El uso de IA en centrales hidroeléctricas está creando nuevos retos

Como mayor fuente de energía renovable del mundo, la hidroeléctrica desempeña un papel importante en la estabilización de la red. Mientras que la energía solar depende de que brille el sol y los aerogeneradores necesitan que sople el viento, las turbinas hidroeléctricas pueden encenderse o apagarse (casi siempre) a voluntad. La energía hidroeléctrica se utiliza mucho para almacenar energía eléctrica a gran escala, lo que se llama almacenamiento por bombeo, lo que significa que puede compensar la fluctuación de la energía eólica y solar en la red.

Su valor en la carrera hacia la energía neta cero está demostrado, pero el envejecimiento de las infraestructuras, los patrones meteorológicos impredecibles y los requisitos normativos en constante cambio son solo algunos de los retos a los que se enfrenta. La digitalización y las tecnologías emergentes, como la inteligencia artificial (IA), están ayudando a resolver algunos de estos problemas mediante la automatización de funciones, la recopilación y el análisis de datos valiosos y la programación óptima de la producción y el mantenimiento de la energía.

El auge de la IA en la energía hidroeléctrica

No cabe duda de que el uso de la IA en el sector energético va en aumento, y un estudio estima que podría suponer hasta 13.000 millones de dólares. En lo que respecta a la energía hidroeléctrica, la IA se muestra prometedora en dos de las tareas más importantes: la gestión y el mantenimiento del agua. Hasta ahora, la gestión de los recursos hídricos para satisfacer la demanda de energía se ha basado sobre todo en la combinación de patrones meteorológicos históricos, como las precipitaciones y el deshielo, con la previsión de los futuros. El mantenimiento suele realizarse por ciclos, lo que significa que las averías imprevistas o la ineficacia de los equipos ponen en peligro la producción regular de energía.

La digitalización está cambiando esta situación al transformar las centrales hidroeléctricas de reactivas en proactivas, capaces de anticiparse a cualquier problema antes de que llegue y optimizar las operaciones para mejorar la eficiencia, generando más energía a partir del agua disponible. Una central hidroeléctrica inteligente, por tanto, es aquella que utiliza innovaciones como la IA, la realidad virtual, el Internet de las Cosas (IoT) y el big data para mejorar el funcionamiento y la seguridad de la energía de la central. Utiliza dispositivos electrónicos inteligentes y equipos inteligentes para la automatización, el análisis, la toma de decisiones, el intercambio de información y la integración con otras aplicaciones inteligentes.

Las tecnologías inteligentes también pueden tener en cuenta los requisitos normativos en constante cambio y ayudar a minimizar su impacto medioambiental. Por ejemplo, cuando se trata de la disponibilidad de agua, la IA puede utilizar grandes cantidades de datos sobre patrones meteorológicos históricos y niveles de los embalses para hacer predicciones más precisas sobre el futuro flujo de agua, evitando así vertidos innecesarios. La información puede aplicarse para garantizar que el agua se distribuye por la central hidroeléctrica de la forma más eficiente desde el punto de vista energético.

La avanzada tecnología de sensores de las turbinas hidráulicas permite controlar su estado en tiempo real; estos datos pueden introducirse en algoritmos de inteligencia artificial para predecir averías con antelación y reducir así el riesgo de interrupciones. Los datos también pueden combinarse con información sobre los precios de mercado de la energía o las tarifas de alimentación para optimizar el calendario de mantenimiento y reducir así las posibles pérdidas.

Otra ventaja de la IA es que puede utilizarse para crear modelos de flujo predictivos capaces de estimar la cantidad de energía que puede generar una central hidroeléctrica, lo que permite una programación más eficiente de las turbinas y una planificación de la producción a largo plazo. Además, la IA en las centrales hidroeléctricas puede ayudar a mitigar los efectos potencialmente dañinos de los fenómenos meteorológicos extremos mejorando la gestión de los caudales de agua y evitando los desbordamientos.

Wolfgang Hofbauer, experto en la materia y coordinador de un grupo de trabajo de la CEI que elabora normas para turbinas hidroeléctricas, afirma que la IA puede ayudar de varias formas, como por ejemplo siendo capaz de identificar posibles amenazas para el suministro eléctrico. «Gracias a la capacidad de recopilar y analizar datos, los sistemas de IA pueden ayudar a identificar desviaciones en las cifras, como cambios de temperatura, lo que permite un mantenimiento predictivo y específico, en lugar de limitarse a reaccionar cuando algo se estropea. Es más, puede calcular la producción de energía en tiempo real y realizar simulaciones para determinar los mejores niveles de agua y parámetros para utilizar las turbinas de la forma más eficaz».

Sin embargo, el uso de la IA en la automatización de centrales hidroeléctricas aún no está muy extendido, afirma, porque el mercado actúa con cautela por temor a que las cosas salgan mal y se produzcan interrupciones en la red. La ciberseguridad también preocupa. «Las centrales hidroeléctricas pueden considerarse objetivos vulnerables en la infraestructura de un país y, por tanto, ser atractivas para los piratas informáticos», añade. «Por eso es importante reforzar la seguridad del hardware y los sistemas mediante cortafuegos u otras medidas avanzadas de ciberseguridad».

El auge de los ciberataques

La integración de dispositivos y sensores IoT aumenta la vulnerabilidad cibernética de las centrales hidroeléctricas simplemente porque hay más formas de atacar: cada dispositivo es una oportunidad más. Según la Agencia Internacional de la Energía (AIE), los ciberataques contra empresas de servicios públicos han aumentado rápidamente desde 2018 y se dispararon drásticamente en 2022 tras el despliegue de fuerzas de Rusia en el territorio de Ucrania.

Algunos ejemplos son el ciberataque contra Hydro-Québec, el proveedor estatal de electricidad de Quebec, en abril de 2023, cuya autoría reivindicó un grupo prorruso, y el ciberataque fallido contra la presa del Gran Renacimiento Etíope en mayo de 2022, que tuvo como objetivo 37 000 ordenadores interconectados utilizados por instituciones financieras del país. Las principales amenazas son las relacionadas con el ransomware, la obtención de acceso remoto, la infiltración en las cadenas de suministro, el phishing y el malware, que provocan pérdidas de información, productividad e ingresos.

Normas CEI para la ciberseguridad

Las normas internacionales ofrecen soluciones a muchos retos de ciberseguridad basadas en las mejores prácticas mundiales. Pueden ayudar a proporcionar un nivel de seguridad sólido y uniforme en los distintos componentes y dispositivos, así como a garantizar que los distintos dispositivos funcionen juntos de forma eficaz y segura.

Por ejemplo, la norma IEC 62443 orienta sobre cómo mantener ciberseguros los sistemas de automatización y control industrial y puede aplicarse a cualquier entorno industrial, incluidas las instalaciones de infraestructuras críticas, como las centrales eléctricas o nucleares, así como en los sectores de la sanidad y el transporte. ISO/IEC 27019, Seguridad de la información, ciberseguridad y protección de la privacidad – Controles de seguridad de la información para la industria de servicios públicos de energía, amplía los controles y medidas de seguridad de la información establecidos en ISO/IEC 27002 para satisfacer las necesidades específicas de los sistemas de control de procesos y la tecnología de automatización utilizados por las redes nacionales. Esto incluye aspectos como la tecnología de supervisión y automatización, los controladores digitales, las tareas de visualización de datos, la tecnología de comunicación como las redes y la tecnología de control remoto, los sistemas digitales de protección y seguridad y mucho más.

Reconociendo las necesidades específicas de las centrales hidroeléctricas, la norma IEC/IEEE 63198-2775, Directrices técnicas para centrales hidroeléctricas inteligentes, proporciona una arquitectura abierta con requisitos técnicos para cada parte con el fin de mejorar el funcionamiento seguro, fiable, eficiente y económico de las centrales hidroeléctricas, potenciando la interacción con la red inteligente. Incorpora directrices para redes de comunicación, sensores, equipos locales de supervisión y control, plataforma integrada de control y gestión (ICAMP), así como control y gestión inteligentes de centrales con instrumentación existente. El comité que la elaboró también está trabajando en una especificación técnica para orientar sobre la digitalización eficaz y eficiente de la operación y el mantenimiento en activos hidroeléctricos.

El programa de ciberseguridad industrial del IECEE, el Sistema IEC de Esquemas de Evaluación de la Conformidad para Equipos y Componentes Electrotécnicos, prueba y certifica la ciberseguridad en el sector de la automatización industrial. El Sistema de Evaluación de la Conformidad del IECEE incluye un programa que proporciona la certificación de las normas de la serie IEC 62443.

El uso de las Normas IEC y los procesos de evaluación de la conformidad que garantizan que se utilizan correctamente son, por tanto, herramientas importantes para ayudar a la industria hidroeléctrica a mantenerse al día con la demanda e incorporar las últimas tecnologías de forma segura y eficiente. Todo ello respalda su importante papel en un futuro con balance cero.

Clare Naden es redactora en la CEI, con más de 25 años de experiencia en periodismo y comunicación en Nueva Zelanda, Reino Unido, Australia y Suiza.

La Comisión Electrotécnica Internacional (CEI) es una organización mundial sin ánimo de lucro que agrupa a 174 países y coordina el trabajo de 30.000 expertos en todo el mundo. Las normas internacionales de la CEI y la evaluación de la conformidad sustentan el comercio internacional de productos eléctricos y electrónicos. Facilitan el acceso a la electricidad y verifican la seguridad, el rendimiento y la interoperabilidad de los dispositivos y sistemas eléctricos y electrónicos, incluyendo, por ejemplo, dispositivos de consumo como teléfonos móviles o frigoríficos, equipos médicos y de oficina, tecnología de la información, generación de electricidad y mucho más.

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