Digitalización: una revolución para el sector hidroeléctrico

Una de las primeras tecnologías de generación de energía creada en el siglo XIX está a la vanguardia de la revolución digital del siglo XXI.

La tecnología digital ha estado presente en el sector eléctrico desde sus inicios, dada su naturaleza de alto nivel tecnológico. Son comunes hace décadas los sistemas digitales de control y manejo de datos, conocidos como SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), y no sorprende a ningún profesional del sector el uso de modelos computacionales avanzados para la planificación, dimensionamiento y simulación de los sistemas de generación, transmisión y distribución.

No obstante, y a pesar de la familiaridad de este sector con la “digitalización”, la nueva ola de innovación, denominada Revolución Industrial 4.0, promete traer cambios profundos a la forma en que construimos, diseñamos, operamos y mantenemos nuestros sistemas eléctricos. La nueva era de la digitalización va mucho más allá del simple uso de modelos computacionales y sistemas digitales de SCADA aislados, debido a cuatro factores principales: (i) el incremento de la capacidad de computo de los procesadores (que pasaron de menos de 1 MHz en los 1970s a 4 GHz en el 2017); (ii) la reducción del costo de estos procesadores; (iii) el incremento de la capacidad de las redes de comunicación, que permiten combinar los procesadores y sistemas digitales entre sí, incluso remotamente, multiplicando la capacidad de procesamiento; y (iv) el desarrollo de nuevos algoritmos para el análisis y manejo de datos (incluyendo la “inteligencia artificial”). Estos factores crean las condiciones ideales para un crecimiento exponencial en el número y capacidad de las aplicaciones de digitalización, lo que a su vez brinda inmensas posibilidades en el sector eléctrico.

Las nuevas posibilidades no son triviales para nuestra región, particularmente pensando en el sector hidroeléctrico, que aún provee cerca de la mitad de la electricidad, y es la fuente principal de generación en muchos países. Muchas de estas centrales fueron instaladas hace varias décadas, y la digitalización será un elemento esencial para rehabilitarlas, modernizarlas, y mantenerlas como parte de una matriz eléctrica sostenible y segura. Sin embargo, el tema es aún poco explorado y explotado en la región.

En este contexto nos preguntamos ¿Cuál es la diferencia entre lo que veníamos haciendo en el sector hidroeléctrico latinoamericano, y lo que vendrá de la mano de la digitalización? Para responder a esta pregunta organizamos hace algunas semanas un taller* para intercambiar experiencias de con actores claves.

Durante este espacio, expertos de la industria hidroeléctrica mostraron cómo la digitalización se ha convertido en una herramienta poderosa que permite mejorar los procesos de toma de decisiones en las organizaciones que administran las centrales hidroeléctricas, apoyando a optimizar el manejo del recurso hídrico.  Asimismo, estudios de caso mostraron que la digitalización está tomando un rol clave al permitir que la energía hidroeléctrica respalde la creciente penetración de energía renovable intermitente, como la energía eólica y la solar fotovoltaica. Las aplicaciones digitales hoy abarcan todas las etapas de los proyectos hidroeléctricos, desde el diseño y la construcción, usando herramientas digitales de simulación; hasta la operación y el mantenimiento, incorporando herramientas como machine learning mediante el monitoreo remoto de la condición de los activos. Abajo compartimos algunas de las tendencias claves:

1. Mantenimiento Inteligente –La medición y análisis constante de datos alrededor de las plantas hidroeléctricas permitirá identificar las desviaciones en los parámetros de las centrales mucho antes que ocurra una falla, permitiendo optimizar el mantenimiento, definiendo tiempos de parada con antelación, y sacando el mayor provecho de todos los equipos. Esto puede verse como una evolución exponencial del mantenimiento predictivo, ya que no serán solo unos cuantos parámetros los que se miden aisladamente en cada equipo (vibración, temperatura), sino que el comportamiento de la central toda es el que se analiza en tiempo real. Los sistemas inteligentes de mantenimiento pueden “aprender” con estas mediciones sobre cuáles son los modos de operación normales de las centrales, y detectar, a partir de este modelo, las desviaciones. Mientras más y mejores datos se alimenten al sistema, el modelo será cada vez más preciso en detectar desviaciones y fallas.
2. Operación más eficiente – Las hidroeléctricas son sistemas eficientes. Mas del 90% de la energía hidráulica potencial que ingresa a las turbinas puede ser convertida en energía mecánica por la turbina, y posteriormente en energía eléctrica por el generador. No obstante, los reguladores digitales, pueden ayudar a incrementar esta eficiencia aún en algunos puntos porcentuales. Esto se logra nuevamente con medición más precisa de los parámetros de entrada y de salida (caudal, presión, potencia), y con los sistemas de control “inteligente” que permiten lograr ajustes más precisos en los reguladores. Un punto porcentual adicional de eficiencia, multiplicado por 8760 horas al año puede ser una cantidad de energía que justifique la inversión adicional en centrales ya existentes. Estos sistemas pueden ganar mucha relevancia a medida que la operación de las centrales hidroeléctricas existentes se hace más variable (debido al incremento de energía solar y eólica en los sistemas), requiriendo que estas operen en varios puntos de su curva de carga.
3. “Digital twins” (o “gemelos digitales”)– este fue el término que más llamó la atención durante el taller. Se refiere a la posibilidad de crear un modelo virtual de las plantas hidroeléctricas en tiempo real a través de la inteligencia artificial, modelos matemáticos, y la medición de los parámetros de operación de la central, incluyendo incluso mediciones de hidrología aguas arriba y aguas debajo de las centrales. El “gemelo digital” permite replicar la operación de la central en un mundo virtual en el cual se pueden simular diferentes modos de operación. Este tipo de modelaje es algo que hasta hace algunos años era impensable, dado que los sistemas hidroeléctricos son tan complejos que solo era posible modelar la parte hidráulica haciendo replicas físicas a escala (la parte mecánica y eléctrica si podía modelarse con softwares especializados). Al ser un modelo inteligente, su precisión mejora con el tiempo, a medida que es alimentado con más datos y mediciones. Las aplicaciones de esta tecnología son numerosas, incluyendo la verificación de modos de falla para análisis de riesgo (por ejemplo, de las presas), la simulación de escenarios de la operación futura con diferentes niveles de generación de otras renovables, entro otros.
4. Mejora de la seguridad. La posibilidad de la operación, inspección y mantenimiento remoto puede ayudar a disminuir los riesgos en estos proyectos. Este es un aspecto que ya viene aplicándose en varias centrales, incluyendo la inspección de presas, túneles, y otros elementos de difícil acceso a través de drones o robots, o la operación remota de centrales.
5. Mejora en la comunicación de estos proyectos. Uno de los aspectos claves de las hidroeléctricas es su aceptabilidad, dado sus potenciales impactos ambientales y sociales, que deben ser adecuadamente identificados y mitigados. La posibilidad de crear modelos virtuales de las hidroeléctricas (antes de su construcción) podría apoyar, por un lado, a identificar los impactos más efectivamente, y por el otro a la efectiva comunicación e interacción con las partes interesadas y afectadas, a través de las tecnológicas de realidad aumentada.

La lista puede ser mucho mas larga, y en muchos casos parecería que la imaginación y la innovación es el límite.  Pero, ¡ojo!, hay un punto que no puede olvidarse: El elemento humano es la clave. No se puede pensar en soluciones digitales sin pensar en las personas, ya que la tecnología solo ayudará a las personas a tomar mejores decisiones.  La digitalización plantea no solo la adopción de nuevas tecnologías, sino la necesidad de modernizar las estructuras organizacionales. Será esencial la capacidad de las organizaciones de adaptarse y, más aún, ser proactivos en esta nueva era. Por ello, consideramos que es necesario que cada organización defina una estrategia a su medida para abordar la incorporación de la digitalización, que le permita avanzar de la mejor manera en la modernización de su infraestructura actual, en la incorporación de nuevas herramientas y, sobre todo, en el desarrollo de las capacidades técnicas para aprovechar todas las oportunidades de esta revolución. ¿Estamos preparados?

 

*El taller fue organizado juntamente con la Asociación Internacional de Hidroelectricidad (IHA), y la Comisión Técnica Mixta del complejo hidroeléctrico Salto Grande, en la hidroeléctrica Salto Grande. El taller reunió más de 130 personas, y contó con expositores de altísimo nivel, incluyendo empresas eléctricas como China Three Gorges (CTG), EDF, EDP, Itaipú, proveedores de equipamiento, como GE, Andritz, Voith Emerson, Brookfield, además de firmas consultoras (Hatch y Stantec). Si te interesa el tema, y quieres acceder a las presentaciones, las puedes encontrar aquí.