Las aguas de la innovación: cómo la IA redefine la energía hidroeléctrica en Europa
El sector hidroeléctrico es un motor clave de la transición energética en Europa. Así, en el año 2022, las energías renovables representaron el 41,2% del consumo total de electricidad en Europa y la hidroeléctrica supuso un 29,9% del total de generación renovable.
A medida que más fuentes de energía se integran en el panorama energético europeo, más esencial es el papel que desempeña la energía hidroeléctrica debido a su flexibilidad. Mientras que la generación con otras fuentes renovables como la solar o eólica está supeditada a condiciones climáticas variables que no se pueden controlar, sí es posible decidir en qué momentos se turbina el agua de un embalse o un río para generar energía. De esta forma, el sector hidroeléctrico ayuda a mantener la estabilidad en la red eléctrica al equilibrar la demanda y la generación.
Además de su contribución fundamental para reducir las emisiones de CO2, este tipo de energía presenta otras ventajas medioambientales y socio-económicas. Por un lado, regula el flujo de los ríos a través de sus presas, actuando frente amenazas de inundaciones y proporcionando abastecimiento de agua para consumo humano y el sector agrícola. Por otro lado, puede tener un impacto en el desarrollo de economías locales al generar empleo, fijando capital humano y creando atractivos turísticos.
Sin embargo, la energía hidroeléctrica, que emerge como una solución fundamental en la transición energética en Europa, no esta exenta de retos y riesgos:
En concreto uno de los mayores desafíos que presenta el sector en Europa es la alta antigüedad de las infraestructuras (edad media de 45 años, frente a los 30 de otras regiones como Asia-Pacífico o los 15 de China1), provocando ineficiencias en la producción de energía, aumentando las paradas por mantenimiento y los costes de producción debido a la necesidad de inversión y reparación.
Por otro lado, los eventos climáticos están dejando sentir sus efectos en todas las regiones del mundo. En el caso de Europa, muchas de sus áreas están sufriendo sequías más frecuentes, intensas y prolongadas. Durante la segunda mitad de 2022, esta situación se hizo evidente con una reducción notable en la producción de energía hidroeléctrica, especialmente notoria en el sur del continente, donde se registró una disminución en la producción cercana al 15%.
Esta situación hace que sea necesario abordar una gestión inteligente de los recursos hídricos e hidroeléctricos. Así, el proyecto iAMP-Hydro (intelligent Asset Management Platform for Hydropower) coordinado por el Trinity Collegue de Dublín, y en el que participa CARTIF, se erige como una respuesta innovadora a los desafíos que enfrenta el sector hidroeléctrico europeo.
En el marco del proyecto se va a desarrollar un paquete de soluciones digitales, basadas en inteligencia artificial, que serán validadas en cinco plantas hidroeléctricas distribuidas entre España y Grecia y que ayudarán en la toma de decisiones a los operadores de las centrales, atendiendo a factores medioambientales y socio-económicos.
El proyecto incluye una solución de mantenimiento predictivo, mediante el desarrollo de avanzados sensores capaces de monitorizar en tiempo real el estado de las turbinas y de las instalaciones. Estos dispositivos recopilarán datos que, mediante algoritmos de inteligencia artificial basados en aprendizaje profundo, permitirán prever posibles fallos de funcionamiento antes de que ocurran. Esto no solo reducirá significativamente los costes de mantenimiento hasta un 10%, sino que también posibilitará la realización de paradas programadas de manera óptima, ajustadas a las condiciones del mercado y a las necesidades socioeconómicas.
Por otro lado, un conjunto de sensores especializados se encargará de monitorizar diversos parámetros de biodiversidad, asegurando que la operación de las plantas se realice con el mínimo impacto ambiental posible.
Por último, CARTIF está liderando el uso de técnicas de inteligencia artificial y redes neuronales para crear modelos predictivos del caudal. Estos modelos están siendo diseñados para analizar patrones en datos históricos, incluido el clima, y serán capaces de anticipar la energía potencial que una planta hidroeléctrica puede generar durante los próximos siete días. Esta anticipación permitirá una operación hasta un 23% más eficiente de la planta, asegurando al mismo tiempo la disponibilidad de agua y reduciendo al mínimo el desperdicio de este recurso. En situaciones de sequía extrema, como las acontecidas en el sur de Europa, se están implementando modelos predictivos para evaluar la capacidad de recuperación de las reservas hidroeléctricas a corto y medio plazo, considerando diversos escenarios climáticos y demandas de riego. Estos modelos proporcionarán a los operadores una visión clara de la evolución de la planta a medio plazo y les permitirá optimizar la selección de turbinas más adecuadas para el punto de operación de cada escenario.
Los investigadores que trabajan en el proyecto pronostican que iAMP-Hydro mejorará la sostenibilidad ambiental y socioeconómica de la actual flota hidroeléctrica al reducir los costos operativos en 1000M€, al disminuir las emisiones de CO2 en 1.260 toneladas, al crear 10.000 empleos futuros y al permitir la regulación de flujos ambientalmente sostenibles mediante soluciones digitales. Las estimaciones actuales muestran que la digitalización de los 1.225 GW hidroeléctricos existentes en el mundo podría aumentar la producción anual en 42 TWh, lo que equivale a $5000M en ahorros operativos anuales2.
1 IEA. Hydropower Special Market Report; International Energy Agency: Paris, France, 2021; p. 126.
2 Kougias, Ioannis & Aggidis, George & Avellan, François & Deniz, Sabri & Lundin, Urban & Moro, Alberto & Muntean, Sebastian & Novara, Daniele & Pérez-Díaz, Juan & Quaranta, Emanuele & Schild, Philippe & Theodossiou, Nicolaos. (2019). Analysis of emerging technologies in the hydropower sector. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 113. 10.1016/j.rser.2019.109257