Una Red Eléctrica Inteligente es una red de energía eléctrica que incorpora y utiliza tecnologías digitales, de información y comunicación para supervisar y gestionar los procesos relacionados con el transporte y uso de electricidad. Estos procesos se dan desde las fuentes de generación como termoeléctricas, hidroeléctricas y nucleoeléctricas, hasta los usuarios finales en la industria, los comercios y los hogares. El objetivo principal al implementar una Red Eléctrica Inteligente es optimizar su capacidad de operación, integrar nuevas aplicaciones y facilitar la incorporación de nuevas fuentes de energía renovables; lo que permitirá mejorar la eficiencia, la confiabilidad, la calidad y la seguridad del sistema en su conjunto, así como reducir el impacto ambiental con beneficios económicos y sociales.

Entre los nuevos campos que se abren paso con la llegada de las Redes Eléctricas Inteligentes se encuentran la integración de fuentes de energía renovable, principalmente eólica y solar; el uso de nuevas tecnologías para almacenar energía; una nueva infraestructura para conectar vehículos eléctricos y cargar sus baterías, pero también para aprovechar la energía remanente almacenada en sus baterías; la automatización de los equipos en la red eléctrica para detección y atención de fallas; y la respuesta en tiempo real a la demanda de energía de los clientes.

Estos nuevos factores que llegan a la Red Eléctrica Inteligente hacen necesaria la integración de nuevas Tecnologías de Información y Comunicaciones para dar soporte a las tareas de almacenamiento, procesamiento y uso efectivo de la información que se genera en los procesos operativos de la red. Esta gran cantidad de datos proviene de los sensores y medidores instalados en diversos puntos de la red eléctrica, representando un nuevo y valioso activo para las empresas del sector eléctrico.

Anteriormente, los esquemas de medición de energía eléctrica ofrecían la posibilidad de conocer de forma general el comportamiento del sistema eléctrico y de los consumidores de energía mediante reportes generales o con valores promedios. Un cliente podía conocer su consumo mensual o bimestral acumulado; la máxima interacción que tenía el cliente con la empresa eléctrica era en el momento de recibir y pagar su recibo, o al reportar alguna interrupción en su servicio. Sin embargo, con la llegada de los medidores inteligentes de energía eléctrica y otros sensores ubicados en la red, se puede tener monitoreado el sistema eléctrico casi en su totalidad. Con estos dispositivos, los clientes, por ejemplo, pueden conocer minuto a minuto su consumo de electricidad, e incluso, saber si la empresa eléctrica podría ofrecerles una tarifa más económica en una determinada hora del día, para ahorrar costos en su factura mensual.

Este nuevo esquema de medición pone a disposición de las empresas y los usuarios un volumen gigantesco de datos que tienen un gran valor. Pero, ¿qué pasa con esos datos?, ¿qué significan esas listas y tablas con millones de registros por día?, ¿para qué le sirve esta información a la empresa y a los clientes?, ¿cuál es su verdadero valor?

La riqueza de estos datos radica en el valor que se puede obtener a partir de ellos; de la capacidad que se tenga para extraer conocimiento valioso a partir de estos "datos crudos". En este sentido, las áreas de investigación y desarrollo de técnicas y funciones en Big Data y Analítica Avanzada cobran relevancia; estas hacen referencia al manejo y análisis de grandes volúmenes de información, generada a una gran velocidad desde fuentes diversas. Es por ello que compañías como Facebook, LinkedIn e Instagram han aumentado su valor exponencialmente en los últimos años. Su riqueza está en la información y el conocimiento detallado de sus clientes. Sólo en 2017, los ingresos conjuntos de Facebook y Google fueron de 151 mil millones de dólares. ¿Cómo lo lograron?, ¡con nuestros datos!


En el caso de las Redes Eléctricas Inteligentes, a manera de ejemplo, consideremos el caso de los medidores inteligentes de energía eléctrica. Estos son dispositivos que miden y pueden reportar minuto a minuto el consumo de electricidad, entre otras variables, y permiten una interacción dinámica entre los usuarios y la empresa eléctrica. A partir del análisis avanzado de la información generada por los medidores, sería posible no solo conocer la demanda acumulada de electricidad de un cliente, sino también identificar sus hábitos de consumo, incluso por franjas horarias.

Si se conocieran a detalle estos patrones de consumo, se podrían implementar programas con tarifas dinámicas, donde se le brinde a los usuarios un costo de energía mayor o menor, según la hora del día y otras variables que influyen en el costo de la electricidad. Este dinamismo en las tarifas, proveniente de un mejor conocimiento del comportamiento del consumo de los usuarios y las capacidades de las empresas eléctricas para atender la demanda de electricidad, se vería reflejado en beneficios económicos para ambas partes. Por un lado, para las empresas del sector eléctrico, ya que una mayor capacidad para realizar la predicción acertada de la demanda y la oferta de electricidad supondría una mejor capacidad para mantener estable y confiable la operación del sistema eléctrico, por ejemplo, al prevenir adecuadamente los consumos en las horas pico, así como una mejora en los procesos de planeación y operación del sistema en general. También se podrían reducir las pérdidas de energía y detectar fallas con mayor rapidez y eficiencia. Todo esto se vería reflejado en los indicadores de rendimiento, que finalmente representan dinero para las empresas. Por otro lado, los clientes podrían participar activamente en la gestión de su consumo, generando ahorros en su facturación y creando una cultura más eficiente en el uso de la electricidad.

Se abre, entonces, la posibilidad de contar con herramientas que ayuden a responder las siguientes interrogantes: ¿qué efecto tiene la oferta de tarifas dinámicas de electricidad a los usuarios?, ¿cómo conocer mejor los hábitos de consumo de los clientes?, ¿a qué sector de clientes se debería proponer tarifas de cobro diferentes?, ¿cómo detectar fallas de una manera más eficiente?, ¿en dónde y por qué se concentran la mayor cantidad de fallas de la red?, ¿cómo mejorar los esquemas de protección de la red?, ¿cómo se puede mejorar la toma de decisiones para incrementar la participación en el mercado eléctrico?, ¿cómo mejorar la planificación de los procesos operativos y de mantenimiento?, ¿qué nuevos modelos de negocio podría implementar la empresa con la llegada de estas nuevas tecnologías?

Las posibles aplicaciones y beneficios de la adopción del Big Data y las técnicas de Analítica Avanzada en la operación de las Redes Eléctricas Inteligentes son numerosas. Éstas pueden tener impacto desde el nivel netamente técnico hasta el nivel corporativo.

Diferentes centros de investigación en conjunto con empresas del sector eléctrico han realizado estudios piloto donde se aplican técnicas de Analítica Avanzada, entre los cuales se encuentran la Microrred eléctrica del Campus San Diego de la Universidad del Sur de California, la oficina del gobierno de Londres, el Departamento de Energía de Estados Unidos, IBM, Schneider Electric, entre otros. Los desarrollos que se han realizado presentan avances en detección de fallas, detección de pérdidas no técnicas, análisis de calidad de la energía, optimización del uso de fuentes renovables de energía, clasificación de usuarios, predicción de la demanda de electricidad, mejoras en la infraestructura de comunicaciones en la red y sistemas de seguridad y privacidad de datos.

Por su parte, el INEEL cuenta ya con un laboratorio de Big Data y Analítica Avanzada, con infraestructura adecuada para soportar el análisis intensivo de grandes cantidades de datos. Se han realizado desarrollos demostrativos para la clasificación automática de usuarios, predicción de consumo por sector, predicción de fallas y análisis de desbalances de fases en redes eléctricas.

Estos nuevos desarrollos dejan ver cómo en los próximos años, seguramente habrá una migración de la visión de la red eléctrica convencional hacia una Red Eléctrica Inteligente, en la que los clientes y nuevos elementos como los vehículos eléctricos, estaciones de carga y las fuentes renovables de energía, entre otros, tendrán una mayor participación en las dinámicas de funcionamiento. En esta nueva generación de Redes Eléctricas, la transformación de la información en conocimiento será el elemento guía en muchas decisiones alrededor de la dinámica de la operación técnica.

Autores:
Jenniffer Sidney Guerrero Prado
Benjamín Zayas Pérez, zayas@ineel.mx
Alfredo Espinosa Reza, aer@ineel.mx