión de estos sistemas, evaluar las oportunidades de mejora en eficiencia y superar los desafíos como la privacidad y seguridad de datos.
Redes eléctricas: Un vistazo al presente
Para comprender la importancia de la gestión inteligente en las redes eléctricas, es necesario conocer su configuración básica. Estas redes son sistemas complejos y extensos que constan de innumerables interconexiones entre proveedores y consumidores de electricidad; sin embargo, hay tres mecanismos principales que la conforman: generación, transmisión y distribución de electricidad.
Video cortesía de YouTube: Redes eléctricas inteligentes
En el pasado, las redes se diseñaron principalmente para un flujo de energía unidireccional, desde la fuente hasta el usuario. El esquema tradicional de distribución eléctrica ha venido presentando durante años una estructura claramente jerarquizada, en la que un centro de producción de energía abastece de forma unidireccional a muchos puntos de consumo. Además, y a menudo, estos centros de producción se encuentran muy alejados de los puntos de consumo (Figura 1), por lo que la energía debe salvar grandes distancias y para ello es necesario disponer de una compleja y costosa infraestructura, que garantice la entrega de la energía al consumidor en condiciones óptimas para su consumo1
Sin embargo, la creciente incorporación de fuentes de energía renovable, como, por ejemplo, la solar, eólica y geotérmica, ha cambiado este paradigma. Ahora, la energía fluye en múltiples direcciones, lo que plantea desafíos en términos de estabilidad y eficiencia.
En este sentido, a medida que los sistemas eléctricos se vuelven más complejos, los operadores de redes buscan cada vez más soluciones de análisis y automatización que les ayuden a aprovechar al máximo los activos de la red, con el fin de mejorar la calidad y sostenibilidad del servicio.
Eficiencia energética: El imperativo de una gestión inteligente
La eficiencia energética es un objetivo principal en la gestión de redes eléctricas. Mientras menos energía se pierda durante los procesos de generación, transmisión y distribución, más sostenible y rentable será el sistema en conjunto. En este punto, el análisis de datos se convierte en un factor principal para impulsar una gestión inteligente y eficiente en las redes eléctricas a nivel mundial, generando beneficios tanto para los productores como para los consumidores de energía en de cualquier de sus formas de producción.
Mediante el monitoreo continuo de la red, se logran identificar ineficiencias y áreas de mejora. Las soluciones analíticas avanzadas permiten a las empresas detectar patrones precisos de consumo de energía, predecir picos de demanda y optimizar la distribución de energía en tiempo real. Esto no solo reduce las pérdidas de energía, sino que también aumenta la confiabilidad del suministro eléctrico, lo que es fundamental en un mundo cada vez más dependiente de la electricidad.
Oportunidades futuras: Hacia una gestión eléctrica más inteligente
El camino hacia una gestión eléctrica más inteligente se visualiza con múltiples oportunidades impresionantes y efectivas. Con la continua evolución de la tecnología, las soluciones analíticas modernas se volverán más eficaces. A continuación se mencionan algunas áreas donde se espera ver un crecimiento y desarrollo significativo en un mediano plazo:
Redes eléctricas descentralizadas: La adopción de sistemas de generación distribuida, como los actuales sistemas de energías renovables en hogares y empresas, creará redes eléctricas más descentralizadas e independientes. El análisis de estos nuevos datos permitirá una gestión eficiente de las redes, maximizando los sistemas con la utilización de la energía generada localmente.
Integración de tecnologías emergentes: El Internet de las cosas (IoT), la Inteligencia Artificial (IA) y la automatización son fundamentales para la gestión de redes eléctricas. Estas tecnologías permiten una supervisión y control de los mecanismos de la red. Los datos recopilados son analizados por sistemas de IA y aprendizaje automático que tienen la capacidad de prever las fluctuaciones de la demanda, optimizar la distribución de la energía, detectar y prevenir problemas o fallas antes de que ocurran.
Redes Inteligentes (Smart Grid):Estos sistemas surge de la integración de la ingeniería eléctrica con las tecnologías de la información y la comunicación. Ahora las redes poseen la capacidad de integrarse con sensores, herramientas para el análisis de datos, sistemas de almacenamiento de energía y plataformas de gestión de energía, entre otras tecnologías relacionadas, que convertirse a las redes tradicionales en redes inteligentes.
La implementación de redes inteligentes permite a las empresas de energía recopilar datos detallados sobre el consumo de energía de cada punto conectado a la red. Estos datos se utilizan para desarrollar planes de eficiencia energética personalizados para sus clientes y, además, les otorga la capacidad de supervisar el flujo y el uso de energía prácticamente en tiempo real.
La visión de las redes eléctricas inteligentes es de interconexión, adaptabilidad y eficiencia. Están basadas con una perspectiva de un mundo donde la energía no solo se consume, sino que se comprende, se respeta y se gestiona con la inteligencia que merece. Nos encontramos en la cúspide de una revolución energética, no solo en cómo producimos nuestra energía, sino en cómo la transmitimos y gestionamos.
El Instituto Nacional de Normas y Tecnología (‘Nacional Instituto of Estándares and Technology‘, NIST)2 de Estados Unidos ha promovido un esquema conceptual para las Redes Eléctricas Inteligentes (REI) que sirve de base para su caracterización, uso, comportamiento, requerimientos y estándares (figura 2). Se trata de un esquema conceptual de alto nivel que define a estas redes como un conjunto de sistemas (denominados “dominios”) relacionados por flujos de energía e información bidireccionales. No se trata de un diagrama de diseño que defina una solución y su implementación, sino que define actores y medios de comunicación para identificar potenciales relaciones inter- e intradominios, así como las aplicaciones y capacidades de esas interacciones.
Inspección digital de la red eléctrica: Para garantizar un funcionamiento óptimo de los dispositivos en la red eléctrica, se necesita una supervisión más ágil y autónoma que no solo prolongue su vida útil, sino que también diagnostique posibles problemas futuros. La utilización de drones, radares y sensores de alta tecnología, impulsados por avanzados sistemas de computación e inteligencia artificial, asegura una inspección minuciosa y precisa.
Electrificación de transporte: La transición hacia vehículos eléctricos es una tendencia creciente. El análisis de estos datos será básico para gestionar la carga de los vehículos eléctricos de manera eficiente y evitar picos de demanda que podrían sobrecargar la red y ocasionar fallas imprevistas.
Optimización de redes eléctricas mediante redes inteligentes
Optimizar las redes eléctricas mediante redes inteligentes, dispone varios beneficios significativos tanto para los proveedores de servicios eléctricos como para los consumidores.
Idealicemos que un sistema de suministro de energía que, al igual que un organismo viviente, posea la capacidad de percibir, aprender, adaptarse y restablecerse por sí solo en cualquier momento. Este sistema no solo transporta energía de un punto a otro, sino que también comprende y administra los flujos de energía de manera eficiente, segura y sostenible, otorgándole una mayor participación al consumidor.
Las redes eléctricas provistas con nuevas tecnologías no se limitan a ser sistemas pasivos en la gestión energética. Pasan a ser agentes activos que logran integrar las redes tradicionales con las redes inteligentes, gestionando su variabilidad y garantizando su aprovechamiento máximo. Además, contribuyen a transformar los hogares y las empresas en prosumidores (productores y consumidores de energía) permitiéndoles no solo consumir energía, sino también generarla y vender el excedente de nuevo a la red.
Desafíos actuales en la gestión inteligente de los sistemas eléctricos
Las redes eléctricas en todo el mundo se enfrentan a serias pruebas; por ejemplo, la integración de energías renovables en la red eléctrica convencionales es más fácil de mencionar que de ejecutar. Las diferencias en las características de la generación de electricidad a partir de fuentes convencionales y renovables es un reto, y es necesario llevar a cabo importantes reestructuraciones en las prácticas de operación, control y protección de la red eléctrica para integrar ambas de manera transparente y eficiente.
Por otra parte, se requieren cambios de paradigmas en la adopción continua de tecnologías y metodologías, para la recopilación y el análisis de datos en tiempo real, con el fin de optimizar la gestión de redes eléctricas, y avaluar oportunidades de mejora para los prosumidores, manteniendo siempre el objetivo de privacidad y seguridad de datos.
Asimismo, es necesario continuar trabajando en la optimización de procesos, cómo se genera, almacena y distribuye la energía, en una cadena de producción que proporcione y garantice el mayor volumen energético con unos recursos disponibles.
También se deben mencionar la necesidad de una mayor resiliencia frente a eventos de baja frecuencia y alto impacto, como huracanes, tormentas y ataques cibernéticos. Estos sucesos exigen un cambio de paradigma importante en el diseño, gestión, optimización y operación de la red.
Otro de los temas cruciales a tomar en cuenta, es la necesidad de actualizar y modernizar las normativas de la concesión de distribución de energía, junto con exigir, fomentar y controlar la digitalización en toda la cadena de negocio de la energía. Para ello, se debe evaluar los statu de las operaciones y las condiciones de funcionamiento de los distribuidores de energía, que comprenda con mayor precisión las condiciones de las redes, para ofrecer una mejor gestión de los servicios de suministro de energía.
Conclusiones
El sector energético, tradicionalmente resistente al cambio, pero actualmente se encuentra inmerso en una transformación dinámica, impulsada por un mundo tecnológico que propone la innovación de las redes eléctricas como aporte de los objetivos de emisiones netas cero.
La aplicación las diversas tecnologías emergentes para gestionar y mejorar las operaciones de la red eléctrica, incluida la resiliencia, está haciendo del mundo un lugar mejor. Cada mejora que se aplique en la red dentro de sus procesos internos para crear eficiencia, seguridad y confiabilidad, aportara con una mejor calidad de vida para todos.
La gestión inteligente en redes eléctricas ofrece un camino hacia un futuro más eficiente y sostenible en el suministro de energía eléctrica. El análisis de datos masivos y en tiempo real se instituye como una herramienta fundamental para lograr este objetivo, proporcionando a las organizaciones involucradas y consumidores del sector eléctrico las herramientas necesarias para optimizar la gestión de la energía.
Sin embargo, no debemos subestimar los desafíos en términos de privacidad y seguridad de datos que acompañan a esta revolución. La inversión en protección de datos y seguridad cibernética es requerida para garantizar la fiabilidad y la integridad de las redes eléctricas del futuro.
A medida que avanzamos hacia un mundo más conectado y electrificado, la gestión inteligente de redes eléctricas seguirá siendo un tema central en la agenda de la energía eléctrica, ofreciendo oportunidades emocionantes para una gestión más eficiente y sostenible de la electricidad que impulsa nuestras vidas.
Referencias bibliográficas
- Fdez J, “El futuro de la distribución eléctrica: Las redes inteligentes” 16 mayo 2011, consultado 05 septiembre 2023. http://cimadelglaciar.blogspot.com/2011/05/el-futuro-de-la-distribucion-electrica.html.
- Patricio Donato – Investigador Adjunto CONICET, Laboratorio de Instrumentación y Control, Fac. Ingeniería – Universidad Nacional de Mar del Plata. “Redes inteligentes | La evolución de las redes eléctricas inteligentes: presente y futuro”, Rev. Ingeniería Eléctrica, Número: 311, julio 2016. https://www.editores-srl.com.ar/revistas/ie/311/donato_redes_electricas_inteligentes
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