Mejora de la producción de energía nucleoeléctrica gracias a la inteligencia artificial
La inteligencia artificial (IA) ofrece posibilidades prometedoras para el avance de la producción de energía nuclear. Estos sofisticados sistemas informáticos imitan la lógica humana a la hora de resolver problemas y tomar decisiones. Gracias a su capacidad para mejorar la eficiencia, la automatización, la seguridad y el mantenimiento predictivo, así como para optimizar los procesos, la IA ya avanza a pasos agigantados en algunas esferas del ámbito nuclear.
“Inteligencia artificial” es un término genérico que engloba distintas tecnologías desarrolladas a lo largo de varias décadas. Incluye desde programas informáticos sencillos, como filtros antispam, hasta conceptos más avanzados como el aprendizaje automático, en el que las computadoras aprenden a partir de experiencias pasadas mediante un entrenamiento exhaustivo con grandes cantidades de datos. La llegada de microchips de gran potencia permitió desarrollar el aprendizaje profundo, basado en redes neuronales artificiales inspiradas en el cerebro humano.
La IA generativa, un subcampo del aprendizaje profundo, ha captado la atención pública creando textos, imágenes y videos originales. Es muy versátil y se puede adaptar a muchas funciones o actividades diferentes.
“Es normal el entusiasmo que existe ante todo lo que pueden hacer los instrumentos generativos —reflexiona Jeremy Renshaw, quien dirige la innovación en materia de IA, cuántica y nuclear en el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica, conocido como EPRI—. Los modelos existentes ya son muy potentes y se está trabajando mucho para desarrollar instrumentos nuevos y mejores”.
La IA generativa puede ayudar con las tareas administrativas, pero, al igual que sucede en otras industrias, todavía no es posible utilizarla en centrales nucleares en funcionamiento debido a su carácter novedoso y su falta de transparencia, pues todavía no se conoce a ciencia cierta cómo funcionan y extraen conclusiones las redes artificiales.
Existen unos sistemas más transparentes llamados IA explicable que apuntan a un posible uso más amplio en las operaciones de las centrales nucleares. Se están logrando avances en ese tipo de IA, y el Sr. Renshaw confía en que, cuando se concreten, se podrá utilizar la IA en centrales nucleares en un futuro próximo.
Aplicaciones del aprendizaje automático
El aprendizaje automático se aplica desde hace algún tiempo en la industria nuclear y ha demostrado ser útil en diversas esferas. Los operadores emplean los algoritmos de aprendizaje automático para la monitorización en tiempo real y el mantenimiento predictivo. Los modelos de aprendizaje automático filtran una gran cantidad de datos de sensores, lo que permite a los analistas humanos centrar su atención en las posibles irregularidades en una fracción del total de los datos. “El personal de inspección solo tiene que evaluar los datos pertinentes. En vez de buscar ‘la aguja en el pajar’, eliminamos el pajar”, explica el Sr. Renshaw.
Esta tecnología no sustituye el análisis humano, pero permite obtener resultados más exactos con mayor rapidez, al tiempo que requiere una menor —aunque todavía indispensable— interacción humana. El aprendizaje automático ya se está aplicando para detectar grietas en tuberías y tanques de metal en las centrales nucleares. Gracias a la mayor precisión, así como a la reducción de costos y la optimización de la supervisión humana que trae consigo, el aprendizaje electrónico promete reportar grandes beneficios al sector nucleoeléctrico.
Las posibles aplicaciones de la IA en las centrales nucleares son inmensas. Esta podría, por ejemplo, aumentar la eficiencia y garantizar un suministro constante de electricidad ajustando la generación de electricidad sobre la base de datos en tiempo real, como la demanda de los consumidores, el tiempo meteorológico y el rendimiento de los equipos. Las tareas rutinarias podrían automatizarse mediante la robótica y sistemas de IA, lo que permitiría centrar la intervención humana en tareas de alto valor y mejorar la eficiencia de la central. También podría optimizar el consumo de combustible y maximizar la producción de energía de los reactores.
“La IA, junto con otras tecnologías, como los gemelos digitales, podría ser decisiva para potenciar la eficiencia de la producción nucleoeléctrica”, afirma Nelly Ngoy Kubelwa, ingeniera nuclear especializada en tecnología innovadora en el OIEA. Un gemelo digital es una representación digital de un objeto físico, una persona o un proceso, y puede simular situaciones reales y sus resultados.
Según explica la Sra. Ngoy Kubelwa, en la industria existe un gran interés en las soluciones de IA, pero antes de poder utilizar cualquier tecnología nueva en las centrales nucleares, los reguladores tienen que conocerla y entenderla a fondo para elaborar orientaciones y conceder licencias y permisos para su uso.
“Se está debatiendo mucho si la IA, y especialmente la IA generativa, es algo tan novedoso que necesitamos un enfoque totalmente nuevo para regularla o si podemos adaptar las normas vigentes —dice la Sra. Ngoy Kubelwa—. Para desplegar esta tecnología tenemos que elaborar marcos en colaboración con los reguladores”.
Desde 2021 el OIEA ha respaldado las posibles aplicaciones de la IA en las centrales nucleares, para lo cual elaboró un informe sobre la IA y posteriormente estableció grupos de trabajo en el marco de la Red Internacional sobre Innovación en Apoyo de las Centrales Nucleares en Funcionamiento (ISOP), que se centró en los aspectos técnicos y de reglamentación del despliegue de la IA. Una muestra más de este compromiso son las próximas publicaciones sobre las aplicaciones de la IA en la industria nuclear y sobre las implicaciones de seguridad de la IA en las centrales nucleares. El OIEA también encabeza un proyecto coordinado de investigación dedicado a estudiar cómo la IA y la tecnología innovadora pueden ayudar a agilizar el despliegue de los reactores modulares pequeños y está estudiando la opción de establecer centros colaboradores del OIEA centrados en la IA.
Para la Sra. Ngoy Kubelwa, esto no es una cuestión meramente técnica. “El uso de la IA y de otras tecnologías emergentes será una señal de que la industria nuclear está actualizada con los últimos avances —explica—. Es importante que actuemos proactivamente en esta esfera para captar el interés de la generación joven, que es fundamental para garantizar el futuro de la producción de energía nuclear” [1].
En la industria, el gemelo digital se refiere al mapeo de los modelos de activos físicos en una plataforma digital, donde se crea una réplica virtual de cualquier proceso u objeto físico.
El modelado en cuestión se crea utilizando información de cantidades masivas de datos de diseño, fabricación, inspección, reparación, sensores y operativos y se actualiza con datos de los activos constantemente.
La evolución de la industria hacia la 4.0 implica una transición hacia fuentes de energías eficientes y un sistema de gestión inteligente de éstas. Por eso los gemelos digitales son una pieza clave en industrias como la eléctrica, ya que permiten controlar todos los recursos energéticos distribuidos en la red y tienen el software adecuado para analizar y visualizar todos los datos.
El gemelo digital en sector energético
El gemelo digital permite una gestión más inteligente de los recursos energéticos del sector. Con esta tecnología, los operadores eléctricos manipulan las condiciones de los activos digitales para la planificación de escenarios sin interferir con la operación del activo físico.
Además, permite comprender y modelar el rendimiento de, por ejemplo, una planta energética al representar su estado, funcionamiento o posición, casi en tiempo real. Es por tanto muy beneficioso para las empresas de servicios públicos a la hora de planificar acciones de cara al futuro con una gran cantidad de recursos energéticos distribuidos, como paneles solares, en la red.
Beneficios para el sector energético
Los gemelos digitales (digital twins) se pueden utilizar para replicar las características físicas y operativas de una planta de generación de energía u otro activo de servicios públicos antes de la construcción y también para ayudar a mejorar las operaciones y el mantenimiento durante la vida útil de la instalación física.
Algunos de los objetivos clave del gemelo digital son el ahorro de costes, el aumento de los ingresos, la reducción de interrupciones, la mejora de las operaciones y la gestión de la dinámica del mercado. Profundizamos a continuación en los siguientes beneficios específicos para el sector eléctrico.
Ayuda a entender con precisión la demanda energética
Un gemelo digital comprende un “espacio real”, un “espacio virtual” y un enlace de flujo de datos” entre ellos que nos permite experimentar sin correr riesgos y realizar un análisis exhaustivo de la información.
Conectar y comprender la información que entra y sale de los procesos permite realizar simulaciones y escenarios del consumo energético con mucha precisión y adaptar la oferta de electricidad a éstos.
Análisis y reducción de costes de implantación
Con los gemelos digitales es posible gestionar de forma masiva procesos industriales muy complejos que requieren una arquitectura de integración estricta y automatización industrial para poder ser eficientes.
Son capaces de guiar a las empresas eléctricas y ayudarlas a tomar decisiones fundadas sobre cómo mejorar el tiempo de funcionamiento de los activos y la forma óptima de organizarlos para rentabilizar los procesos y ahorrar costes.
Toma de decisiones para el óptimo almacenamiento de la energía
Esta tecnología permite establecer una estrategia óptima de operación diaria u horaria en función de la previsión meteorológica o el precio de la electricidad, y predecir operaciones de mantenimiento cuando el nivel de eficiencia desciende por debajo de cierto valor.
Realiza estimaciones de la vida útil de los activos, detecta anomalías de comportamiento y calcula la eficiencia térmica para garantizar que las operaciones y los procesos de mantenimiento se optimicen en toda la planta de energía.
Gestión inteligente e integrada de la red
El gemelo digital es una nueva forma de gestión inteligente que hace que las redes estén infinitamente más orientadas a los datos, con perspectiva de futuro y con una visión global del entorno que las rodea, lo que las vuelve más sofisticadas y dinámicas.
Implementar un sistema de digital twins permitirá que las compañías pasen a aprovechar cerca del 99% de la disponibilidad de sus plantas eléctricas, aumentando su valor considerablemente.
La importancia de la interoperabilidad con otros sistemas
Un digital twin debe ir de la mano de las soluciones Big Data, Internet de las Cosas (IoT) e Inteligencia Artificial (IA). En este marco, se crea un entorno de objetos reales (equipados con sensores y software) y otras tecnologías con el objetivo de intercambiar datos a través de Internet, que luego pueden ser procesados por esta tecnología.
Pero una de las limitaciones de esta tecnología es que puede ser difícil de implementar, debido a la falta de software de código abierto y a los problemas de interoperabilidad. Plataformas como Nexus Integra utilizan tecnologías de código abierto para integrar diferentes tecnologías sin límites y abrirte las puertas a la implementación de gemelos digitales en tu empresa eléctrica.
Implementa tu gemelo digital con Nexus Integra
El gemelo digital puede evaluar y simular sistemas para mejorar su diseño y su rendimiento. De hecho, informes como ‘Beyond the hype of i4.0’ de KPMG, identifican claramente a esta tecnología como una herramienta clave para lograr la Industria 4.0.
Para conseguirlo una empresa debe comenzar por centralizar los activos que ya posee y colocarlos en una posición que puedan compartirse, y avanzar a partir de ahí. La ingesta y la estructuración de datos en tiempo real e histórico que ofrece la plataforma Nexus Integra permite implantar Gemelos Digitales fiables que facilitan el control, la simulación y la eficiencia en las tareas de mantenimiento y ampliaciones de las instalaciones [2].
[2]https://nexusintegra.io/es/gemelo-digital-sector-electrico/
