Gemelo digital: ejemplos innovadores que están redefiniendo el futuro de la energía

Paneles solares que dialogan con ingenieros, urbanistas que gestionan el tráfico a tres días vista o ciudades que simulan cómo responder ante una emergencia que aún no ha ocurrido. Nada de esto es ciencia ficción. Hoy en día, gracias a los gemelos digitales, cualquier elemento del mundo físico puede ser representado o modelado en formato digital. Estas réplicas de objetos físicos, sistemas y procesos están redefiniendo la forma en que interactuamos con el mundo que nos rodea. 

En este contexto, las posibilidades de simulación y análisis de datos que proporciona esta tecnología ofrece al sector energético una herramienta esencial para enfrentar los desafíos de la transición hacia un modelo energético más sostenible y eficaz. De hecho, en 2022, la Comisión Europea presentó el comunicado Digitalizar el sistema energético: plan de acción de la UE, en el que se enfatiza el potencial de los gemelos digitales para abordar retos como la intermitencia y variabilidad de la generación renovable, así como el equilibrio entre la oferta y la demanda. 

En este artículo, veremos qué es un gemelo digital, ejemplos de aplicación de esta tecnología y cómo está transformando el sector energético.

¿Qué es un gemelo digital y qué hace?

Un gemelo digital o digital twin es una réplica virtual de cualquier objeto o sistema físico, como una línea de producción, un sistema de redes eléctricas, una flota de camiones o el quirófano de un hospital. Se podría decir que son como un espejo que capta la información de lo físico y lo refleja con total exactitud en el mundo virtual.

De este modo, los gemelos virtuales se consideran modelos completos, exactos y precisos, ya que replican de forma integral cualquier sistema en términos visuales, estructurales, funcionales y operativos. Para lograr una duplicación perfecta y sincronizada entre lo físico y lo digital, cada gemelo se alimenta con datos recogidos en tiempo real del entorno del elemento físico replicado.

¿Qué tipos de gemelos digitales hay?

Existen varios tipos de gemelos digitales, y la principal distinción entre ellos radica en el campo de aplicación. A continuación, te presentamos las tipologías más comunes:

• Gemelos digitales de unidades: representan componentes individuales de un sistema o producto e incorporan datos detallados sobre sus estructuras, funcionamiento y rendimiento. Por ejemplo, estos gemelos se podrían utilizar para predecir cómo impactaría el envejecimiento de un transformador en la fiabilidad del componente a lo largo del tiempo.
• Gemelos digitales de activos: replican activos físicos, como maquinarias, vehículos, plantas de energía, subestaciones, etc. Entre otras aplicaciones, se pueden emplear para ayudar a detectar anomalías en el funcionamiento de una turbina.
• Gemelos digitales de procesos: modelan cualquier tipo de proceso completo. Para ello, incluyen todas las etapas y actividades involucradas, desde el inicio hasta el final. Este tipo de gemelo digital es útil, por ejemplo, para simular el flujo de energía en una red eléctrica.
• Gemelos digitales de sistemas: modelan sistemas de gran envergadura y de diferentes tipos e incorporan tanto los componentes como los procesos y activos interconectados. Sirven, por ejemplo, para replicar una planta de fabricación, una red eléctrica o una cadena de suministro.

Gemelo digital: ejemplos y aplicaciones en el sector energético

En el ámbito energético, los gemelos digitales ofrecen soluciones innovadoras para enfrentar los desafíos relacionados con la eficiencia energética, la optimización de la red eléctrica, la integración de fuentes renovables y la gestión de la demanda. 

Áreas de impacto del gemelo digital en el sector energético

En el contexto de transformación energética actual, la aplicación de gemelos digitales tiene un impacto en diversas áreas:

• Observabilidad y controlabilidad. Esta tecnología permite mejorar la capacidad de monitorización y gestión en tiempo real de la red eléctrica. Además, proporciona una herramienta de control de equipos y componentes críticos, como generadores eólicos, paneles solares y transformadores. De esta forma, se puede llevar a cabo un mantenimiento predictivo, lo que reduce el riesgo de paradas no planificadas y aumenta la fiabilidad de las instalaciones.
• Planificación eficiente de la infraestructura y la red. Gracias al gemelo digital, se optimiza la planificación y el diseño de infraestructuras eléctricas, como parques eólicos , plantas solares y redes de distribución de energía. Esta planificación garantiza que la expansión de la red sea más eficiente y segura. Asimismo, se pueden evaluar las diferentes configuraciones y ubicaciones de las infraestructuras, lo que permite tener una idea más clara de la rentabilidad de los proyectos.
• Operaciones y simulaciones para una red más resiliente. Fortalece la capacidad de la red eléctrica para resistir y recuperarse de eventos adversos, como fallos en el suministro o desastres naturales. Estas simulaciones no solo preparan para situaciones de emergencia, sino que, además, aportan datos relevantes para tomar decisiones informadas sobre la gestión de la oferta y la demanda.
• Gestión y previsión activa del sistema para apoyar la flexibilidad y la respuesta a la demanda. El objetivo es mejorar la gestión y previsión del sistema eléctrico para facilitar una respuesta más ágil a las fluctuaciones de demanda y oferta. Para ello, es necesario el desarrollo de algoritmos y herramientas de análisis predictivo que permitan anticipar y gestionar de manera eficiente los cambios.
• Intercambio de datos entre gestores de redes de transporte (GRT) y a los gestores de redes de distribución (GRD). Para conseguir operaciones más integradas y garantizar un suministro de energía seguro, se emplea el gemelo digital para coordinar el intercambio de datos entre los diferentes agentes implicados. 

Ejemplos de gemelos digitales en el sector energético

En el sector energético, los gemelos digitales se despliegan en una variedad de formatos para abordar diversas necesidades y desafíos. A continuación, exploramos los diferentes tipos de gemelos digitales que podemos encontrar en este sector:

• Gemelos de plantas de generación: simulan la operación de plantas de energía, incluidas las centrales eléctricas convencionales, las plantas de energía renovable y las redes eléctricas inteligentes. De esta manera, los operadores de las plantas pueden prever diferentes condiciones operativas, optimizar el rendimiento de los equipos y prevenir fallos potenciales. Además, facilitan la planificación de mantenimiento predictivo y la integración de energías renovables en la red eléctrica.
• Gemelos de redes eléctricas: estos modelos replican el comportamiento y la operación de las redes de distribución y transmisión de energía eléctrica. Al simular diferentes escenarios operativos, como cambios en la demanda de energía, fluctuaciones en la generación renovable o eventos climáticos extremos, es posible garantizar una mayor fiabilidad del suministro eléctrico. 
• Gemelos de edificios y su comportamiento energético: representan el comportamiento energético de un edificio en función de su diseño, materiales de construcción, sistemas de climatización y otros factores. Gracias a estos modelos, se pueden probar estrategias de eficiencia energética, como la optimización de la climatización, el uso de sistemas de iluminación eficientes o la instalación de paneles solares. 
• Gemelos de activos: estos gemelos digitales reflejan el comportamiento y el rendimiento de activos energéticos, como baterías de almacenamiento, vehículos eléctricos o sistemas de gestión de energía. Estas simulaciones ofrecen posibilidades de reducción de costes y optimización de recursos energéticos. Por ejemplo, los conductores de vehículos eléctricos podrían planificar rutas de conducción eficientes, así como determinar la mejor estrategia de carga y descarga para maximizar la vida útil de la batería.
• Gemelos de mercados energéticos: estos gemelos digitales reproducen el comportamiento y la dinámica de los mercados energéticos, incluyendo la oferta y demanda de energía, los precios, las regulaciones y las políticas, para ayudar a los actores del mercado a tomar decisiones informadas y estratégicas.

En la actualidad, ya se están integrando estos tipos de gemelos en el sector energético. Por ejemplo, la empresa noruega DNV ha desarrollado WindGEMINI, que monitorea la integridad estructural y predice la vida útil restante de las turbinas eólicas y de sus componentes.

Además, la Unión Europea ha impulsado la creación de un gemelo digital de la red eléctrica europea: TwinEU. El propósito del proyecto es potenciar la eficiencia y la inteligencia de la red, lo que contribuirá a la mejora del sistema energético en su conjunto. Para llevar a cabo esta nueva iniciativa, se han desarrollado un conjunto de herramientas que se aplican en ocho pruebas piloto en once países de la Unión Europea. El objetivo de este procedimiento es garantizar la replicabilidad de las soluciones en diferentes mercados y entornos geográficos.

Desde Cuerva, participamos en este proyecto, donde aportamos nuestra experiencia como Operador del Sistema de Distribución (DSO), colaborando con los socios para definir los requisitos del gemelo digital, evaluando tecnologías digitales, estableciendo casos de uso sólidos y actuando como demostrador para facilitar la planificación de la red y mejorar la resiliencia, con el objetivo de detectar y abordar de manera efectiva las limitaciones técnicas.

Gemelo digital: ejemplos de aplicaciones en otros sectores

Los gemelos digitales no solo están presentes en el sector eléctrico, sino que se pueden implementar en cualquier ámbito que uno se pueda imaginar, ya que ofrecen soluciones versátiles y eficaces para resolver diversos desafíos. A continuación, analizamos algunas aplicaciones del gemelo digital, ejemplos de empresas que los han implementado y sectores que se han beneficiado de esta tecnología.

Aplicaciones en el sector sanitario

Científicos, investigadores y médicos están utilizando gemelos digitales para revolucionar la forma en que se abordan los desafíos en el campo de la salud . Por ejemplo, esta tecnología permite:

• Simular tratamientos médicos y procedimientos quirúrgicos, ya que se puede analizar el impacto de diferentes enfoques en pacientes virtuales. 
• Prever la demanda de servicios de salud para optimizar la distribución de recursos y capacidades hospitalarias.
• Diseñar y simular nuevos protocolos de atención en situaciones de emergencia.

La empresa Siemens Healthineers utiliza gemelos digitales, inteligencia artificial y otras tecnologías innovadoras para realizar diagnósticos más precisos , gracias a la simulación de órganos. Alberto Martínez, director general de Siemens Healthineers en España, señala que el gemelo digital “es un avatar que recoge el estado de salud actual de uno mismo a día de hoy, y con el que podríamos simular, por ejemplo, qué le ocurriría a nuestro corazón antes de someterse a una intervención quirúrgica.”

Aplicaciones en el sector logístico

Los gemelos digitales ofrecen a las empresas una visión en tiempo real de toda la cadena de suministro, lo que permite transformar las operaciones logísticas. Entre las diferentes aplicaciones, destacan:

• Simular diferentes escenarios logísticos, como cambios en la demanda, interrupciones en la cadena de suministro o condiciones climáticas adversas.
• Analizar rutas de transporte para encontrar la más eficiente en términos de tiempo, costes y recursos utilizados.
• Modelar el flujo de productos a lo largo de la cadena de suministro para poder optimizar los niveles de inventario y la identificación de cuellos de botella.

Por ejemplo, la empresa logística Mecalux diseñó un gemelo digital para uno de los almacenes del Grupo Rossignol, en Francia. El objetivo era poner a prueba y verificar la resistencia sísmica de las estanterías. Para ello, alimentó al gemelo con datos sobre el diseño del almacén, las cargas dinámicas y el sistema de almacenaje.

Aplicaciones en el sector industrial

Los gemelos digitales emergen como una herramienta revolucionaria que ofrece una visión profunda y detallada de los procesos industriales y que permite:

• Representar y optimizar procesos industriales, como la fabricación de productos o el tratamiento de materiales, antes de implementarlos en el mundo real. 
• Diseñar plantas industriales completas, desde la disposición de equipos y maquinaria hasta la planificación de la infraestructura, la logística interna y el control sobre el mantenimiento eléctrico industrial.

Un ejemplo de gemelo digital en este sector lo encontramos de la mano de General Electric, que ha desarrollado gemelos digitales industriales de motores a reacción, turbinas de gas, bombas, compresores, enfriadores, entre otros.

¿Qué beneficios aporta el gemelo digital?

Ahora que hemos analizado qué es un gemelo digital, ejemplos reales y posibles aplicaciones en diferentes sectores, es el momento de explorar los beneficios que aporta esta tecnología:

• Monitorización en tiempo real: los gemelos digitales facilitan la monitorización y el control sobre las operaciones de manera remota. Gracias a esta funcionalidad, los gerentes y operarios pueden detectar problemas de forma temprana, tomar decisiones con mayor rapidez e implementar las acciones correctivas necesarias. De esta forma, se garantiza la fiabilidad y la estabilidad de las líneas de producción, de las flotas de transporte, del suministro de energía y de otros aspectos relevantes de los procesos productivos.
• Mantenimiento predictivo: los gemelos digitales de activos sirven para detectar de forma temprana posibles fallos o problemas de rendimiento, lo que facilita la planificación del mantenimiento predictivo. Esta capacidad de anticipación reduce el tiempo de inactividad no planificado y aumenta la disponibilidad y confiabilidad de los activos.
• Mejora de la eficiencia operativa: los gemelos digitales ayudan a identificar áreas de ineficiencia y oportunidades de mejora. Esto puede incluir la mejora de los flujos de trabajo en cadenas productivas, la disminución de tiempos de espera en logística, la optimización de los ciclos de operación de plantas de energía, la reducción de pérdidas en la transmisión y distribución de energía, entre otros.
• Optimización de recursos: los gemelos digitales permiten identificar las configuraciones más eficientes para la asignación de recursos, ya sean financieros, humanos, materiales o técnicos. Por ejemplo, recursos en cuanto a combustibles, capacidad de producción, capacidad de la red eléctrica, etc. 

Gracias a ello, se optimizan los recursos disponibles, lo que maximiza la rentabilidad y reduce los costes operativos.

• Innovación y desarrollo de productos: al crear gemelos digitales de productos, las empresas pueden realizar pruebas de diseño, análisis de rendimiento y simulaciones de uso antes de producir el producto físico. Esto acelera el proceso de desarrollo, reduce los costes de prototipado y mejora la calidad del producto final.
• Formación y entrenamiento del personal: los gemelos digitales proporcionan un entorno seguro y controlado para capacitar y entrenar al personal en nuevas habilidades, procedimientos operativos y situaciones de trabajo. Los simuladores basados en esta tecnología pueden reproducir con precisión escenarios operativos reales, lo cual ofrece a los trabajadores la oportunidad de adquirir experiencia práctica sin arriesgar su seguridad ni interrumpir las operaciones.

¿Cómo se construye un gemelo digital? Ejemplos para ponerlo en práctica

La evolución y convergencia de tecnologías de recopilación de datos y de simulación han sido fundamentales para el desarrollo de los gemelos digitales. En la actualidad, la construcción e implementación de esta tecnología se lleva a cabo mediante las siguientes etapas :

1. Definición de objetivos y del alcance: se establecen los problemas específicos que se pretenden abordar o resolver con el gemelo digital. Además, se identifican los desafíos y se determina con exactitud el proceso real que se desea replicar. Es importante también tener en cuenta cuáles son los resultados esperados y las métricas de rendimiento que se utilizarán para evaluar su éxito.
2. Recolección de datos: implica la recopilación de los datos necesarios para alimentar el modelo digital, con el fin de garantizar su precisión y relevancia. Estos datos suelen provenir de fuentes como sensores IIoT, bases de datos, registros históricos y sistemas empresariales. Por lo general, la información obtenida se procesa con herramientas de inteligencia artificial y big data.
3. Construcción del modelo digital: en esta etapa, se crea el modelo digital que representa con fidelidad el elemento objetivo. Este proceso implica desarrollar algoritmos de machine learning, modelos matemáticos y modelados gráficos que reflejen el comportamiento y la interacción de los componentes del elemento en cuestión.
4. Integración y sincronización de datos: se integran los datos recopilados en el modelo digital para garantizar su coherencia y sincronicidad. Este paso puede requerir la normalización de datos, la identificación de inconsistencias y la sincronización de datos en tiempo real para mantener el gemelo digital actualizado. Se trata de un paso crucial para lograr el óptimo funcionamiento del gemelo digital y poder aprovechar al máximo las posibilidades que ofrece. 
5. Análisis y simulación: una vez que el modelo digital se ha completado y los datos se han registrado, se lleva a cabo análisis y simulaciones para evaluar el rendimiento del sistema en diferentes condiciones y escenarios. Por ejemplo, se puede hacer un análisis comparativo entre los datos obtenidos del gemelo digital y los datos reales del sistema replicado.
6. Iteración y mejora continua: a medida que se obtienen resultados de las simulaciones y de los análisis, se pueden realizar ajustes y mejoras en el modelo digital para reflejar con mayor precisión la realidad. Por ejemplo, si se detecta una discrepancia en la simulación de cargas de una red eléctrica, se pueden ajustar los algoritmos de predicción e incorporar datos meteorológicos en tiempo real para mejorarlo. Este proceso se repite hasta lograr una correlación exacta con los datos reales.
7. Integración con sistemas de toma de decisiones: una vez que se ha implementado esta tecnología, se puede integrar con los sistemas de toma de decisiones de la empresa, lo cual implica utilizar los datos y análisis generados por el modelo para informar y respaldar las decisiones operativas y estratégicas.

Los gemelos digitales tienen la capacidad para impulsar la innovación, mejorar la eficiencia operativa, reducir los costes, optimizar la toma de decisiones, mejorar la experiencia del cliente y gestionar de manera más inteligente los recursos energéticos . Por esta razón, en el futuro, se espera que la adopción del gemelo digital se generalice aún más, sobre todo a medida que las empresas busquen formas de aprovechar la digitalización para mantenerse competitivas en un mercado cada vez más dinámico, ya que este ofrece soluciones más eficientes y adaptativas a las demandas cambiantes del mercado y del entorno.

En Cuerva, estamos decididos a liderar el camino hacia un futuro en el que la innovación transformará la generación, la distribución, la comercialización y el consumo de energía. 

En este sentido, en el proceso de digitalización de nuestras redes de distribución, hemos desarrollado gemelos digitales para nuestras redes de media y alta tensión, así como para numerosas redes de baja tensión de las cuatro distribuidoras que administramos: Distribuidora Eléctrica Bermejales, Eléctrica Guadalfeo, Hidroeléctrica San Buenaventura, Eléctrica San Gregorio. 

En este proceso, hemos contado con la tecnología sencilla e intuitiva de Adaion para la creación de los gemelos digitales. Además, el apoyo de Gridfy ha jugado un papel clave, ya que ha sido nuestro aliado en la integración de esta tecnología innovadora. Su colaboración ha sido esencial en la depuración de inconsistencias, el mapeo de los sensores desplegados y los activos físicos de la red.

Además, participamos en proyectos de I+D centrados en el desarrollo de gemelos digitales para redes eléctricas, con el objetivo de garantizar la transición hacia un sistema eléctrico que cumpla con las 4D : descentralizado, descarbonizado, democratizado y digitalizado. 

En este sentido, por ejemplo, nuestros expertos aportan su trayectoria y bagaje en I+D en el proyecto nacional DT4Flex, cuyo objetivo es desarrollar un gemelo digital de la red de Baja Tensión para gestionar la flexibilidad eléctrica y resolver problemas derivados de la electrificación masiva del sistema eléctrico. Para garantizar el éxito del proyecto, damos apoyo en la integración de soluciones de flexibilidad en la red de Cuerva, proporcionamos los datos necesarios y desarrollamos algoritmos de predicciones de consumo y generación de los usuarios conectados a la red donde se implementará esta solución.

Por otro lado, ayudamos a empresas e industrias a contar con modelos eléctricos y energéticos digitales a través de diferentes servicios entre los que destacan la instalación de sensores, dispositivos de control y monitorización, y sistemas de análisis de datos, que les permiten conocer en tiempo real su consumo energético y detectar oportunidades de mejora. Gracias a esto, pueden identificar patrones de consumo, detectar fugas de energía y ajustar el uso de los equipos en función de la demanda real, lo que se traduce en una mayor eficiencia energética y una reducción de los costes .

Y tú, ¿estás preparado para el futuro de la energía? En Cuerva entendemos que cada empresa tiene necesidades energéticas específicas. Por ello, buscamos soluciones personalizadas para cada cliente que contribuyan a optimizar su rendimiento energético de manera efectiva. Si quieres mejorar la eficiencia energética y avanzar hacia una operativa diaria más sostenible y rentable, ponte en contacto con nosotros para hacerlo realidad .