Una red eléctrica con más IA, IoT mejorado, adaptada al uso y… ¡flexible!

La Global Power, Energy and Communication Conference (GPECOM2023), que organiza el prestigioso IEEE, ayuda cada año a ponerse al día de las grandes tendencias tecnológicas en las que se encuentra inmerso el sector energético global. En primer lugar, insta a seguir de cerca las microrredes independientes basadas en energías renovables, que considera «clave para el crecimiento sostenible de cualquier nación». Para superar los problemas derivados de la naturaleza estocástica de las fuentes de generación verdes y de la propia demanda, sugiere aplicar esquemas de control asistidos por inteligencia artificial (IA).

Debido a la creciente integración de las fuentes de energía renovables y la generación distribuida, el riesgo de cortocircuitos y sobretensiones aumenta cada año, según se desprende del GPECOM2023. El sector energético está demandando a los investigadores y centros de I+D nuevas topologías de limitadores de corriente de fallo y de métodos de control, nuevas estructuras de interruptores automáticos y relés (por ejemplo, interruptores automáticos de estado sólido), así como nuevos enfoques y algoritmos en protección cibernética de sistemas de energía.

Para hacer frente a la incertidumbre asociada con la energía renovable, se necesita una flexibilidad operativa significativa, lo que implica que la estructura del mercado eléctrico debe modificarse y rediseñarse. A medida que las fuentes de energía renovable se vuelven más predominantes, los precios de mercado se volverán más volátiles, lo que requerirá un análisis en profundidad de los mecanismos de fijación de precios y liquidación.

Están surgiendo, en paralelo y relacionado con lo anterior, métodos innovadores de IA, en particular los basados en aprendizaje automático y profundo, visión por ordenador e internet de las cosas, que permitirán abordar una variedad de problemas del mundo real, incluido el transporte inteligente, la gestión de servicios públicos, cuestiones de seguridad y vigilancia del tráfico. Esos sistemas basados en IA que también hacen uso de IoT o redes en la nube pueden usarse como soluciones básicas para este amplio espectro de problemas.

Según los expertos, para administrar correctamente los miles de millones dispositivos IoT, con sus cantidades ingentes de datos, garantizar una baja latencia y la eficiencia energética los sistemas IoT actuales todavía no cubren todas las expectativas. En las redes eléctricas modernas, por ejemplo, el análisis de la confiabilidad, la seguridad y la resiliencia ante contingencias y la ciberseguridad es muy difícil, ya que las redes de generación distribuida e infraestructuras descentralizadas de detección, comunicación y control son todavía demasiado complejas y tienen problemas de interoperabilidad.

Habrá que incorporar en el sector las crecientes posibilidades en audio y vídeo de alta definición, las aplicaciones móviles y los sistemas inteligentes bajo el paraguas del IoT, pero para ello se precisan velocidades de datos más altas, redes confiables y sistemas rentables. La innovación en los futuros sistemas de comunicación incluye nuevos métodos de multiplexación, estructuras MIMO (Multiple Input Multiple Output) masivas, sistemas inteligentes de priorización de datos y módulos de comunicación híbridos para satisfacer las necesidades de datos en las direcciones de enlace ascendente y descendente. Contribuirán, sin duda a mejorar la eficiencia energética, pero se requiere una bajada de costes.

Probablemente traerán asociada una expansión de las Grid Enhancing Technologies (GET), que incluyen hardware y software que aumentan la capacidad, la eficiencia y la confiabilidad de la red de transmisión. Serán claves para reducir la congestión, los costes y la restricción renovable. Las GET están viendo una creciente adopción en EEUU. En junio de 2021, las empresas de servicios públicos de California (EEUU) informaron de que existen casi 65.000 kilómetros de líneas eléctricas desnudas en áreas con alto riesgo de incendio. Mitigar este riesgo a través de prácticas tradicionales, como el endurecimiento o el enterramiento, cuesta entre tres y cinco millones de dólares cada 1,5 kilómetros, lo que ha llevado a reivindicar la necesidad de sistemas de microrredes de despliegue rápido que puedan proporcionar a las empresas de servicios públicos una alternativa rentable, limpia y resistente.

«Estamos trabajando sobre la base de que habrá diferentes tarifas en el hogar, en el trabajo y en público. El tiempo es probablemente la esencia aquí. Si me quedo en un lugar por un tiempo y, por lo tanto, tengo más margen disponible para cargar, por ejemplo cuando estoy en casa, presumiblemente mis costes serán mucho más bajos que cuando uso una estación de carga de alta velocidad en un lugar público. lugar porque no tengo mucho tiempo», dice la gerente de producto para soluciones de almacenamiento en Stadtwerke München (SWM), Daniela Beck. «En SWM, creemos que será posible cubrir hasta el 85% de la carga de vehículos en el hogar o en el trabajo a largo plazo. Desde el punto de vista financiero, tiene más sentido cargar los vehículos eléctricos en los lugares donde están estacionados más tiempo».

Otra de las grandes propuestas tiene que ver con los convertidores multinivel avanzados con condensadores de corriente continua (CC), en sustitución de fuentes de CC aisladas. Puede ser una solución más atractiva para las industrias que, debido a su reducido coste y tamaño, prefieren técnicas avanzadas de balanceo con estados de conmutación redundantes para generar el mismo nivel de voltaje, usando diferentes rutas, sin controladores externos.

La Conferencia Global Anual sobre Eficiencia Energética que promueve la Agencia Internacional de la Energía (AIE) se ha celebrado recientemente en Versalles (Francia). Ha conlcuido con diez principios estratéticos en los que se reúnen las principales líneas de innovación clave a seguir:

1. Priorizar acciones transversales de eficiencia energética por sus beneficios económicos, sociales y ambientales.
2. Actuar para desbloquear el potencial de creación de empleo de la eficiencia energética. Para ello, la creación de capacidad y el desarrollo de habilidades son esenciales para la implementación efectiva de políticas.
3. Crear una mayor demanda de soluciones de eficiencia energética, permitiendo mayores niveles de actividad del mercado.
4. Centrarse en la movilización de fondos y la creación de condiciones de mercado para atraer y aumentar la inversión del sector privado.
5. Aprovechar la innovación digital para mejorar la eficiencia de todo el sistema. La acción política puede habilitar e incentivar nuevas soluciones al mismo tiempo que protege a los consumidores y la seguridad del sistema.
6. El sector público debe predicar con el ejemplo. Debe invertir para impulsar la innovación y estándares más altos en el sector público, porque eso generará experiencia, mercados y conocimiento.
7. Involucrar a todos los sectores de la sociedad, porque las ciudades, las empresas y las comunidades locales desempeñan un papel importante en su éxito.
8. Aprovechar los conocimientos de comportamiento de los ciudadanos, incluidos los que proporciona la ciencia del comportamiento, para diseñar una política más eficaz.
9. Fortalecer la colaboración internacional y el intercambio de mejores prácticas para que los países aprendan unos de otros.
10. Aumentar la ambición de eficiencia energética global., capturando el importante potencial sin explotar para generar beneficios económicos, energéticos y ambientales.

El sector TIC duplicará su consumo

El sector de las TIC representa aproximadamente el 7% del consumo mundial de electricidad y se prevé que aumente hasta el 13% en 2030. Esta huella energética actualmente representa entre el 3% y el 5% de las emisiones mundiales de carbono, un nivel similar al del sector de la aviación. La Comisión Europea está buscando la forma de conciliar las crecientes necesidades energéticas del sector de las TIC con el objetivo de la UE de reducir la demanda energética en el contexto actual y lograr la neutralidad climática a largo plazo. Para ello está prevista una ampliación del Reglamento de diseño ecológico de productos sostenibles, que incluya la progresiva llegada al mercado de nuevos dispositivos y soliciones TIC y el desarrollo de una etiqueta energética para los ordenadores.