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¿En qué aspectos puede la inteligencia artificial mejorar la resiliencia de las redes eléctricas en condiciones climáticas extremas como olas de calor o tormentas?
¿Cuáles son los posibles beneficios ambientales de utilizar la inteligencia artificial en la gestión de redes eléctricas?
¿Con la integración de la inteligencia artificial en la red eléctrica actual, existen amenazas de seguridad y cómo se mitigarán estos riesgos de seguridad?
California enfrentó una ola de calor que puso a prueba la sostenibilidad de la red eléctrica. Las temperaturas al aire libre fueron extremas y superaron los 100 grados durante semanas, lo que contribuyó a un consumo de electricidad más alto de lo normal y un estrés inesperado en la red. Las temperaturas extremas son un ejemplo dramático de las catástrofes, pero todas muestran la necesidad de supervisar y asegurar nuestra infraestructura crítica y red eléctrica en California o cualquier estado o país. La red eléctrica es un servicio crítico para el mundo contemporáneo, que acumula miles de nuestras tomas para suministrar electricidad a hogares, empresas, instalaciones de salud y otros servicios.
La red eléctrica facilita actividades económicas, actúa como plataforma tecnológica y garantiza que millones de estadounidenses puedan llevar a cabo sus vidas diarias. El desafío para la fiabilidad y la resiliencia de la red eléctrica, presentado por una infraestructura envejecida, se intensificará en el siglo XXI y se convertirá en nuevos desafíos graves para la red.
El cambio climático está provocando eventos climáticos extremos acelerados, como olas de calor, tormentas e incendios forestales, que pueden destruir infraestructuras, interrumpir el flujo de energía y poner en peligro la seguridad pública. Este panorama requerirá un pensamiento nuevo y tecnologías avanzadas que aumentan la eficiencia y la fiabilidad, optimicen la utilización de energía y faciliten energía limpia de fuentes renovables. En este artículo, consideramos cómo la IA podría remodelar el sistema eléctrico para mejorar la eficiencia, la fiabilidad y la sostenibilidad de la red e infraestructura eléctrica de Estados Unidos.
Presentamos la tecnología de IA como una opción para gestionar la red eléctrica, describiendo algunos de los beneficios y desafíos de la IA energética, así como las oportunidades futuras para permitir que la IA establezca un sistema energético más resiliente y bajo en carbono. A través de la colaboración y la inversión reflexiva, la innovación habilitada por la IA puede contribuir a generar la red eléctrica del futuro, una que sea más eficiente, fiable y sostenible, y que sirva mejor a las comunidades y la sociedad para las generaciones venideras.
La red eléctrica de EE.UU. es un sistema considerablemente complejo de generadores, líneas de transmisión, subestaciones, etc. Ha sido desarrollada durante más de un siglo y sostiene la economía estadounidense al suministrar servicios esenciales y energía a negocios y residencias. Sin embargo, esta infraestructura enfrenta obsolescencia y desafíos a gran escala en el siglo XXI.
Necesidad de Modernización de la Red Eléctrica
La combinación de estos desafíos crea una fuerte urgencia para modernizar nuestra red eléctrica. El primer desafío es integrar con éxito fuentes de energía renovable como la eólica y la solar, que son variables en disponibilidad según el clima pero no proporcionan el mismo grado estable de fiabilidad que los generadores tradicionales. Esta variabilidad presenta desafíos para la fiabilidad, la resiliencia y la estabilidad de un sistema de red eléctrica.
Los operadores de la red deben integrar oferta divergente de acuerdo con las previsiones del clima, al mismo tiempo que tienen en cuenta la demanda diversa de consumidores actuales y nuevos. Otro desafío está relacionado con la resiliencia de la infraestructura frente al cambio climático y los eventos climáticos asociados, como el calor, las tormentas, el viento y los incendios forestales. En casos extremos, los eventos climáticos pueden obstaculizar o dañar equipos e instalaciones, causando cortes en el suministro de energía y perjudicando a la comunidad. Las tecnologías automatizadas y las estrategias que se adapten y creen flexibilidad, eficiencia y resiliencia serán clave para abordar estos desafíos.
El futuro de la gestión de la red estará intrínsecamente ligado al desarrollo de tecnologías de IA que ayuden a tomar decisiones en tiempo real, realizar mantenimiento predictivo y optimizar la entrega de energía. Los sistemas de IA del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) pueden analizar grandes cantidades de datos históricos y en tiempo real para proyectar las necesidades energéticas anticipadas de los consumidores, optimizar actividades específicas del sistema de red y mitigar interrupciones causadas por eventos climáticos como las tormentas. Por ejemplo, los modelos más recientes de eGrid GPT se basan en modelos de aprendizaje automático diseñados específicamente para predecir eventos probables de fallas en equipos, recomendar mantenimiento preventivo y protocolos operativos, y ejecutar diversos escenarios para muchos resultados considerados. Los sistemas de IA pueden rastrear el rendimiento de la red y las condiciones del entorno, mejorando la eficiencia y minimizando el tiempo de inactividad para la entrega confiable de energía.
Posibles Ventajas de Integrar la Inteligencia Artificial
Mayor Fiabilidad y Eficiencia: La red podría aumentar la fiabilidad mediante el uso de analítica predictiva de inteligencia artificial, al predecir posibles fallas de equipos. La analítica predictiva proporcionará un mantenimiento programado aumentado, disminuirá el mantenimiento no planificado y optimizará los recursos de mantenimiento asociados con reparaciones de emergencia, lo que proporcionará valor al operador.
Optimización Mejorada del Equilibrio entre Oferta y Demanda : Mediante el uso de datos en tiempo real relacionados con la producción de energía, el comportamiento de consumo y los pronósticos climáticos, los algoritmos de inteligencia artificial optimizan el equilibrio entre la oferta y la demanda. Estas capacidades predictivas permiten a los operadores de red determinar cuándo y cómo generar o distribuir energía de manera más eficiente.
Ahorro de Costos e Impacto Ambiental: Al optimizar la distribución y generación de energía y utilizar fuentes de energía renovables, también se generan ahorros tanto para los operadores como para los usuarios finales. Además, se reduce la dependencia de los combustibles fósiles y disminuyen las emisiones de carbono, en línea con los compromisos globales para mitigar el cambio climático. Asimismo, los sistemas de gestión energética impulsados por la IA mejoran el uso de la electricidad y facilitan la transición hacia una economía baja en carbono.
Preocupaciones de Seguridad:
La implementación de la inteligencia artificial en la gestión de la red eléctrica introduce ciertas consideraciones de ciberseguridad, incluyendo la posibilidad de ser vulnerable a limitaciones y amenazas cibernéticas. Una prioridad clave para mejorar la confiabilidad organizacional y aumentar la confianza del cliente es proteger los sistemas basados en IA contra amenazas a la infraestructura de la red.
Confianza y Precisión:
La confianza de los actores involucrados (operadores de red, reguladores, consumidores, etc.) depende de que los modelos de IA sean precisos y confiables. Todos los modelos de inteligencia artificial deben ser entrenados con conjuntos de datos completos y validados en entornos controlados antes de su implementación, para garantizar conocimientos precisos y recomendaciones prácticas.
Actualización de Infraestructura:
La implementación de tecnologías de IA requerirá inversiones sustanciales para modernizar la infraestructura de la red eléctrica. Esto incluye la incorporación de sensores avanzados, medidores inteligentes y sistemas de monitoreo. Dicha infraestructura permitirá la evaluación de datos en tiempo real, la toma de decisiones y acciones relacionadas con una gestión adaptativa para fortalecer la resiliencia de los equipos y sistemas.
Las oportunidades que ofrecen las tecnologías de inteligencia artificial para transformar la red eléctrica de Estados Unidos en una red más eficiente, confiable y sostenible no tienen precedentes en la historia. La capacidad de la IA para realizar análisis predictivos, tomar decisiones en tiempo real y optimizar el uso de la electricidad ayuda a los operadores a resolver diversos desafíos operativos, fortaleciendo la resiliencia de la red y mejorando la coordinación con la generación de energía renovable.
Si Estados Unidos logra abordar con éxito una serie de dificultades y avanzar en sus enfoques regulatorios para integrar la inteligencia artificial en sus sistemas, podría aumentar la resiliencia de su infraestructura eléctrica. Esto no solo permitiría satisfacer mejor las necesidades actuales de la sociedad, sino que también podría sentar las bases para una mayor sostenibilidad ambiental para las generaciones futuras.
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