Desafío

A medida que el mundo se apura por cambiar a la energía renovable, una de las piezas más importantes del rompecabezas es facilitar esa transición para descarbonizar la red eléctrica.

“El veinticinco por ciento de las emisiones globales provienen de la red eléctrica”, afirma Page Crahan, gerenta general de Tapestry, el innovador proyecto de X para la red eléctrica. “La forma en que la red funciona hoy en día ya no nos sirve”.

La red se construyó en la década de 1800 para transportar electricidad desde las plantas impulsadas por combustibles fósiles hasta las ciudades y los pueblos, funcionando como una carretera de dirección única con demandas de energía predecibles. En la actualidad, las fuentes de energía limpia interactúan con la red de manera diferente a las plantas eléctricas tradicionales. Millones de dispositivos, desde enormes plantas solares y parques eólicos hasta dispositivos de generación y almacenamiento, microrredes y vehículos eléctricos, envían y reciben energía todo el tiempo y son administrados por miles de personas que trabajan arduamente para transportar esa energía  para que las luces de sus comunidades permanezcan encendidas.

“La energía limpia es fundamental para alcanzar nuestros objetivos climáticos”, dice Page. “Sin embargo, el rápido crecimiento de los recursos solares y eólicos variables implican un desafío para la planificación y la operación de nuestra red eléctrica actual, que funciona de la misma manera que lo hacía hace más de un siglo. Pretender que una tecnología de hace 130 años se aplique a un sistema totalmente diferente requiere mucho esfuerzo”.

Allí es donde Tapestry espera poder ayudar. El equipo está creando la tecnología necesaria para que sirva como guía hacia un futuro impulsado por una red sustentable, asequible y confiable. Tapestry está desarrollando una variedad de herramientas impulsadas por IA para hacer que quienes planifican, crean, coordinan y operan cada aspecto de los sistemas eléctricos de todo el mundo puedan ver y administrar por completo la red (y los recursos de energía limpia que se conectan a ella). La plataforma integral de Tapestry tiene como objetivo revolucionar las operaciones y la planificación de la red. El equipo está creando una solución de extremo a extremo para la transmisión y distribución eléctrica que incluya herramientas para transformar las operaciones cotidianas, como la administración de recursos y la previsión de carga, además de la planificación a largo plazo, para garantizar que la red opere sin inconvenientes durante las próximas décadas.

“Si permitimos que todos los que trabajan en la red puedan verla, apuntamos a que sea más ecológica, justa y confiable para quienes dependen de ella”, dice Page.

Chile: Pionero en el uso de energía limpia

Mientras los  países de todo el mundo se esfuerzan por gestionar la transición energética,  Chile emergió como pionero . El país estableció el ambicioso objetivo de que al año 2030 el 70% del total de su consumo de energía provenga de fuentes de energía renovable y lograr al año 2050 un sistema carbono neutral.

“Chile se encuentra en una posición ideal para dar el ejemplo a otras naciones sobre cómo se puede descarbonizar exitosamente”, dice Andy Ott, director de operaciones de Tapestry, quien colabora con los líderes chilenos en la creación de una estrategia de energía limpia desde que se desempeñaba como director general de PJM, el operador independiente de red de transmisión más grande de Estados Unidos. “La energía renovable es ampliamente apoyada por la población y los líderes políticos. Además, el país tiene acceso a abundantes recursos eólicos y solares”.

El desierto de Atacama, que se encuentra al norte de Chile, recibe una de las mayores radiaciones solares del mundo y el viento de la región de la Patagonia y del golfo de Arauco en el sur del país está entre los principales recursos eólicos del planeta. Sin embargo, a pesar de contar con estos recursos, el sistema eléctrico de Chile también enfrenta desafíos: durante los últimos años, una sequía histórica disminuyó la capacidad del país de generar energía hidroeléctrica. Además, el hecho que Chile tenga una geografía larga y angosta, hace que conectar los recursos eólicos y solares con los núcleos de población requiera  la construcción de  líneas de transmisión confiables y que su mantenimiento sea más costoso y demande más tiempo que en otras redes del mundo.

“Entre los desafíos que enfrentamos se encuentra la integración de nuestra geografía, que es diversa a lo largo de todo el país, con una red que abarca 3,100 kilómetros”, dice Roger Mellado, líder de planificación de red del Coordinador Eléctrico Nacional (CEN), la agencia responsable de operar el sistema de energía de Chile. “Cuando incorporamos recursos de energía renovable al sistema eléctrico, debemos asegurarnos de que funcionan de la manera más eficaz, económica y segura posible”.

La transición de energía es una transición tecnológica

La audaz visión de Chile y sus abundantes recursos ambientales lo convierten en un socio natural del equipo de Tapestry. Durante los últimos tres años, Tapestry ha colaborado con el CEN en el desarrollo de nuevos softwares para la planificación de  la red de transmisión y  para el apoyo de la operación del sistema para acelerar la transición hacia energías renovables.

“La transición de energía es, en muchos aspectos, una transición tecnológica”, afirma Diego Pardow, ministro de Energía de Chile. “Las herramientas de Tapestry nos permitirán pasar de una operación que se basa en pizarras a una basada en lo que sucede en realidad”.

Cuando el CEN comenzó a trabajar junto al equipo de Tapestry en 2021, se vio claramente que compartían los mismos valores. El ingeniero de planificación  de red, Roger Mellado, se interesó en el funcionamiento del sistema eléctrico desde su niñez, la cual transcurrió en Santiago. “La energía eléctrica siempre estuvo vinculada con la calidad de vida”, afirma.

Con una administración y planificación estratégicas, la energía solar tiene el potencial de abastecer  la mayor parte de Chile. Roger sabe de primera mano lo fundamental que es el proceso de planificación permitir la integración de las energía renovables en la red. Sin la capacidadde identificar una amplia variedad de escenarios y planificar el uso de recursos alternativos cuando el viento no sopla o el sol no brilla, facilitar una transición confiable y resiliente hacia la energía limpia sería un desafío muy grande.

“Debemos examinar el rendimiento y el comportamiento de cada recurso disponible en todo el país, incorporarlo a un modelo y proponer la infraestructura de transmisión necesaria con debida antelación”, explica Roger. “Necesitamos la ayuda de Tapestry para acelerar ese proceso”.

La experiencia de Roger y del equipo del CEN son comparablemente similares, por lo que Tapestry puede crear tecnología para sus necesidades específicas. Para diseñar la herramienta de planificación de la red, el equipo de Tapestry aprovechó la amplia experiencia del CEN en operaciones de redes y administración de recursos renovables.

“Si bien muchos de los miembros del equipo de Tapestry tienen una gran experiencia y mucho conocimiento gracias a los años dedicados al sector de la energía, el tipo de relación como la que tenemos con el CEN es fundamental para crear nuestro proyecto innovador”, dice Aviva Shwaid, directora de asociaciones de Tapestry. “Cada jurisdicción tiene sus propias reglas y leyes, y nuestros colaboradores nos ayudan a comprender los matices de lo que funcionará y lo que no en su región específica”.

Planificación de redes para una nueva era

La planificación de la red es un proceso fundamental para garantizar la confiabilidad a medida que el sistema de electricidad evoluciona. Los planificadores tienen la tarea de mirar hacia el futuro, a veces incluso décadas, para asegurarse de que la red pueda soportar la demanda energética del futuro. Para ello, utilizan una variedad de herramientas que les permiten llevar a cabo cientos de simulaciones que modelan diferentes escenarios futuros. Luego, las simulaciones son analizadas por  ingenieros experimentados, quienes manualmente o utilizando complicadas herramientas especiales buscan manualmente en tablas y gráficos,  información muy técnica para comprender los posibles problemas y desarrollar soluciones. Antes de tomar decisiones importantes en la infraestructura de energía, como sacar de servicio una planta de carbón, los ingenieros de planificación deben asegurarse de que la red pueda operar de manera segura y confiable con utilizando fuentes de energía renovable.

Si bien elproceso actual ha sido suficiente para planificar un sistema basado en  generadores centralizados de gran escala, que se pueden encender o apagar según sea necesario, el reemplazo de estos con docenas de recursos eólicos y solares de menor escala y cuya producción de energía es altamente variables, es exponencialmente más complejo. Debido a que este proceso requiere mucho trabajo y demanda demasiado tiempo, sumado al hecho de que los servidores del CEN sólo pueden ejecutar 1 simulación a la vez, los ingenieros deben priorizar los escenarios que consideran más importantes, lo que limita la posibilidad de considerar posibles casos extremos (y la profundidad del análisis).

La herramienta de planificación de red de Tapestry tiene como objetivo mejorar este proceso haciendo que la experiencia de planificación sea más rápida, inteligente y fácil. El equipo está creando tecnología que permita la simulación de la operación de la red a largo plazo (hasta 20 años) y a gran escala, con datos altamente detallados y una modelación  confiable de la interconexión  de recursos renovables.

“Estamos creando una herramienta colaborativa que permite a los planificadores crear diferentes escenarios futuros utilizando hipótesis sobre dónde habrá mayor consumo de energía y dónde estarán los generadores de energía renovable”, explica Prune Chabert, gerente de producto de Tapestry. “Entonces, será posible analizar los resultados e identificar la mejor solución para  potenciales problemas de confiabilidad”.

La herramienta de planificación de red de Tapestry une técnicas de machine learning y de análisis avanzado para predecir escenarios futuros de operación de forma más precisa y con mayor resolución temporal, lo que permite tomar decisiones de manera más rápida y con confianza sobre cómo habilitar el sistema para la conexión de recursos de energía limpia. Entre otras funciones, permite preguntarnos “¿qué pasaría si?” respecto a escenarios con condiciones climáticas extremas. Por ejemplo, ¿qué pasaría si hubiera un día con poco viento durante una ola de calor, causando un pico de uso de energía? Con la herramienta de planificación de red de Tapestry, los planificadores pueden hacerse preguntas similares, sin restricciones de tiempo y evaluar métricas clave, como confiabilidad, costo y emisiones.

“Una vez que los planificadores comprendan todos los posibles problemas que pueden desprenderse de la conexión de un nuevo recurso de energía limpia, podrán evaluar proyectos para mitigar esos problemas”, continúa Prune. “Eso puede incluir crear una nueva línea de transmisión, un nuevo sistema de almacenamiento en baterías o bien otra tecnología para mejorar la red. Después de evaluar todas las opciones, pueden seleccionar informadamente cuál será la mejor solución en cuanto a costo, sustentabilidad y confiabilidad”.

Además de reducir la cantidad de tiempo que lleva ejecutar las simulaciones, la herramienta de planificación de red puede ejecutar un gran número de simulaciones en paralelo, lo que permite a los planificadores evaluar una amplia variedad de escenarios a un ritmo mucho más rápido. La visualización detallada del modelo y la función de recopilación automática de datos de la herramienta acelera el proceso, lo que permite al CEN migrar de un sistema basado en archivos a una base de datos centralizada, eliminando la necesidad de manipular datos manualmente, un proceso que puede resultar lento y es propenso a errores. El equipo también está creando funciones que permitirán a los planificadores simular los escenarios de largo plazo con resolución horaria para predecir y analizar mejor los efectos de la variabilidad de los recursos renovables, lo que permitirá tomar decisiones más precisas sobre la planificación de la transmisión y la generación. Con la herramienta, los planificadores podrán crear nuevos escenarios automáticamente y evaluar un conjunto integral de métricas clave, que incluyan el costo, la confiabilidad del sistema y las emisiones de carbono asociadas a cada escenario.

El CEN es el primer operador de sistema nacional en probar la herramienta de planificación de la red. Con el software de Tapestry, los planificadores del CEN redujeron la cantidad de tiempo que necesitaban para ejecutar simulaciones en un 86%. Ahora, pueden ejecutar 30 escenarios en simultáneo, en lugar de solo uno, lo que les ahorra una gran cantidad de horas que pueden dedicar a analizar datos y tomar decisiones. El equipo de Tapestry tiene como objetivo aumentar 100 veces la velocidad del proceso de planificación del CEN para fines de 2024.

La visualización detallada del modelo eléctrico y su comparación de datos automatizada en la plataforma de Tapestry, permiten a los planificadores obtener una vista unificada de los modelos de la red (lo cual nunca antes existió) que hace que el proceso de planificación sea más accesible para los miembros del equipo y permite una mayor colaboración entre departamentos. El formato colaborativo beneficiará a las partes interesadas más allá del CEN: en 2024, desarrolladores de energía renovable chilenos comenzarán a usar la herramienta de planificación de red para mejorar sus diseños y acortar el proceso de aprobación de proyectos al utilizar los mismos modelos e información actualizada de la red.

Para Roger y el equipo de planificación de red del CEN, Tapestry está reduciendo la cantidad de tiempo para simular y analizar cinco escenarios de una semana a un solo día. El CEN y Tapestry esperan que estas eficiencias de planificación aceleren una década la transición de Chile hacia la energía renovable.

“Las herramientas de Tapestry pueden reducir el tiempo que demanda cada etapa de nuestro proceso de planificación”, afirma Roger. “Con Tapestry, podemos analizar más alternativas, estudiar más posibilidades de generación de renovables y crecimiento de demanda, y tener información con un alcance mucho más amplio que lo que tenemos con las herramientas que actualmente utilizamos”..

Previsión de energía renovable

Uno de los datos clave que dieron inicio al proyecto Tapestry en X fue el potencial de la IA de ofrecer soluciones nuevas y radicales a los problemas cada vez más complejos que presenta nuestro sistema de electricidad que evoluciona a pasos agigantados.

Desde la planificación de la red a largo plazo hasta las operación en tiempo real del sistema eléctrico, la transición hacia la energía renovable requiere de pronósticos del clima precisos. Si bien los operadores de redes siempre han dependido de pronósticos para predecir factores el efecto en la demanda por el uso del aire acondicionado, la integración de recursos solares y eólicos a gran escala, que también dependen del clima, requiere una precisión todavía mayor.

Recientemente, Tapestry colaboró con el equipo de GraphCast de Google DeepMind para crear un modelo de pronóstico del viento que pudiera disponibilizar en  la solución de Tapestry para las operaciones de red del CEN. El moderno modelo global de GraphCast ofrece pronósticos del clima con 10 días de anticipación, con una precisión sin precedentes.

“Las aplicaciones con IA de Tapestry son un gran ejemplo de cómo se puede mejorar el estado del arte de la IA  para resolver problemas en dominios complejos, como las redes eléctricas. Gracias a nuestro trabajo con Google DeepMind y el CEN, pudimos adaptar el modelo original de GraphCast para los parques eólicos chilenos y volver a entrenarlo para que se concentre en variables clave, como la magnitud del viento específica de cada ubicación”. Ravi Jain, director de producto y tecnología de Tapestry.

El modelo colaborativo de Tapestry y GraphCast no solo se basa en datos que miden las estaciones meteorológicas, sino que también incluye un amplio subconjunto de variables atmosféricas para realizar mejores predicciones. Estas incluyen cinco variables de la superficie terrestre, entre las que se encuentran la temperatura  la velocidad y dirección del viento y la presión promedio a nivel del mar, además de seis variables atmosféricas, como la humedad específica y la temperatura. El pronóstico también se podría actualizar en tiempo real, a medida que la tecnología reconoce nuevos patrones de clima.

Para trabajar con los datos del CEN, los ingenieros de Tapestry han utilizado los mejores modelos de aprendizaje automático en su clase, incluidos Temporal Fusion Transformer (TFT) y Time-series Dense Encoder (TiDE) de Google, para mejorar el rendimiento del pronóstico de cargas en el conjunto de datos del NYISO, y se agregaron covariables, como la nubosidad y la radiación directa, para evaluar los cambios de rendimiento.

“Chile tiene características topográficas únicas, y desafíos asociados a la posibilidad de pronosticar el clima”, explica Praneet Dutta, ingeniero de investigación en Google DeepMind. “Experimentamos con modelos de GraphCast ajustandolos para este caso de uso, optimizando la magnitud del viento en esta región. Después de comparar su rendimiento de pronóstico con los datos históricos recientes de HRES, observamos mejoras prometedoras para pronosticar el viento a mediano plazo”.

Esta fue la primera integración de Tapestry de un pronóstico basado en IA en un proyecto de red del mundo real, y junto a Google DeepMind los equipos pudieron crear un modelo de pronóstico del clima diseñado para Chile, que es un 15% más preciso que el modelo High-Resolution Forecast (HRES) producido por el Centro Europeo de Previsiones Meteorológicas a mediano plazo , el sistema de excelencia de la industria para la simulación del clima.

“El trabajo está resultando ser muy prometedor. Sacar la IA del laboratorio e incorporarla a la sala de control de Chile es una oportunidad increíble para aplicar  IA a un problema real para el beneficio de la humanidad”, dice Page. “Nos entusiasma seguir trabajando con el equipo de Google DeepMind para encontrar más oportunidades de aplicar su increíble trabajo a la red”.

Un futuro brillante

Los planificadores y operadores de red encargados de lidiar con la complejidad de nuestro sistema eléctrico que evoluciona rápidamente se enfrentan a varios desafíos, pero el trabajo de Tapestry con el CEN demuestra cómo la IA y otras aplicaciones de software de vanguardia pueden brindarles las herramientas que necesitan para que el sistema funcione para las personas y para el planeta. Y este es solo el comienzo de todo lo que es posible.

“Para planear una red a futuro que esté descarbonizada, necesitamos mejorar los pronósticos para las fuentes de energía renovable variables”, dice Page. “Los operadores de redes, quienes se aseguran de que la red funcione de manera confiable en todo momento, suelen tener acceso a esta información, pero los planificadores también se beneficiarían con ella.

Incorporar pronósticos horarios a la planificación de la red, que se realiza con décadas de anticipación, permite a los planificadores y operadores trabajar en conjunto para encontrar las soluciones adecuadas al problema, confiables, asequibles y con bajas emisiones de carbono”.

El ministro Pardow afirma que el trabajo de Chile con Tapestry transformó su perspectiva sobre la posibilidad que tiene el país de adaptarse al cambio climático y de incorporar exitosamente recursos de energía renovable a su red. “Diría que Chile es uno de los pocos países del mundo donde la transición de energía representa más una oportunidad que un riesgo”, dice. “Con Tapestry, duplicamos nuestro optimismo”.

En caso de que el  esfuerzos de Chile para acelerar la descarbonizar su sistema eléctrico tenga éxito, los líderes de larga data de la industria de la energía , como Andy, creen que podría servir como ejemplo para que otras naciones hagan lo mismo.

“Si Chile alcanza su objetivo de retirar todas sus plantas de carbón y cambiar su matriz de energía a recursos renovables, tiene el potencial de servir como camino a seguir para el resto del mundo”, afirma. “Su logro mostrará lo que se puede hacer a nivel país cuando se trata de hacer la transición a la energía limpia”.

Sin embargo, el trabajo de Tapestry no se termina en Chile. El equipo espera que la tecnología desarrollada en colaboración con el CEN beneficie a planificadores y operadores de redes de todo el mundo. El equipo también está trabajando con socios de Estados Unidos, el Reino Unido, Sudáfrica y Australia para ayudar a optimizar la administración de sus sistemas eléctricos.

“El cambio climático es aterrador, pero es justamente eso lo que está haciendo que las personas actúen de otra manera”, dice Page. “Estos momentos de gran urgencia también son oportunidades para lograr cosas que pensábamos que eran imposibles”.

Notas sobre los datos: En este caso de éxito, “simulaciones en simultáneo 30 veces más rápido” hace referencia a pasar de hacer una simulación a la vez por servidor a 30 simulaciones en paralelo. “86% más de velocidad” hace referencia a pasar de necesitar 120 horas para hacer 10 simulaciones de optimización hidrotermales a necesitar 16 horas para hacer lo mismo (PLP se ejecuta con iniciación en frío).