El mundo dio el salto digital. Desde dispositivos personales hasta complejos sistemas industriales, hoy en día ya todo es digital, y el sector energético no es la excepción
Por Marco Cosío
Actualmente, la industria energética enfrenta uno de sus mayores desafíos: por un lado, incrementar la oferta eléctrica, o de lo contrario, ciudades enteras vivirán una crisis sin precedentes, y por el otro, ser más eficiente e incorporar en su totalidad a las energías renovables. Además de lograr una generación más descentralizada, evitar las islas energéticas y contar con más líneas de transmisión y distribución.
Y es que ante la urbanización, la falta de recursos y el cambio climático -no importa dónde se mire-, los retos globales hacen crecer una demanda por productos, soluciones y servicios de generación de energía cada vez más eficientes.
Por lo que tendencias, como la digitalización, abren una variedad de oportunidades para el mercado energético, y es ahí donde las empresas deben aprovechar el potencial del cambio y obtener ventajas competitivas.
Porque la digitalización, desde su concepto inicial, implica una mejora en la eficiencia, en la precisión y en el plazo de lanzamiento del producto final.
La industria 4.0, caracterizada por la digitalización, fusiona los entornos físicos con los virtuales para incrementar la competitividad y detonar el crecimiento económico, y esto también se aplica al campo del mercado energético con la digitalización de la energía.
Se trata de la unión entre el mundo real y virtual en la industria, es decir, la aplicación de las tecnologías de la información y el internet de las cosas (IoT) para generar un análisis de datos inteligente y tomar mejores decisiones que se reflejen en la rentabilidad del suministro eléctrico en las industrias.
Las instalaciones eléctricas son autónomas y actualmente la cadena de producción autogestionable, lo que permite una configuración más flexible que da respuestas rápidas y eficientes a la demanda del mercado, y sobre todo permite un uso eficaz, confiable y óptimo de la energía.
Asimismo, toda la información que se deriva del proceso de suministro eléctrico está disponible en tiempo real en todas las áreas que integran la empresa.
La industria 4.0 supone un paso más allá de la fabricación y producción a gran escala. Gracias a la digitalización, se está transformando la producción analógica en producción digital, mucho más rápida, fiable, segura, de mayor calidad y está permitiendo el uso eficiente de los recursos primarios para la manufactura, como el consumo energético, para el logro de mayores índices de rentabilidad en la operación.
La llamada digitalización o industria 4.0 permite a las empresas en México aumentar su productividad hasta en un 25 por ciento, con lo que mejoran su rentabilidad y ganancias, volviéndose más competitivas en el entorno global.
Además de reducir el time to market hasta un 50 por ciento, y aumentar la flexibilidad de la producción y la personalización de la misma, aunado a una mayor calidad, y ahorros hasta de un 20 por ciento en la facturación del consumo eléctrico.
Gracias a las aplicaciones de la industria 4.0, ya no es algo futurista el que los procesos en las plantas estén interconectados, o la visión a tiempo real de la operabilidad y estado de todas las máquinas que conforman los procesos de producción.
De esta forma, la industria 4.0 permite la gestión de recursos para lograr una mayor eficiencia, producción flexible e integración de procedimientos globales a través de un software en el uso de la energía durante los procesos productivos.
En este marco, la mayor revolución y a la vez principal necesidad del sector energético es incorporarse a esta industria y conectar todos los nuevos sistemas con los ya existentes, y alcanzar la plena digitalización, aunque palabras como internet de las cosas, blockchain e inteligencia artificial ya se mencionan en el sector.
Smart grid
Uno de los primeros pasos es la instalación de sensores y contadores a lo largo del sistema eléctrico (plantas, líneas de tensión, empresas, hogares), que ayudará a reducir los costos, gracias al control y previsión del consumo. Lo que se conoce como smart grid.
Se trata de redes inteligentes que integran nuevos agentes productores, gestionan la electricidad en función de las necesidades y convierten al consumidor en un prosumidor, eliminando la unidireccionalidad del sistema y otorgando al cliente el protagonismo.
Son microrredes que hoy en día, con la tendencia del uso de nuevas fuentes de energía, eólica, solar, renovables o algún otro tipo, administran estas fuentes de ingreso y de consumo de energía.
Cabe recordar que ya no sólo la Comisión Federal de Electricidad (CFE) es quien suministra energía a los usuarios; hoy podemos tener más de un suministrador –independiente o privado–, a lo que hay que sumar quienes cuentan con paneles solares o turbinas eólicas.
Tenemos diferentes usuarios de la energía eléctrica, que lleva no sólo a las fuentes de consumo (iluminación o algunos motores), sino además hay cargadores eléctricos de automóviles que de alguna forma son altos consumidores de energía.
Así, cualquier usuario puede manejar una smart grid si tiene más de una fuente de alimentación de energía o más de un punto de consumo.
Su objetivo principal se basa en la sustentabilidad, la eficiencia energética y la confiabilidad de energía, lo que significa que si se trata de alguna instalación de emisión crítica, como un banco o un data center, resulta de suma importancia tener una microrred.
El beneficio es la alta confiabilidad porque en forma selectiva se puede hacer uso de las diferentes fuentes de energía y escoger la que es más barata o más segura en el momento en que se está consumiendo.
Esto también lleva a ser más eficientes en los puntos de consumo, ya que se puede administrar la red de energía eléctrica a conveniencia del usuario, y determinar no alimentar cargas no críticas cuando la energía eléctrica es muy cara, por ejemplo, en horario punta.
Esta microrred también permite usar almacenadores para utilizar después la energía que se acumuló durante el horario base, desconectándose de la red. Entonces, ahí ya tenemos un ahorro, al usar fuentes de energía más económicas en determinado momento.
De esta forma, se puede administrar la red interna y dejar de consumir la de CFE o del suministrador de energía. Si dejáramos de consumir en el horario punta en una instalación, nos ahorraríamos el 30 por ciento del pago de la tarifa.
Se trata de un producto de digitalización, que adicionalmente tiene que ver con el IoT, porque habría conectividad con las máquinas que producen la energía, o paneles solares, turbinas eólicas, o almacenadores de energía, y habría sensores en los puntos de consumo, como pueden ser cargadores de autos eléctricos.
Esta tecnología puede ser usada por todos los consumidores, incluso industriales pequeños, grandes empresas, mineras, cementeras, y hasta hoteles, porque pueden administrar sus paneles solares en los puntos de consumo.
Fue a partir de la Reforma Energética y de la irrupción de las nuevas fuentes de energía que comenzó a promoverse el uso de microrredes, porque se puede comprar energía a más de un productor.
Y es una tecnología totalmente compatible con lo que el cliente ya tenía instalado en su planta porque es abierta y tiene mucho que ver con el IoT, y durante el estudio de factibilidad se le pueden hacer recomendaciones al cliente para reforzar el sistema, pero se aprovecha todo lo que existe.
Además de que, si existen generadores dentro de la fábrica, se puede optimar su uso, programarlos para un mantenimiento correcto, y tener un monitoreo completo de la red eléctrica, lo que ofrece beneficios adicionales, no nada más el ahorro de energía.
Así, la digitalización permite tener una red eléctrica propia, geográficamente limitada, y obtener generación propia, como los generadores diésel que tienen los hoteles o diferentes fuentes de energía como paneles solares. Con lo cual se mantiene un balance entre la generación y el consumo, y se puede operar conectado a la red de CFE o en modo isla.
En todo el mundo, las organizaciones y comunidades con una necesidad de energía confiable están considerando las microgrids como una solución eficiente, poderosa e ingeniosa.
Además, las microgrids están diseñadas para proporcionar alimentación 24/7 y para equilibrar las demandas de carga de una organización con necesidades de energía cambiantes.
Las aplicaciones relevantes son infraestructuras críticas, instituciones militares, áreas comerciales e industriales, ubicaciones remotas e islas. Es el nuevo mercado eléctrico mayorista que genera nuevos modelos de negocio, incluso parecido al mercado bursátil, pero habilitado por la digitalización.
Renovables digitalizadas
Otro de los desafíos del sector energético es añadir más fuentes renovables, para lo cual es necesario contar con sistemas de almacenamiento del exceso de energía y evitar así su desperdicio. Tan sólo en el caso de México, el país requerirá 2.3 GW de almacenamiento en los próximos 10 años por el crecimiento de las energías renovables.
Actualmente, la generación de energía representa el 25 por ciento de las emisiones de CO2 en el mundo, por lo que es un reto no aumentar este tipo de emisiones para alcanzar la meta climática de París, que establece un aumento de la temperatura media mundial por debajo de 2 grados. Para poder lograr este objetivo, todos los actores económicos (empresas, instituciones y organizaciones) deben unir fuerzas.
A medida que crece la participación de las energías renovables en la red eléctrica, se vuelve más indispensable contar con tecnología de almacenamiento que evite la intermitencia, y con ello poder aumentar la rentabilidad.
Al utilizar energías renovables, la planta generará la energía cuando las condiciones climáticas lo permitan, y una intermitencia que produce “ruido” y afecta a la red, pues altera la frecuencia y hay variaciones de voltaje en el sistema eléctrico.
Una solución es emplear baterías de litio en las que se almacena la energía excedente producida y hace una compensación de potencia; es decir, cuando hay una intermitencia por diversos motivos, puede equilibrar la baja en voltaje y mantener constante el flujo y nivel del mismo, evitando así variaciones que alteran la frecuencia en la red eléctrica.
Otro de los retos hoy en día para el sector energético es lograr una generación más descentralizada y evitar las islas energéticas, y las interconexiones son la base para lograrlo. Además de construir líneas de transmisión y sistemas de distribución aún más largos.
Las diferentes fases de exploración y distribución de hidrocarburos, como el gas natural, podrían ser más eficientes y reducir costos con la digitalización de procesos.
La incorporación de soluciones digitales e infraestructura inteligente en los procesos de gas y petróleo también pueden reducir las emisiones contaminantes y hasta en un 40 por ciento la facturación por energía eléctrica.
La industria energética, en este caso petróleo y gas, al sumarse a la industria 4.0 puede obtener beneficios que redundarán en una mejor operatividad y productividad, además de reducir la huella de carbono.
Los sistemas de digitalización van de la mano de robustas tecnologías de ciberseguridad, y que respaldan el manejo y uso de los datos del cliente en la nube; ofrecen amplios beneficios para las industrias primarias como el petróleo, petroquímica y electricidad.
Subirse al tren digital
La digitalización del sector eléctrico en 2025 generará 64 mil millones en ingresos para la cadena de valor asociada, pronostica Bloomberg New Energy Finance. Dentro de este total, se pronostica que la automatización de la red representará un mercado de 10 mil millones para 2025, con sistemas domésticos conectados que alcanzan los 11 mil millones. Datos recientes revelan que la demanda de energía primaria y electricidad se disparará a mediados del presente siglo, lo que obliga a la industria a cubrir este requerimiento sin perjudicar el medioambiente.
Los clientes y usuarios necesitan productos de alta calidad y personalizados, con un tiempo de producción menor, por lo que sólo quienes logren conseguir productos con las características mencionadas y con la máxima eficiencia en sus plantas serán competitivos.
El aumento constante de los sistemas de energía distribuida, la integración de las fuentes de energía renovables y el envejecimiento de las infraestructuras de la red pueden impedir el suministro de energía seguro y confiable.
Los productores de energía, los operadores de redes, los servicios públicos de energía, las empresas industriales y los municipios pueden administrar las tareas de manera económica y de la mejor manera posible a pesar de la creciente complejidad, aprovechando la digitalización.
Así, el sector se encuentra en una coyuntura: cambiar su modelo tradicional e impulsar la industria 4.0 para que gestione la robusta red de infraestructura. Debe entender el valor de la digitalización para convertirla en una ventaja competitiva que ayude a hacer más eficientes sus operaciones y ofrezca nuevos servicios a sus clientes.
Lo anterior es urgente ante el escenario de mayor competencia y regulación en ciertos segmentos, que obliga a las empresas a diferenciarse de sus competidores y elevar sus márgenes, por lo que deben aprovechar de forma eficaz el potencial de la revolución digital.
Ejemplo de ello son las microgrids, unidades de gestión de energía que unen bajo un mismo sistema la generación, distribución y consumo del flujo eléctrico a través de un software inteligente, que va indicando cuándo es mejor detener o disminuir la producción, basándose en los niveles de consumo, con lo cual se produce un ahorro significativo.
Estas redes inteligentes son posibles gracias a la combinación de estos equipos con tecnologías de la información. La automatización de las smart grid no sería posible sin el continuo análisis de los datos producidos por el sistema. Y no se trata de una tecnología futurista, ya que en Alemania una de cada seis empresas las tienen integradas en sus sistemas.
Los sistemas energéticos están cambiando, así como la importancia de las fuentes de energía individuales y las opciones para su generación, aunado a la forma en que la electricidad se transmite y distribuye.
La generación de energía es cada vez más descentralizada, haciendo la gestión de la red igual de compleja, mientras que el consumo eléctrico continúa aumentando constantemente en todo el mundo.
Para hacer frente a estos retos se requieren productos y servicios de vanguardia que cubran toda la cadena de valor energético. La solución está en la unión del mundo real y virtual, es decir, la industria 4.0, que ya está al alcance de las empresas que no quieren quedarse atrás en un mundo que avanza a una velocidad que nadie hubiera imaginado hace tan solo una década atrás.
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Marco Cosío
Vicepresidente de Smart Infraestructure de Siemens México y Centroamérica.
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Digitalización en la energía, in crescendo
Redacción
Desde 1970, la industria energética echó mano de la digitalización. En su búsqueda por nuevos yacimientos, en producción y embalses, se utilizaron tecnologías digitales para “mejorar la toma de decisiones”. Las industrias han optado por controles de procesos y automatización desde hace décadas para minimizar el consumo de energía. En números, la digitalización en el sector energético, a través de infraestructura y software, ha crecido en más de 20 por ciento anual desde 2014, alcanzando una cifra de 47 mil millones de dólares en 2016.
Fuente: Agencia Internacional de Energía
