Ante el reto de integrar una proporción cada vez mayor de fuentes de energía renovable en una red de distribución eléctrica confiable, el proyecto United-Grid, coordinado por la Universidad Tecnológica Chalmers (Suecia), ha desarrollado tecnologías físicas cibernéticas integradas para asegurar y optimizar el funcionamiento de las redes inteligentes de distribución del futuro. Tras cerca de cuatro años de investigación, el desarrollo principal se basa en un conjunto de herramientas que se puede conectar a un gestor de redes de distribución (GRD) existente a través de la multiplataforma de United-Grid basada en la tecnología Codex Smart Edge de Atos para respaldar la gestión avanzada de energía, el control y la protección a nivel de red.
El consorcio de United-Grid, formado por once miembros de organizaciones de investigación experimentadas, gestores de redes de distribución, un proveedor de sistemas de gestión de distribución y pymes expertas de Suecia, Países Bajos y Francia, han desarrollado un conjunto de herramientas que integra un instrumento de pronóstico de energías renovables, una herramienta de pronóstico de congestión, una innovación para la medición avanzada y un estimador del estado de distribución.
En concreto, estas herramientas respaldan capacidades que incluyen el pronóstico de generación fotovoltaica y la congestión de la red; la supervisión y el control avanzados de la red en tiempo real, aprovechando el control de voltaje coordinado con base en el control predictivo basado en modelos, así como una función de autorreparación; la protección de las microrredes; y la protección de los estados dinámicos basada en la estimación para el funcionamiento seguro de las redes de distribución.
Más allá de optimizar el funcionamiento de la red eléctrica con soluciones de control en tiempo real que integran un alto nivel de automatización y seguridad ciberfísica, las nuevas tecnologías integradas en el conjunto de herramientas de United-Grid mejoran la confiabilidad al tiempo que aseguran que los recursos de la red se utilicen de manera más eficiente, lo cual reduce las pérdidas en las redes.
Tecnología Codex Smart Edge
La arquitectura técnica de las innovaciones de United-Grid se basa en la tecnología Codex Smart Edge de Atos, uno de los socios del proyecto. Esta tecnología depende del despliegue de un conjunto de nodos de software, denominados nodos inteligentes, los cuales pueden colaborar a través de middleware seguros.
Codex Smart Edge permite el procesamiento local (computación perimetral), así como estrategias locales colaborativas entre nodos inteligentes. Esta plataforma proporciona software de comunicación, procesamiento, control y adquisición distribuida basado en Linux; arquitectura basada en microservicios de Docker, capacidades de telecomunicaciones que cumplen con los estándares IoT y edge computing, procesamiento de lógica simple a aprendizaje automático complejo, escalabilidad desde pequeños nodos IoT hasta sistemas centrales, además de seguridad integrada y un diseño para múltiples casos de uso.
La caja de herramientas y los modelos comerciales desarrollados por United-Grid se validaron en sitios de demostración reales en Países Bajos, Francia y Suecia. Concretamente en el campus de Chalmers, en Göteborg (Suecia), se validó la herramienta de pronóstico de congestión, para la predicción de la restricción de la red, sobrecargas en líneas eléctricas y de transformadores, y capacidad de visualización de congestión en las redes, entre otras cuestiones.
Por su parte, el piloto en St. Julien y St-Jean-de-Maurienne (Francia), se basó en el pronóstico avanzado de producción de energía solar fotovoltaica, a través del pronóstico diario basado en datos meteorológicos, pronóstico a corto plazo basado en imágenes de satélite y pronósticos a muy corto plazo basados en una cámara. Mientras que en Strijp‐s, en Eindhoven (Países Bajos), se probó la solución de medición avanzada, con un diseño modular y escalable, y la estimación del estado de distribución.
En estos sitios piloto, el proyecto demostró las capacidades de las redes de distribución inteligentes al incorporar la caja de herramientas avanzada de optimización, control y protección, que son compatibles con sistemas de medición en tiempo real.
Transición de las redes pasivas de distribución actuales a las inteligentes del futuro
Las partes interesadas y actores involucrados del sector energético necesitan una hoja de ruta bien definida para la transición de las redes pasivas de distribución actuales a las activas e inteligentes del futuro. El proyecto ha desarrollado varias vías para guiar en la transición de las redes de distribución.
Entre los caminos a seguir, United-Grid apuesta por el desarrollo de futuras redes de distribución inteligentes, la integración de soluciones innovadoras en las redes para aumentar la observabilidad, controlabilidad y fiabilidad; además de destacar que los DSO se conviertan en managers de la distribución inteligente integrando nuevos servicios y modelos de negocio en su práctica operativa, y que los DSO se activen en la transición energética como una empresa de servicios habilitadores.
Resultados del proyecto
El proyecto United-Grid finalizó en abril de 2021 y ha contado con una financiación de 4 millones de euros del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Comisión Europea. La madurez de los principales resultados obtenidos superó las expectativas. Atos, el propietario del conjunto de herramientas y la multiplataforma, trabajará con sus clientes gestores de redes de distribución como un primer paso hacia la comercialización.
Los responsables de United-Grid aseguran que, puesto que el proyecto ha involucrado a tres GRD interesados en los resultados, existe un potencial significativo para una mayor absorción por el mercado. Las tecnologías desarrolladas permitirán a los gestores de redes de distribución gestionar sus redes de forma segura y eficiente con una alta penetración de fuentes de energía renovable, lo que tendrá un impacto significativo en el logro de los objetivos de neutralidad climática de Europa.