Gemelos Digitales de una Smart Grid

17 de mayo de 2022, by David Purón

Un gemelo digital es una representación virtual de sistemas que se comportan de manera idéntica al sistema físico, que están totalmente sincronizados en ambas direcciónes, y que además pueden incorporar o alimentar sistemas de IA para optimizar los procesos.

El gemelo digital es uno de los grandes caballos de batalla de la industria conectada. Hay sectores en los que hoy en día no sólo son una realidad, sino que son un aspecto clave de sus operaciones. No en vano, Gartner ha incluido los gemelos digitales entre las tecnologías más importantes de este año.

La industria manufacturera o la construcción utilizan los gemelos digitales, en su el día a día, ayudando a operar maquinaria, supervisar material, predecir comportamientos, o a planificar tareas, utilizando la copia virtual de los sistemas involucrados, ahorrando así cientos de visitas al campo.

Es habitual pensar que los gemelos digitales ya existían con los sistemas de simulación y SCADA desarrollados por compañías industriales, pero es importante entender que un gemelo digital va mucho más allá. No hablamos de simples representaciones 3D, sino de sistemas que se comportan de manera idéntica al sistema físico, que están totalmente sincronizados en ambas direcciónes, y que además pueden incorporar o alimentar sistemas de IA para optimizar los procesos.

Tomando esta última definición de gemelo digital, podríamos decir que el sector eléctrico todavía no ha desarrollado todo el potencial de los gemelos digitales.

«A pesar del gran impacto en costes y eficiencia que permitiría tener un gemelo digital de la red eléctrica, el desarrollo e implantación de los mismos presenta una serie de retos complejos de solucionar. Son retos con los que las utilities han estado batallando durante años, pero que la tecnología más actual permite por fin, solucionar.»

¿Cuáles son los retos de un gemelo digital de una Smart Grid?

  1. Descentralización: La necesidad de integrar nuevos elementos en la red como vehículos eléctricos, bombas de calor o baterías, así como la generación distribuida de prosumidores con instalaciones de autoconsumo, están creando una red cada vez más distribuida y compleja de conectar a un gemelo digital. Esto termina con gemelos digitales cada vez más “opacos” a medida que nos movemos de la alta tensión donde se tiene buena visibilidad, a la baja tensión donde los operadores están completamente ciegos sobre lo que ocurre en los dominios del usuario.
  • La precisión. La tendencia para conectar nuevos elementos de un Smart Grid es el uso de tecnologías IoT. Estas tecnologías, que gozan de una escalabilidad, coste y rendimientos óptimos, no gozan en muchos casos de la fiabilidad y robustez que tienen los protocolos industriales utilizados en otros entornos como un entorno SCADA . No tratado adecuadamente, esto puede causar que la exactitud del gemelo digital como representación del mundo físico no sea correcta. Y cuando hablamos de la red eléctrica, un pequeño problema en los datos puede llevar a grandes errores de negocio.
  • La soberanía de los datos. La cadena de valor de una smart grid es compleja e involucra múltiples actores, generadores, TSO, DSOs, comercializadores, usuarios, etc. Cada uno de los actores es normalmente receloso de proveer datos fuera de su ecosistema por razones de competencia, o incluso en ocasiones legales o regulatorias. 
  • La ciberseguridad. Desde hace años la ciberseguridad de la red eléctrica ha sido un aspecto de primera línea para los operadores eléctricos. Cada vez están sometidos a más riesgo por la apertura de sus redes, tradicionalmente aisladas, pero que ahora se conectan con entornos IT para ser más eficientes. El gemelo digital “abre” estas conexiones y, de no incluir los mecanismos más severos de ciberseguridad,  ponen claramente en riesgo la continuidad del servicio o la seguridad de estados y ciudadanos.

El Thin Edge Computing como habilitador de un gemelo digital para el Smart Grid

El Thin Edge Computing, es decir, las aplicaciones digitales ejecutadas lo más cerca posible de las operaciones físicas, solucionan estos retos. Su naturaleza distribuida, con la sencilla instalación de miles de nodos ligeros en la red, facilita la conectividad directa a los sensores, actuadores y equipos industriales de la Smart Grid, y tratar datos de alta frecuencia y gran precisión sin incurrir en los costes que eso supondría si se hiciera con un sistema centralizado. Todo ello para tener un gemelo digital completo y fiable.

Al tratar los datos de manera local en cada punto de la Smart Grid –puntos de generación, subestaciones de transporte y distribución, o puntos de consumo– permite compartir sólo la información necesaria, punto a punto y de manera anonimizada, con aquellos sistemas externos que la necesiten. Así, podemos crear jerarquías de información en el gemelo digital de manera mucho más ágil y flexible.

Por último, la computación en el extremo y las jerarquías de red, evitan tener que abrir muchos conductos de información, lo cual incrementa a niveles máximos la seguridad de la implantación de un gemelo digital. La arquitectura Thin Edge, está muy alineada con el estándar IEC-62443, que está convirtiéndose la norma más seguida para asegurar entornos de conexión IT/OT ciberseguros.

En Barbara ya estamos desplegando nodos Thin Edge en los diferentes puntos de la Smart Grid, que permiten no sólo la sincronización bidireccional en tiempo de los gemelos digitales con los sistemas físicos, sino el despliegue de aplicaciones IA que automatizan las decisiones del negocio liberando así de presión a los operadores. Todo ello con una capa de ciberseguridad que hace que la solución sea escalable y certificable en un entorno tan exigente como el eléctrico.

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