Reportaje
Impacto de las TIC en las redes eléctricas modernas
¿Qué son las TIC?
Las TIC, Tecnologías de la Información y las Comunicaciones,
son un fenómeno tecnológico que ha impactado todos los
aspectos de la sociedad y las relaciones humanas, personales,
educativas, empresariales y organizacionales,
en la llamada "sociedad de la información" o "sociedad
del conocimiento". Esto ha impulsado a que se manejen
muchas y variadas definiciones de TIC, dependiendo de su
campo de aplicación.
En ese sentido se comparte la idea de Cobo Romaní, que,
dado que no existe una única definición sobre TIC evidenciado
en un documento publicado por la OCDE (abril, 2007),
es conveniente definir qué se entiende por este concepto
desde nuestro campo de aplicación. Esto impulsó a Romaní
a realizar un cuidadoso trabajo de benchmarking sobre las
definiciones de TIC, del cual nos ofrece como conclusión la
siguiente:
"Dispositivos tecnológicos (hardware y software) que permiten
editar, producir, almacenar, intercambiar y transmitir
datos entre diferentes sistemas de información que
cuentan con protocolos comunes. Estas aplicaciones, que
integran medios de informática, telecomunicaciones y
redes, posibilitan tanto la comunicación y colaboración
interpersonal (persona a persona) como la multidireccional
(uno a muchos, o muchos a muchos). Estas herramientas
desempeñan un papel sustantivo en la generación, intercambio,
difusión, gestión y acceso al conocimiento..."
Para la Comisión Federal de Electricidad (CFE), las TIC son
una herramienta básica que brinda amplias oportunidades
para mejorar su eficiencia y la de sus empresas productivas
subsidiarias y para que la CFE cumpla con sus objetivos,
soporta sus procesos mediante el uso de las TIC, lo cual
permitirá la modernización de la CFE y la mejora de los
servicios y bienes de TIC.
Por su parte, el Centro Nacional de Control de Energía
(CENACE) define dentro de la infraestructura de TIC todos
aquellos elementos de comunicación, hardware y software
requeridos para el Control Operativo del Sistema Eléctrico
Nacional (SEN) y la operación del mercado eléctrico mayorista.
Esto destaca que las tecnologías de la información y
la comunicación son un elemento fundamental para habilitar
funciones que apoyen la toma de decisiones durante
los procesos de generación, transmisión y distribución de
la energía eléctrica, del mismo modo que impacten en el
lado de la demanda, y le permitan al sistema eléctrico ser
más seguro, flexible y resiliente.
Flujos de datos y flujos de potencia
Durante más de 100 años, la red eléctrica tradicional no
había sufrido ningún cambio sustancial, sin embargo,
debido a restricciones climáticas, económicas, de confiabilidad
y seguridad, se concluyó que dicho esquema no
se adapta a las necesidades del siglo XXI y debió transformarse
hacia las denominadas redes eléctricas inteligentes,
que diferentes autores (Hiskens, 2010; Boswarthick, Elloumi,
& Ballot, 2010) las han definido como:
"Una red de energía avanzada, acorde con los adelantos
y tendencias del siglo XXI, que incorpora los servicios y
beneficios de las tecnologías de comunicación y computación
digital a una infraestructura de transmisión y distribución
de energía eléctrica, y que se caracteriza por un
flujo bidireccional de energía e información que incluyen
equipos instalados en la parte de la red del cliente y sensores
asociados".
Precisamente, una de las características más importantes
de una red eléctrica inteligente es su capacidad de
soportar un flujo de energía bidireccional, es decir, de pasar
del esquema en que el flujo de energía va solo desde las
grandes centrales de generación hacia los usuarios finales,
particulares o industriales, a otro que incorpora y aprovecha
la capacidad de almacenamiento y generación distribuida
de parte de los consumidores. Esto implica tener que
contar con un sistema de comunicación también bidireccional entre el consumidor final y las empresas
eléctricas,
a fin de compartir información de importancia tanto para
la operación y el control del sistema eléctrico, como para el
usuario, ahora como un participante activo en el mercado
de energía eléctrica.
Los "prosumidores", o consumidores que proveen energía
renovable insertados en las redes de distribución, son una
característica importante de las redes eléctricas modernas,
que, junto con la respuesta a la demanda, la integración de
microrredes eléctricas, los sistemas de almacenamiento de
energía con diferentes tecnologías y los parques de vehículos
eléctricos, serán elementos cada vez más extensos
que estarán interconectados a la red eléctrica.
Esto nos muestra la radiografía de un sistema eléctrico de
potencia moderno cada vez más complejo, con una creciente
y variada demanda eléctrica, con una generación
masiva de datos e información de cada uno de los componentes,
equipos y dispositivos conectados a la red, lo
que deja de manifiesto la necesidad de contar con tecnologías,
herramientas, aplicaciones y servicios que permitan
obtener, almacenar, procesar y compartir la gran cantidad
de datos que se van a generar en las redes eléctricas
inteligentes.
Por otra parte, con la intención de dar cumplimiento a
los principales criterios de eficiencia, calidad, confiabilidad,
continuidad, seguridad y sustentabilidad que deben caracterizar a las redes eléctricas inteligentes, el
"Manual
de Requerimientos de Tecnologías de la Información y
Comunicaciones para el Sistema Eléctrico Nacional y el
Mercado Eléctrico Mayorista" del CENACE en México, "establece
los principios, reglas, directrices, ejemplos y procedimientos
a seguir en el uso de las Tecnologías de la
Información, para que el CENACE, los Transportistas, los
Distribuidores, las Centrales Eléctricas y los Centros de
Carga cuenten con los medios de comunicación para transferencia
de voz y datos, con calidad de la información,
requeridos para cumplir con la Telemetría en Tiempo real
en forma directa para el Control Operativo del SEN y con la
operación del Mercado Eléctrico Mayorista".
Todo este panorama deja de manifiesto que, para una operación
confiable, la infraestructura de la red eléctrica inteligente
debe prever los requerimientos futuros y aprovechar
las tecnologías habilitadoras que le permitan hacer frente
a este escenario. Los desafíos que se deberán enfrentar
incluyen el gran volumen de datos, la capacidad de interactuar
con sistemas ya heredados, la naturaleza intermitente
característica de las energías renovables, y las nuevas tecnologías
de los dispositivos conectados para una correcta
interconexión e interoperabilidad con el sistema eléctrico.
El INEEL y las TIC
El Instituto Nacional de Electricidad y Energías Limpias (INEEL), ha sido un fuerte promotor de la aplicación de las TIC, a través de proyectos, sistemas y soluciones que impactan en la industria eléctrica, como el análisis de generadores en línea (AnGeL), análisis de sistemas eléctricos en estado estable y transitorio, diagnóstico de la condición de transformadores de potencia, diagnóstico de salud de equipo eléctrico primario y líneas de transmisión, diagnóstico de salud del estado operativo de los materiales del equipo primario, desarrollo de modelos y sistemas para incrementar la confiabilidad de la red de transmisión, desarrollo de sensores inteligentes para monitoreo contra robo de estructuras de torres de transmisión de energía eléctrica; desarrollo, integración y análisis de información de equipos de medición de la calidad de energía, monitoreo y control de turbinas, monitoreo del generador, sistema de información de protecciones, Unidad de Control Maestra, entre otros.
Las principales TIC en redes eléctricas
Algunos expertos consideran que las TIC son fundamentales
para la evolución de los servicios de la industria
eléctrica, y que deben considerarse desde una perspectiva
tanto técnica como organizacional.
En lo que respecta a la red eléctrica, se espera un escenario
más dinámico, flexible e interactivo, como se mencionó
anteriormente, con la participación de los consumidores
en el mercado eléctrico, al permitir que estos presten
otros servicios como la respuesta a la demanda. Esto será
posible gracias al desarrollo de tecnologías facilitadoras
como la Automatización de subestaciones, Automatización
de la distribución, Gestión de activos, uso de PMU (unidad
de administración de energía), IED (Intelligent Electronic
Devices), los sistemas de almacenamiento de energía, la
medición inteligente para formar una infraestructura de
medición avanzada (AMI) y la gestión del consumo, los
sistemas de comunicación y control que se utilizan en las
redes eléctricas de transmisión y distribución, y que servirán
de apoyo para el modelo de negocios de las redes
eléctricas inteligentes.
La aplicación de las TIC a los sistemas de transmisión y
distribución eléctrica, así como a las cargas y consumidores
finales, será un factor determinante para proveer de la flexibilidad
necesaria a la red eléctrica.
Esto incluye el despliegue de tecnologías de comunicación
en dispositivos de campo, nuevos estándares y protocolos
de comunicación, medidas de seguridad cibernética, análisis
de datos y arquitectura empresarial aplicada a la operación
de la red eléctrica. Cada una de estas áreas de las TIC
se puede aplicar para cubrir las necesidades de la industria, como el conocimiento situacional, las
operaciones,
planificación y movilidad en un área amplia para integrar
un mayor número de recursos energéticos distribuidos en
el sistema de distribución, así como para mejorar las operaciones
y reducir los tiempos de restauración del sistema
durante fallas.
A continuación se presenta una breve descripción de
algunas de las principales TIC de mayor aplicación en las
redes eléctricas:
AMI (Advanced Metering Infrastructure): La infraestructura
de medición avanzada busca incorporar a los consumidores
al sistema eléctrico por medio del despliegue de
nuevas redes de comunicaciones y sistemas de base de
datos, y proporcionará beneficios importantes tanto a las
empresas eléctricas como a los consumidores. AMI consiste
en un sistema de comunicación bidireccional que involucra
medidores inteligentes y otros dispositivos de gestión de la
energía. Esto reduce los tiempos de atención de fallas, los
servicios de conexión/desconexión, y comunicar en tiempo
real los precios de la electricidad, entre otras funciones
(Hart, 2008).
Seguridad cibernética: Como se mencionó, la red eléctrica
inteligente conlleva la integración de sistemas computacionales,
algo que podría traer nuevos riesgos de ciberseguridad
a los sistemas de control, generación, transmisión y
distribución de la red eléctrica. Según EPRI (2009), uno de
los mayores desafíos que enfrenta el desarrollo de redes
inteligentes se relaciona con la seguridad cibernética de
los sistemas. Según el Informe de EPRI: "La seguridad cibernética
es un problema crítico debido a la posibilidad cada
vez mayor de ataques cibernéticos y los incidentes críticos
en contra de este sector, ya que se vuelve cada vez más
interconectado" (Metke & Ekl, 2010, p. 99). Otro aspecto
importante de la seguridad cibernética a tener en cuenta
es la privacidad de los datos de los usuarios.
Big Data: Uno de los requisitos fundamentales de una red
inteligente es generar y gestionar en tiempo real un gran
volumen de datos de todo el sistema eléctrico: generación, transmisión y distribución, así como de los
consumidores
finales y del mercado eléctrico. Sin embargo, volumen de
datos no es lo mismo que información. Por lo que será
vital para las redes inteligentes contar con herramientas
que conviertan automáticamente los datos en información
válida para mejorar el servicio, la confiabilidad y la
eficiencia. El Big Data consiste en desarrollar mecanismos
capaces de procesar y gestionar datos masivos de multitud
de fuentes para encontrar patrones repetitivos, modelos
predictivos o estadísticas más precisas dentro de esos
millones de datos. En definitiva, el objetivo es procesar
esos datos para convertirlos en información capaz de ser
interpretada por el ser humano y que le ayude a tomar
decisiones.
Blockchain: "cadena de bloques", es una tecnología con
la cual se pueden hacer transacciones seguras entre personas
en todo el mundo sin necesidad de intermediarios.
Blockchain es la tecnología que sustenta la criptomoneda
Bitcoin, se conoció a finales de 2008 cuando Satoshi
Nakamoto publicó el estudio Bitcoin P2P e-cash.
IoT (Internet of Things): Describe la red de objetos físicos
(cosas) que llevan sensores integrados, software y otras
tecnologías con el fin de conectar e intercambiar datos
con otros dispositivos y sistemas a través de Internet. Estos
dispositivos abarcan desde objetos domésticos cotidianos
hasta sofisticadas herramientas industriales. Con más de
7,000 millones de dispositivos de IoT conectados en la
actualidad, los expertos prevén que este número aumentará
hasta llegar a 10,000 millones en 2020 y a 22,000
millones en 2025.
Servicios en la nube: Todo aquel programa o servicio que
usamos y no está físicamente instalado en nuestra computadora
o equipo. Mediante Internet es como se puede
tener acceso a estos servicios que no están instalados en
nuestra computadora. Estos servicios se pueden agrupar
en: Software as a Service (SaaS),
Platform as a Service
(PaaS)
, Infrastructure as a Service (IaaS).
ZigBee: Es un protocolo de comunicaciones inalámbricas
entre dispositivos electrónicos de bajo consumo, como las
redes de sensores. Es una tecnología ideal para su aplicación
en la industria y la medicina, iluminación inteligente,
monitoreo de energía, domótica, lectura automática de
medidores, etcétera.
Algunas aplicaciones de las TIC en la red
En el desarrollo de las redes eléctricas inteligentes, las
TIC juegan un papel crucial, por lo que deben ser seguras,
confiables, resilientes, controlables y de acuerdo con una
normatividad que permita garantizar la conectividad entre
todos los componente y equipos de la red. Su función
principal es recolectar una gran cantidad de información
generada en la red, y contar con herramientas y sistemas
de procesamiento de información que apoyen la toma de
decisiones de los operadores del sistema.
Las TIC tienen un papel importante para el desarrollo de
la medición inteligente, y la información de consumo en
tiempo real de AMI, los modelos de negocio Time of Use
(TOU) y Dynamic Pricing, los sistemas de gestión de la
energía, la integración de vehículos eléctricos a la red, el
despliegue de sensores y controles autónomos y la ciberseguridad
(Ngan 2008), así como clave en la inteligencia de
negocio para el análisis de datos.
La aplicación de blockchain en el sector eléctrico de México
tiene fuerte potencial en la generación distribuida, en
microrredes, en el Mercado Eléctrico Mayorista (MEM) y en
la agregación de generación y demanda controlable. Las
capacidades de blockchain permitirán un manejo más confiable
de información de precios y de volumen de ventas de
todo tipo de combustibles, para el sistema de certificados
de energías limpias (CELs) y para que haya estadísticas
confiables sobre la generación de energía. Por su parte, CFE
Distribución considera que es necesario explorar su aplicación,
"en la generación distribuida menor a 0.5 megawatts,
que obliga a la empresa productiva subsidiaria (CFE) a tener una plataforma informática para atender 496
mil contratos
de este tipo, así como sacar reportes detallados y realizar
distintos tipos de consultas" (https://www.energiaadebate.com/blog/3629/).
Por su parte, el Internet de las Cosas, dado que permite
conectar cualquier dispositivo electrónico inteligente (IED)
o sensores a Internet, tiene una fuerte aplicación en la gestión
de la demanda, en el control y medición inteligente,
así como la posibilidad del envío de alarmas, eventos y
comandos de control, y la información recolectada de los
servicios.
Al contar con una infraestructura de medición inteligente
y los sistemas de captura y gestión de datos, el desafío es
explotar los datos para agregar valor al negocio, para lo
cual son fundamentales las tecnologías de analítica y Big
Data. La manera de procesar, almacenar, usar y administrar
los datos es determinante pues permite contar con información
organizada, identificada, correctamente almacenada,
segura y accesible para cualquier usuario o sistema
autorizado que requiera hacer uso de ella.
El futuro de las TIC
De cara al futuro, sin duda, las áreas de innovación tecnológica
de las TIC tendrán un impacto potencialmente
profundo, en oportunidades para las redes eléctricas inteligentes,
las ciudades inteligentes, los hogares y la vida
futura en general.
Cloudera, importante empresa que ofrece servicios en la
Nube de datos empresariales, marca como una de las siete
tendencias en analítica y gestión de datos, la evolución
de las redes eléctricas y las nuevas fuentes de energía:
"es probable que la energía solar, la eólica y las baterías se conviertan en las mayores fuentes de
energía en esta
década. En 2021, comenzaremos a ver un cambio en las
redes masivas que se usan hoy en día ya que la sociedad
cambiará hacia el uso de más redes o microrredes comunitarias
e incluso hacia sistemas individuales para hogares.
Esta tendencia implicará nuevos volúmenes de datos, más
cercanos al consumidor, que deberán ser gestionados"
(https://revistabyte.es/actualidad-it/7-analitica-datos/).
Fang Liangzhou, vicepresidente y CMO de Energía Digital
de Huawei, considera que "la digitalización de la energía
es una tendencia inevitable. La integración innovadora
de las tecnologías digitales y energéticas permite la gestión
inteligente de la generación de energía, así como la
transmisión, distribución, almacenamiento y consumo de
esta, mejorando sustancialmente la eficiencia energética.
La energía verde también puede ayudar a la industria de
las TIC a reducir las emisiones de carbono. En el futuro
habrá una «red de carbono cero» y «centros de datos de
carbono cero», indicó el fabricante. Aparte de esto propuso
la tendencia de la Arquitectura Eficiente E2E que puede
mejorar la eficiencia energética en términos de arquitectura
y sistema."
(https://esemanal.mx/2021/02/presenta-huawei-diez-tendencias-en-el-campo-de-la-energia-digital/).
Por su parte, Hariram Subramanian, director de Tecnología
de Huawei Smart PV, considera que para 2025 más del 90%
de las plantas PV (fotovoltaicas) globales se digitalizarán y
más del 70% de las plantas PV aplicarán técnicas de IA.
La visión sobre el futuro de las redes eléctricas a 2050 de
la Plataforma Tecnológica Española de Redes Eléctricas
del Futuro ? FutuRed, considera siete tipologías de tecnologías
digitales que permitirán el desarrollo de nuevas
capacidades en el campo de las redes eléctricas: la sensorización,
sistemas de telecomunicaciones (LAPWAN y 5G),
la analítica de datos, las plataformas digitales de gestión
y comunicación, las transacciones digitales (blockchain),
Ciberseguridad y las realidades virtual y aumentada.
Hasta aquí, nos hemos podido dar cuenta que es un hecho
que las redes eléctricas se enfrentan a grandes desafíos en
un futuro próximo, por lo que su mejora técnica y la digitalización
de su operación, control, explotación y comercialización
son una condición imprescindible para el desarrollo
de un nuevo escenario energético en el mundo. En este
marco, es vital el papel que jugarán las tecnologías, sistemas
y herramientas TIC clave que faciliten y permitan la
rápida transformación hacia una red eléctrica inteligente
de manera segura, competitiva y sostenible.
Autor:
José Francisco Corza Plancarte, jfcorza@ineel.mx
Revisado por:
Isaac Alberto Parra Ramírez, iaparra@ineel.mx