Gemelos digitales de una red eléctrica inteligente

Un gemelo digital es una representación virtual de sistemas que se comportan de forma idéntica al sistema físico, están totalmente sincronizados en ambas direcciones y pueden incorporar o alimentar sistemas de IA para optimizar los procesos. Hay sectores en los que ya son no sólo una realidad, sino un aspecto clave de sus operaciones. De hecho, Gartner ha incluido los gemelos digitales entre las tecnologías más importantes de este año.

Smart Grid

El gemelo digital es uno de los temas principales cuando se habla de industria conectada o industria 4.0. Hay sectores en los que ya son no solo una realidad, sino un aspecto clave de sus operaciones. La industria manufacturera utiliza los gemelos digitales en su día a día, ayudando a operar la maquinaria, a monitorizar el material, a predecir el comportamiento o a planificar las tareas, utilizando una copia virtual de los sistemas implicados y, por tanto, ahorrando cientos de visitas al terreno.

Es común pensar que los gemelos digitales ya existían con los sistemas de simulación y SCADA desarrollados por las empresas industriales, pero es importante entender que un gemelo digital va mucho más allá.

No estamos hablando de simples representaciones en 3D, sino de sistemas que se comportan de forma idéntica al sistema físico, que están totalmente sincronizados en ambas direcciones, y que además pueden incorporar o alimentar sistemas de IA para optimizar los procesos.

Teniendo en cuenta la anterior definición de gemelo digital, podríamos decir que el sector eléctrico aún no ha aprovechado todo el potencial de los gemelos digitales.

"A pesar del enorme impacto en coste y eficiencia de un gemelo digital para el sector eléctrico, el desarrollo y la implementación de los gemelos digitales presenta una serie de retos complejos de resolver; retos con los que las empresas de servicios públicos han estado luchando durante años, y la tecnología actual puede finalmente resolverlos".

¿Cuáles son los retos de un gemelo digital de una red eléctrica inteligente?

Descentralización: La necesidad de integrar nuevos elementos en la red como los vehículos eléctricos, las bombas de calor o las baterías, así como la generación distribuida de los prosumidores con instalaciones de autoconsumo, están creando una red cada vez más distribuida y compleja de conectar a un gemelo digital. Esto hace que los gemelos digitales sean cada vez más "opacos" a medida que pasamos de la alta tensión, donde hay buena visibilidad, a la baja tensión, donde los operadores están completamente ciegos sobre lo que ocurre en los dominios de los usuarios.

Precisión. La tendencia para conectar nuevos elementos de una Smart Grid, se basa en el uso de tecnologías IoT. Estas tecnologías, que sí presentan una escalabilidad, coste y rendimiento óptimos, no gozan de la fiabilidad y robustez de las utilizadas por los protocolos industriales en otros entornos como un entorno SCADA. Si no se aborda adecuadamente, esto puede provocar que la precisión del gemelo digital como representación del mundo físico no sea exacta. Y cuando se trata de la red eléctrica, un pequeño problema en los datos puede conducir a grandes errores empresariales.

Soberanía de los datos. La cadena de valor de una red inteligente es compleja e implica a múltiples actores, desde los productores de energía, los GRT, los GRD, los operadores de energía, hasta los usuarios finales, etc. Cada uno de los actores suele ser receloso a la hora de proporcionar datos fuera de su ecosistema por razones competitivas, o incluso a veces legales o reglamentarias.

Ciberseguridad. Desde hace muchos años, la ciberseguridad en la red eléctrica es un tema de primera línea para los operadores eléctricos. Cada vez corren más riesgos debido a la apertura de sus redes, tradicionalmente aisladas, que ahora están conectadas a entornos informáticos para ser más eficientes.

El gemelo digital "abre" estas conexiones y, si no incluyen los más severos mecanismos de ciberseguridad, pondrán claramente en riesgo la continuidad de los servicios o, incluso, la seguridad de los estados y los ciudadanos.

Thin Edge Computing como facilitador de un gemelo digital

La Thin Edge Computing, es decir, las aplicaciones digitales que se ejecutan lo más cerca posible de las operaciones físicas, resuelve estos retos. Su naturaleza distribuida, con la simple instalación de miles de nodos ligeros en la red, facilita la conexión directa con sensores, actuadores y equipos industriales de la red inteligente, y el procesamiento de datos de alta frecuencia y precisión sin incurrir en los costes de un sistema centralizado, en la búsqueda de un gemelo digital completo y fiable.

Al procesar los datos localmente en cada punto de la Smart Grid -desde los puntos de producción, pasando por las subestaciones de transmisión y distribución, hasta los puntos de consumo- permite compartir sólo la información necesaria, punto por punto y de forma anonimizada, con aquellos sistemas externos que la necesiten. Así, podemos crear jerarquías de información en el gemelo digital de forma mucho más ágil y flexible.

Por último, la computación de borde y las jerarquías de red evitan tener que abrir muchas redes de información, lo que aumenta la seguridad de un despliegue de gemelos digitales a niveles máximos. La arquitectura Thin Edge está estrechamente alineada con la norma IEC-62443, que se está convirtiendo en el estándar más seguido para asegurar los entornos IT/OT ciberseguros.

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

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