Revolución digital en las subestaciones eléctricas
El sector de la energía está sometido a una gran presión. Las operadoras eléctricas alemanas necesitan preparar su infraestructura con rapidez para la transición energética.
En 2030, alrededor del 80 por ciento de la electricidad será generada a partir de fuentes renovables. Un proyecto piloto de naturenergie netze GmbH está demostrando cómo se pueden modernizar las subestaciones eléctricas con más rapidez. Esta operadora eléctrica del sur de Alemania, en colaboración con los proveedores de software Eplan y entegra, está trabajando por primera vez con un gemelo digital que acelerarán enormemente la planificación y el desarrollo de subestaciones eléctricas.
En el pasado, existía la distribución. Durante décadas, la energía se distribuía en una sola dirección: desde las centrales de carbón y nucleares, que funcionaban en todo momento, hasta las subestaciones eléctricas, y desde aquí (tras reducir varias veces la tensión) hasta los consumidores finales. Empleando como analogía el tráfico viario, esta silenciosa "calle unidireccional" ahora se ha convertido en una concurrida red de carreteras en el centro de la ciudad. En la actualidad, la combinación de energías cambia cada hora en función del viento y de la meteorología, de ahí que ya no exista realmente una carga base fiable. Además, los operadores de sistemas eólicos y solares suministran la energía de manera descentralizada y con niveles de media y baja tensión, por lo que las redes eléctricas ahora funcionan en ambas direcciones. Las bombas de calor y las estaciones de carga de vehículos eléctricos implican un mayor consumo, mientras que los tradicionales perfiles de carga que alcanzan su pico por la tarde ahora son cosa del pasado. Sin embargo, tanto la calidad del suministro eléctrico como la frecuencia de 50 Hz se deben garantizar en todo momento.
Los operadores de las redes eléctricas se enfrentan a una tarea descomunal, pues han de conseguir que sus redes cumplan estos requisitos tan complejos. Para naturenergie netze, esto exige la construcción de nuevas instalaciones y la modernización de algunas de las subestaciones eléctricas existentes. Las plantas necesitan adaptarse a la creciente demanda de electricidad, pero ese no es el único reto. Un desafío aún mayor es que se han de adaptar para alcanzar un nivel mucho mayor de flexibilidad, por lo que respecta a las fuentes y los flujos de energía y el control preciso de la electricidad.
Un gemelo digital
Naturenergie netze abordó estos retos de forma rápida y está trabajando actualmente en un proyecto piloto que consiste en modernizar uno de sus sistemas. Este operador está utilizando un concepto digital para planificar y configurar su conversión de la subestación eléctrica de Rheinfelden. El nuevo enfoque se aplica incluso al trabajo preliminar. Rainer Beck, un coordinador de desarrollo de la red, explica: "Antes de empezar a planificar, creamos un gemelo digital de la subestación eléctrica, es decir, una representación virtual con todos los datos tanto de los componentes operativos (la tecnología primaria) como a nivel de control (la tecnología secundaria) y, por supuesto, para los edificios y todos los periféricos. Luego planificamos la conversión tomando como base este gemelo digital".
Otro motivo por el que se trata de una tarea complicada es que la tecnología primaria y secundaria se planifican utilizando diferentes herramientas de software CAD. En este proyecto piloto, este problema se resolvió mediante una colaboración muy especial. Como miembros del grupo de trabajo VDE ETG "Gemelos digitales para sistemas de energía eléctrica", dos proveedores líderes (entegra con su solución de software primtech para la tecnología primaria y Eplan para la tecnología secundaria) habían preparado exactamente lo que naturenergie netze necesitaba para la primera fase de planificación (preliminar), es decir, combinar la tecnología primaria y secundaria en un único modelo.
Gran aumento de la eficiencia
Para este proyecto único, entegra y Eplan buscaban una operadora eléctrica innovadora con un proyecto piloto adecuado en el que pudieran participar dentro de esta colaboración. El contacto con naturenergie netze llegó en el momento perfecto, sobre todo porque el proyecto en cuestión era complejo. Como explica Rainer Beck: "El objetivo del proyecto es renovar toda la tecnología secundaria en una subestación eléctrica muy completa que ya existe y hacerlo en pleno funcionamiento". Resulta fácil entender por qué resultaba atractivo implicarse en este proyecto. "Normalmente harían falta dos o tres años para planificar e implementar la modernización, pero la nueva metodología de planificación acelerará mucho todo el proceso". Todos los participantes en el proyecto están de acuerdo. Matthias Schuy, director de Desarrollo del Negocio de entegra, explica: "Lo que estamos haciendo aquí, integrar la tecnología primaria y secundaria de una subestación eléctrica en un gemelo digital, no se había hecho nunca hasta ahora, pero promete ofrecer grandes ventajas". Le hemos preguntado si podía darnos más detalles. Rainer Beck: "Por supuesto. En definitiva, necesitamos demostrar que la inversión se amortiza rápidamente. Tras la primera fase del proyecto, es decir, la planificación preliminar, hemos observado un considerable ahorro de tiempo durante la conversión real de las subestaciones eléctricas. Y no solo eso, sino que además es válido para todos los proyectos".
Un solo modelo para todos los usuarios
Durante la primera fase del proyecto, la subestación eléctrica fue escaneada, se tomaron fotografías de las placas de características y los datos generados de la tecnología primaria se compararon con los datos del sistema de gestión de activos. El resultado fue un modelo 3D válido y funcional de la subestación eléctrica con primtech. Durante este proceso totalmente automatizado, los conjuntos de datos creados en primtech se exportaron luego a Eplan a través de una interfaz y se usaron como base para planificar la tecnología secundaria en Eplan. Por último, los datos de la tecnología secundaria se integraron en el gemelo digital. Este trabajo ya está casi finalizado. Documentar el escenario tal y como es en la actualidad ha proporcionado la base para sustituir la tecnología secundaria de la subestación eléctrica de manera eficiente. "Este paso es realmente importante. Se han verificado todos los datos. Básicamente seguimos el principio de 'una sola fuente de confianza'. Los datos se dejan intactos en los sistemas originales y se vinculan al gemelo digital. Esto evita redundancias que podrían resultar problemáticas en el futuro", explica Jan Oliver Kammesheidt, Global Vertical Market Manager del sector de la energía de Eplan.
Por lo que se refiere a la arquitectura del modelo con datos combinados y de acuerdo con el enfoque basado en el gemelo digital, se optó por crear una infraestructura especial. "No hay un sistema principal, sino diferentes perspectivas de un mismo modelo. El gemelo digital abre una ventana a los sistemas; por ejemplo, de primtech a Eplan o SAP. Por tanto, el gemelo digital cumple una de sus principales funciones: ofrecer un acceso centralizado a toda la información importante a la subestación eléctrica", explica Schuy.
Estandarización de la tecnología secundaria
Esta colaboración entre tres, entegra, Eplan y la operadora eléctrica, fue posible, o al menos fue más fácil, gracias a una decisión tomada hace dos años. Fue entonces cuando naturenergie netze empezó a utilizar las soluciones de software de diseño eléctrico Eplan Electric P8 y Eplan Pro Panel para planificar su tecnología secundaria; es decir, su tecnología de control. Simon Rümmele, jefe de proyectos de desarrollo de la red eléctrica, fue el responsable de ello y sigue hoy en el cargo. "Con Eplan podemos potenciar la estandarización y una ingeniería más eficiente de la tecnología secundaria, así como la planificación de extremo a extremo que también podemos utilizar durante la fase de funcionamiento para el mantenimiento preventivo y las reparaciones", señala.
Lecciones de la ingeniería mecánica
El proyecto está demostrando que los usuarios del sector eléctrico se benefician de la experiencia y las soluciones de la ingeniería mecánica. En ese sector, en el que Eplan está presente desde hace décadas, está muy consolidada la estandarización y la "industrialización" de los equipos de fabricación de cuadros eléctricos y dispositivos de interconexión. En cuanto a este paso para las subestaciones eléctricas, aún queda mucho por hacer pero se hará realidad. "Hasta ahora, las subestaciones eléctricas se han planeado una a una y se han construido de forma individual. Esto hace que sea muy difícil valorar la necesidad de modernización y las nuevas construcciones que están surgiendo como resultado de la transición energética. El sector necesita estandarizarse mucho más que antes. Estamos ofreciendo soporte y estamos encantados de haber encontrado a un socio innovador como naturenergie netze. Gracias al gemelo digital para la tecnología primaria y secundaria estamos acelerando el proceso de forma considerable y también aumentamos su fiabilidad", explica Kammesheidt.
Socios sólidos para la conversión
Como explica Rümmele, esto es precisamente lo que se ha marcado naturenergie netze como objetivo. "Queremos y necesitamos digitalizarnos más porque creemos que esto abrirá nuevas oportunidades y facilitará las cosas en el futuro. Por eso estamos probando las tecnologías más avanzadas y planificando otros proyectos piloto en nuestra subestación eléctrica de Rheinfelden. También tenemos en Rittal, empresa hermana de Eplan, a un sólido socio para convertir el 'hardware', o dicho con otras palabras, toda la tecnología de las carcasas", señala.
Naturenergie netze también lleva tiempo planificando la estandarización y el gemelo digital creado conjuntamente por entegra y Eplan también ofrecerá la base para ello. Rainer Beck: "Prevemos utilizar dos conceptos y edificios estándar en el rango de 110 kV y crear versiones basadas en ellos. Además estamos trabajando en esto con los principales proveedores primarios. Esto acortará el tiempo y la planificación necesarios. Esto es vital porque nos veremos forzados a adaptar la mayoría de nuestras subestaciones eléctricas con el fin de que cumplan los nuevos requisitos. El gemelo digital y el trabajo preliminar realizado por entegra y Eplan nos será de ayuda en este sentido. Gracias a la colaboración de nuestros socios estamos desarrollando una verdadera innovación que nos ayudará a desarrollar nuestras redes y a prepararlas para el futuro de manera eficiente".
No obstante, naturenergie netze no es la única que se beneficiará con este proyecto. Kammesheidt: "A diferencia del sector de la ingeniería mecánica, los operadores de red eléctrica comparten información abiertamente porque no compiten entre sí. Ya hay un gran interés y estoy convencido de que muchos operadores podrán aprovechar lo que estamos haciendo aquí y en el grupo de trabajo VDE y usarlo para planificar e implementar su propia conversión y sus propios proyectos con rapidez".
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