Colombia se encuentra en un momento crucial de transformación en su matriz energética, impulsada por la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y de promover la sostenibilidad ambiental. En este contexto, el hidrógeno verde emerge como una alternativa prometedora y estratégica para avanzar hacia un modelo energético más limpio y sostenible.
El hidrógeno verde, producido a partir de fuentes renovables como la energía solar y la eólica, ofrece múltiples ventajas en términos de mitigación de impactos ambientales y diversificación de la matriz energética. En Colombia, donde las energías renovables están experimentando un crecimiento significativo, el hidrógeno verde representa una oportunidad para impulsar el desarrollo económico y tecnológico, al tiempo que se reducen las emisiones de gases de efecto invernadero.
Los gobiernos de Colombia han reconocido el potencial del hidrógeno verde y han comenzado a implementar políticas y estrategias para promover su producción y adopción en diferentes sectores. A través de iniciativas de inversión y colaboración público-privada, se están sentando las bases para la construcción de una economía del hidrógeno verde robusta y competitiva.
Ante este panorama de transición energética, la implementación de tecnologías avanzadas y herramientas innovadoras se vuelve indispensable. Los gemelos digitales se posicionan como herramientas clave para el diseño, la gestión eficiente y la optimización de infraestructuras dedicadas a la producción de hidrógeno verde, permitiendo maximizar la eficiencia y garantizar la sostenibilidad a lo largo de toda la cadena de valor.
El propósito de este artículo es proporcionar una visión integral de cómo los gemelos digitales no solo facilitan el diseño y la operación de plantas de hidrógeno verde, sino también cómo su implementación puede conducir a una mayor eficiencia, reducción de costos y minimización de riesgos operativos.
Desafíos de la producción de energía sostenible e hidrógeno verde: La producción de energía sostenible, y la generación de hidrógeno verde, enfrentan barreras y desafíos que deben abordarse para garantizar su viabilidad y éxito a largo plazo. Algunas consideraciones clave incluyen:
Fig. 1 Etapas y tipos de barreras que enfrenta la producción de hidrógeno verde en el mundo
- Sostenibilidad de la red eléctrica: La integración de fuentes de energía renovable variables, como la solar y la eólica, en la red eléctrica puede plantear desafíos en términos de estabilidad y capacidad de carga. La necesidad de modernizar y adaptar la infraestructura eléctrica existente para soportar una mayor penetración de energías renovables es un aspecto crucial a tener en cuenta.
- Altos costos de la energía renovable: A pesar de la disminución de los costos de las tecnologías de energía renovable en los últimos años, los altos costos iniciales de inversión siguen siendo una barrera importante para su adopción generalizada. La reducción de costos a través de la innovación tecnológica y la optimización de los procesos de fabricación es esencial para hacer que la energía renovable sea más accesible y competitiva.
- Altos costos del electrolizador: La tecnología de electrólisis, utilizada para producir hidrógeno verde a partir de agua y electricidad, todavía enfrenta costos significativos de capital. La reducción de estos costos es fundamental para mejorar la viabilidad económica de la producción de hidrógeno verde a gran escala.
- Futuro incierto sobre la tecnología de electrólisis: A pesar de los avances en la tecnología de electrólisis, su futuro desarrollo y mejora, aún presentan incertidumbres. La investigación continua y la inversión en I+D son necesarias para aumentar la eficiencia y la fiabilidad de los electrolizadores y garantizar su competitividad en el mercado.
- Red inadecuada y falta de demanda de hidrógeno: La falta de una infraestructura adecuada para el transporte y almacenamiento de hidrógeno, junto con una demanda aún limitada de este combustible, pueden dificultar la expansión y adopción del hidrógeno verde. Es necesario invertir en la construcción de infraestructuras y promover políticas que impulsen la demanda de hidrógeno en diferentes sectores.
- Cierre financiero de los proyectos y futuro incierto del mercado: Los altos costos de inversión y la incertidumbre en los mercados pueden dificultar el cierre financiero de proyectos de producción de hidrógeno verde. La estabilidad regulatoria y el apoyo financiero adecuado son cruciales para mitigar estos riesgos y promover la inversión en el sector del hidrógeno verde.
- Transporte y almacenamiento del hidrógeno: Las tecnologías para el transporte y almacenamiento seguro y eficiente del hidrógeno aún enfrentan desafíos en términos de costos y seguridad. La investigación y el desarrollo de nuevas soluciones tecnológicas son necesarios para superar estas barreras y facilitar la integración del hidrógeno verde en la infraestructura energética.
El papel fundamental de los gemelos digitales en la transición Energética
Los gemelos digitales son una herramienta innovadora que está transformando la manera en que se planifican, diseñan y gestionan las infraestructuras energéticas en la era moderna. Su aplicación en el sector energético es fundamental en la transición hacia un sistema energético más eficiente, resiliente y sostenible. A continuación, se detallan su definición, función e importancia:
Definición y función de los gemelos digitales en el sector energético: Los gemelos digitales son representaciones virtuales y dinámicas de sistemas físicos o procesos, que permiten simular, analizar y optimizar su funcionamiento en tiempo real. En el contexto del sector energético, los gemelos digitales replican infraestructuras energéticas, como redes eléctricas, plantas de generación y sistemas de almacenamiento, capturando su comportamiento y dinámica con gran precisión.
La función principal de los gemelos digitales en el sector energético es proporcionar una plataforma de simulación y modelado que permita a los operadores y planificadores tomar decisiones informadas y optimizar el rendimiento de las infraestructuras energéticas. Al integrar datos en tiempo real, algoritmos avanzados y análisis predictivos, los gemelos digitales ofrecen una visión integral y detallada de los sistemas energéticos, permitiendo identificar y resolver problemas de manera proactiva, mejorar la eficiencia operativa y optimizar el uso de recursos.
Importancia en la optimización y gestión inteligente de infraestructuras energéticas: La aplicación de gemelos digitales en la transición energética desempeña un papel crucial en la optimización y gestión inteligente de infraestructuras energéticas. Algunas de las formas en que los gemelos digitales contribuyen a este proceso incluyen:
- Análisis y predicción de la demanda energética: Los gemelos digitales permiten modelar y simular diferentes escenarios de demanda energética, lo que facilita la planificación y la toma de decisiones para garantizar un suministro adecuado de energía en todo momento.
- Optimización de la generación y distribución de energía: Mediante la simulación de sistemas de generación y distribución de energía, los gemelos digitales ayudan a identificar oportunidades de optimización, como la mejor ubicación de generadores y la configuración óptima de redes eléctricas, para maximizar la eficiencia y minimizar los costos operativos.
- Gestión de la integración de energías renovables: Los gemelos digitales facilitan la integración de energías renovables intermitentes, como la solar y la eólica, al proporcionar herramientas para predecir y gestionar la variabilidad de su generación y su impacto en la red eléctrica.
- Detección y prevención de fallos: Mediante la monitorización en tiempo real y el análisis predictivo, los gemelos digitales pueden detectar anomalías y fallos en las infraestructuras energéticas, permitiendo tomar medidas preventivas para evitar interrupciones en el suministro y maximizar la fiabilidad del sistema.
La utilidad de los gemelos digitales en la producción de hidrógeno verde radica en su capacidad para mejorar la eficiencia operativa, reducir costos y minimizar riesgos. Estas herramientas permiten una mejor planificación y gestión de los recursos, lo que resulta en una producción más sostenible y rentable. Al aprovechar las capacidades de los gemelos digitales, es posible crear una infraestructura energética más robusta y adaptable, capaz de enfrentar los desafíos de la transición hacia una economía del hidrógeno verde.
ETAP Power Digital-Twin
La plataforma multidimensional basada en gemelos digitales de ETAP se posiciona como una herramienta indispensable para el diseño y la operación sostenible de plantas dedicadas a la producción de hidrógeno verde (H2V).
Fig. 2 Visión conceptual de la Plataforma Multidimensional ETAP Power Digital Twin
En la fase de Diseño:
- Observabilidad de la Red: ETAP permite realizar análisis exhaustivos del código de red y estudios de impacto de las fuentes de energías renovables en la red eléctrica, asegurando el cumplimiento de las normas de potencia locales y la óptima integración de las energías renovables.
- Información Geoespacial y Diagramas: La plataforma facilita la visualización y comprensión de la infraestructura eléctrica mediante herramientas de información geoespacial y generación de diagramas interactivos.
- Información de Activos: ETAP proporciona acceso a una amplia base de datos de activos eléctricos, permitiendo un modelado detallado de equipos y dispositivos.
- Modelado de Equipos y Librerías: Permite el modelado preciso de equipos y dispositivos eléctricos, con una amplia gama de librerías y bibliotecas de componentes estándar.
- Seguridad: Incorpora herramientas para el análisis de seguridad eléctrica, incluyendo el análisis de arco eléctrico, asegurando la protección del personal y de los equipos.
- Análisis de Impacto de Energías Renovables: Facilita la evaluación del impacto de las energías renovables en la red eléctrica, permitiendo una integración eficiente y segura de estas fuentes de energía.
- Flujo de Carga Unificado AC/DC: Proporciona un enfoque unificado para el análisis del flujo de carga en sistemas de corriente alterna y continua, optimizando la gestión de la energía.
- Minimizar Interrupciones y Gestionar Protecciones: Permite identificar y minimizar interrupciones en el suministro eléctrico, así como gestionar de manera eficiente las protecciones del sistema.
- Análisis en Estado Estable: Facilita el análisis detallado del sistema en estado estable, proporcionando información clave para la optimización del rendimiento.
En la fase de Diseño y Operación:
- Funciones del Equipamiento: Permite el análisis y la optimización de las funciones de los equipos eléctricos, asegurando su correcto funcionamiento y eficiencia.
- Análisis de Falla y Cortocircuito: Facilita la identificación y análisis de fallas y cortocircuitos en el sistema eléctrico, permitiendo tomar medidas correctivas de manera rápida y eficaz.
- Calidad de Potencia y Armónicos: Proporciona herramientas para evaluar y mejorar la calidad de la potencia eléctrica, así como para analizar y mitigar los armónicos en el sistema.
- Sistemas de Puesta a Tierra: Permite el diseño y análisis de sistemas de puesta a tierra, garantizando la seguridad y la protección de los equipos y el personal.
- Simulación Dinámica y Co-Simulación con PSCAD: Facilita la realización de simulaciones dinámicas y la co-simulación con otras herramientas como PSCAD, permitiendo evaluar el comportamiento del sistema en condiciones dinámicas y transitorias.
- Integración con Otros Gemelos Digitales: Posibilita la integración con otros gemelos digitales, por ejemplo, a nivel de procesos, permitiendo un enfoque holístico y completo en el diseño y la operación de la planta de producción de H2V.
La plataforma multidimensional basada en gemelos digitales de ETAP se presenta como una solución integral y altamente efectiva para el diseño y operación sostenible de plantas de producción de hidrógeno verde, ofreciendo herramientas avanzadas y capacidades clave para abordar los desafíos del sector energético y garantizar un suministro de energía confiable, eficiente y sostenible.
Para aprovechar las capacidades de los gemelos digitales de la Plataforma Multidimensional ETAP, hay que tener aliados capaces de desarrollar soluciones integrales basadas en ellos.
Las tareas más comunes asociadas a estas capacidades se representan en la creación de modelos con gemelos digitales, simulación de operaciones, análisis de sistemas de potencia, entrenamiento y acompañamiento permanente en el despliegue de las soluciones.
Fig. 3 Conjunto de servicios complementarios para implementar ETAP Power Digital Twin junto a un aliado tecnológico.
La sostenibilidad energética es fundamental para la producción de hidrógeno verde. Las tecnologías innovadoras, como los gemelos digitales, ofrecen soluciones eficientes y seguras para abordar los desafíos energéticos actuales y futuros. Para avanzar hacia un futuro más sostenible, es crucial invertir en investigación, promover políticas favorables y fomentar la colaboración entre los sectores público y privado. Con un enfoque integral y el uso inteligente de herramientas tecnológicas como ETAP Power Digital-Twin y las capacidades asociadas a un aliado tecnológico es posible lograr una transición exitosa hacia un sistema energético más limpio y resiliente.
Información de contacto
Potencia y Tecnologías Incorporadas S.A. BIC
https://www.pti-sa.com.co/es/pti-nova/laboratorio-de-simulacion-en-tiempo-real
