Como venimos comentando en este blog, a la hora de luchar contra el cambio climático y mejorar la sostenibilidad, la tecnología juega un papel fundamental. En este contexto, los gemelos digitales tienen cada vez más importancia en esta batalla.
Para entender su papel, primero conviene entender en qué consiste un gemelo digital. Podríamos definirlo como una réplica virtual de un activo, proceso o sistema físico que se actualiza con datos procedentes de sensores, dispositivos conectados y fuentes externas. Su mayor ventaja es que, gracias a esta especie de copia digital se puede monitorizar el estado de estos elementos, simular escenarios y anticipar el efecto que pueden tener diferentes decisiones antes de aplicarlas en el mundo real.
Para poder funcionar, los gemelos digitales combinan sensores IoT, datos históricos, inteligencia artificial y soluciones de simulación que reflejan el comportamiento de un activo o de un sistema físico. Gracias a esta capacidad de poder ensayar decisiones en un entorno virtual se reduce el riesgo de cometer errores costosos a la par que se mejora la eficiencia energética y se reducen las emisiones.
Para entenderlo de forma más simple, imaginemos una copia virtual de algo que existe en la vida real, como un panel solar o un edificio. La clave es que esta copia no es un simple dibujo en 3D; sino que está conectada en vivo a la instalación real mediante pequeños sensores. De esta forma, cualquier cambio, fallo o variación del mundo real se refleja al instante en la pantalla del ordenador y con ello se pueden probar soluciones, predecir averías antes de que ocurran y ver la forma de mejorar el funcionamiento de las instalaciones sin poner nada en riesgo.
Veamos a continuación algunos usos de cómo los gemelos digitales están transformando sectores clave de la sostenibilidad, desde la generación de energía renovable hasta la movilidad y la gestión urbana.
Parques eólicos y solares
La generación de energía eólica y solar presenta presenta varios retos. Entre los más importantes se encuentra la variabilidad del clima y la dispersión geográfica de los parques solares o eólicos. Un parque eólico que se encuentre en alta mar o una planta fotovoltaica abarcan extensiones enormes y están expuestos a condiciones meteorológicas extremas, lo que dificulta su mantenimiento presencial y encarece las operaciones.
Por su parte, en los parques eólicos, los gemelos digitales integran información meteorológica en tiempo real, datos de vibración en las palas de los molinos, temperatura o tensión en las estructuras. Gracias al procesamiento de estos datos, el gemelo identifica cuando puede haber microfisuras o se está produciendo un desgaste en los componentes mecánicos semanas antes de que se produzca una avería grave. De esta manera, las empresas pueden evitar paradas no planificadas, reducir desplazamientos innecesarios de los operarios y alargar la vida útil de los equipos.
La consecuencia directa es una notable mejora en la sostenibilidad y la eficiencia energética ya que, al haber menos paradas para mantenimiento, cada hora adicional de producción limpia sustituye a la energía generada con fuentes fósiles. Diferentes estudios señalan que los gemelos digitales pueden contribuir a extender la vida de los aerogeneradores hasta cinco años y a reducir el tiempo de inactividad hasta un 25%, lo que mejora tanto la rentabilidad como el aprovechamiento de los recursos ya instalados.
En lo que respecta a las plantas solares, los sensores miden la radiación, la acumulación de suciedad en los paneles o la temperatura de las celdas, entre otros aspectos. El gemelo digital evalúa cuándo el rendimiento del panel cae por debajo del umbral óptimo debido al polvo o a la suciedad acumulada. Con ello, la empresa que gestiona el parque solar puede programar limpiezas de forma automatizada sólo cuando es económicamente ventajoso.
Además, los gemelos digitales empiezan a tener un papel destacado en la gobernanza de las centrales hidroeléctrica ya que permiten llevar a cabo una gestión hídrica integral y conservar los equipos mecánicos de forma más eficiente. Al combinar modelos hidrológicos con datos pluviométricos y niveles, la réplica digital simula las aportaciones de agua a la cuenca hidrográfica y ayuda a planificar el desembalse de las presas de forma óptima, minimizando el impacto en los ecosistemas que se encuentran después de la presa.
Gemelos digitales en la ciudad inteligente
Los entornos urbanos consumen más del 78% de la energía mundial y producen más del 60% de las emisiones de gases de efecto invernadero. Convertirlos en ciudades inteligentes mejora aspectos que impactan de forma directa en la sostenibilidad como el tráfico, el consumo energético o la gestión de los residuos.
El uso de gemelos digitales permite a los ayuntamientos probar diferentes políticas relacionadas con el medioambiente antes de ser desplegadas en las calles y saber si realmente van a funcionar. Por ejemplo, en la red de agua potable, el gemelo digital es capaz de detectar variaciones de presión anómalas para identificar fugas no visibles en el subsuelo, evitando la pérdida de miles de metros cúbicos de agua.
Otra aplicación se produce en eventos meteorológicos extremos como una DANA. En este caso, las autoridades pueden simular las posibles inundaciones causadas por lluvias torrenciales para comprobar el drenaje urbano, identificar cuáles son las zonas vulnerables y planificar rutas de evacuación eficientes en tiempo real.
Redes de recarga para vehículos eléctricos
Cada vez vemos más coches eléctricos en las calles. La mejora en la calidad del aire que proporcionan estos vehículos, sin embargo, no debe ceñirse en exclusiva a extender el parque eléctrico, sino en desplegar una infraestructura de recarga masiva, accesible y fiable. Un punto crítico en la transición hacia el vehículo eléctrico es la presión que los puntos de carga rápida ejercen sobre la red eléctrica local cuando tienen que coordinar de forma simultánea múltiples cargas de alta potencia.
Es en este momento donde entra en juego el gemelo digital que actúa en dos frentes simultáneos: el estado físico de los cargadores y su relación con la red de distribución eléctrica. Por un lado, el modelo digital supervisa la electrónica de potencia, los conectores y la comunicación con el vehículo. Al analizar las pautas de voltaje y corriente, el sistema detecta fallos en los módulos de conversión de energía antes de que un usuario llegue y encuentre el cargador fuera de servicio.
Por otro lado, el gemelo digital también puede simular los patrones de consumo de los conductores en función del tráfico y las horas punta. Con ello se puede implementar la gestión de carga inteligente (smart charging) para que el sistema pueda distribuir la potencia disponible entre las estaciones de carga y no sobrecargar los transformadores de cada estación.
Más allá de la generación de energía renovable y el impacto en la movilidad, los gemelos digitales están extendiéndose en numerosos ámbitos de la economía sostenible. En la cadena de suministro y logística sostenible, permiten simular rutas, modos de transporte, inventarios y emisiones para reducir kilómetros vacíos, optimizar cargas y elegir alternativas menos intensivas en carbono, mientras que en edificios e infraestructuras inteligentes, los gemelos digitales monitorizan climatización, iluminación, ocupación, consumo de agua y estado de los equipos.
Finalmente, también están cobrando protagonismo en las redes eléctricas inteligentes para ayudar a gestionar la complejidad de un sistema eléctrico para anticipar congestiones, simular fallos, coordinar recursos energéticos para conseguir una red más estable, eficiente y preparada para la descarbonización.
