Alberto Muñoz

El futuro uso eficiente de la energía depende de la ingeniería de control

Independientemente del origen de su generación, la energía debe transmitirse a largas distancias y a lo largo de interconexiones complejas.

R. Kalman dijo “La física busca modelar la naturaleza, la ingeniería de control busca modificarla”. Con esta frase el Dr. Romeo Ortega (profesor del ITAM (https://research.com/u/romeo-ortega) nos acerca de manera contundente a las expectativas más exquisitas que uno puede tener de la aplicación de la ingeniería. Hace unos días tuvimos la oportunidad en el Tec de Monterrey de escuchar al Prof. Ortega y su colaborador Johannes Schiffer del Brandenburg University of Technology en el marco del curso Energy-Based Control Design to Face the Challenges of Future Power Systems (accesible aquí http://www.eeci-igsc.eu/).

La generación de energía se ha venido diversificando de manera constante, en paralelo con el crecimiento vertiginoso de la oferta y de la demanda acorde al crecimiento poblacional como al uso cada vez más exigente de la sociedad y la industria. Independientemente del origen de su generación, la energía debe transmitirse a largas distancias y a lo largo de interconexiones complejas, cuya instrumentación se ha vuelto un arte cada vez más sofisticado.

Dentro de los compromisos más exigentes de los Objetivos de Desarrollo Sostenible de ONU están justamente asuntos de energía (7), crecimiento (8), industria (9), ciudades sostenibles (11), clima (13) y uno de los grandes retos está justamente en poder aprovechar al máximo la infraestructura existente y evitar al máximo el desperdicio, así como retos históricos para minimizar los riesgos de su generación y transmisión.

En ciertas regiones del planeta se han acordado compromisos y metas para reducir el uso de energías fósiles e incorporar fuentes de energías alternativas, lo que implica retos tecnológicos considerables, como el aprovechamiento de dicha infraestructura para mantener y mejorar el desempeño de su distribución y utilización.

Los principios matemáticos que nos permiten escribir las ecuaciones que representan dichos procesos pueden plantear diversos escenarios. Aquellos que son interconectados por elementos electrónicos y computadoras a donde llegan datos que representan las energías involucradas que se generan o sobre los requerimientos específicos de potencia demandados por zonas habitacionales o industrias.

Asimismo, esas computadoras contienen los algoritmos que permiten a los expertos tomar las decisiones adecuadas ante escenarios de emergencias, como puede ser un corte de electricidad en alguna línea de transmisión, o un corte en el abastecimiento de gas natural, o una sobregeneración de energía de estaciones eólicas o solares, así como una posible situación crítica en una fuente de energía nuclear.

Los algoritmos que se ejecutan en dichas computadoras contienen ecuaciones numéricas que son discretizaciones de soluciones matemáticas a las estrategias de control automático diseñadas para compensar dichas posibles variaciones y mantener el abastecimiento de forma regular y sin sobrecargas importantes que impliquen riesgos en las entidades de requerimientos energéticos.

Avances recientes desarrollados por los expertos en control automático liderados por el Dr. Romeo Ortega han permitido justamente abordar una gran familia de problemas, incluidos aquellos de generación y distribución de energía integrando una visión sistemática diferente a partir de una concepción radicalmente nueva que considera justamente esa naturaleza de interconexión entre los componentes.

El caso de las aplicaciones en energía son particularmente interesantes puesto que la concepción propuesta es justamente la de abordar los problemas ya no como un un sistema tradicional de procesamiento de señales, sino justamente como procesador de energía controlando la interconexión entre los componentes, lo que en tiempos recientes ha atraído la atención en la búsqueda de la optimización de sistemas interconectados o grids.

Esta reciente concepción para abordar dichos problemas complejos es bastante prometedora para la futura incursión en varios sistemas de ingeniería, las finanzas, la salud, sustentabilidad y todo otro tipo de sistema que implique la integración sistemática de componentes de naturaleza diversa y de los cuales se puedan concretar la consideración de la estabilidad de los equilibrios naturales acorde a la existencia de funciones que representan la energía propia de los sistemas.

Es cierto que hace 50 años aún con la tecnología los resultados teóricos de control automático no eran tan aplicables a las computadoras de la época (salvo brillantes implementaciones, por ejemplo, el Filtro del mismo Kalman) pero hoy en día las capacidades computacionales nos permiten considerar análisis y resultados cada vez más complejos. La teoría y la práctica son cada vez más prometedoras. Por eso necesitamos seguir impulsando el desarrollo de la ciencia básica en la conjunción de las matemáticas, la física y las ciencias computacionales.

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