Planta de energía virtual de Tesla:reimaginando la red eléctrica

Considere la red eléctrica. Cubre la mayor parte del mundo. Su existencia y confiabilidad han definido el mundo moderno por mucho más tiempo del que la mayoría de nosotros llevamos vivos. Le debemos la mayor parte, si no todo, de la nueva tecnología de un siglo a la red.

La red solo puede operar hoy gracias a millones de dispositivos interconectados sofisticados que trabajan juntos en patrones complejos. Sin embargo, está diseñado para la generación centralizada con puntos mínimos de control y se basa en combustibles fósiles, conceptos que tienen sus raíces en el siglo XX. .

¿Cómo sería la red eléctrica si se rediseñara hoy desde cero? Esa es una pregunta que los ingenieros de Tesla, Colin Breck y Percy Link, abordaron recientemente. Su respuesta implica construir una inmensa resiliencia a través de tecnologías de código abierto y gemelos digitales. Compartieron sus ideas en una conferencia reciente en el Reino Unido.

A medida que entra más energía renovable en la red existente, los cálculos complejos de oferta y demanda se vuelven más difíciles de realizar con la precisión requerida. Se pierde un grado de control y la generación se vuelve más difícil de pronosticar.

En lugares donde la energía eólica y solar ya es común, las baterías han ayudado a mitigar estos problemas. Pueden responder muy rápidamente a picos y valles de uso inesperados, cargando y descargando según sea necesario.

"Esta respuesta rápida es en realidad incluso una innovación, una oportunidad de ser mejor que la red anterior", dice Link. "No es solo un compromiso".

Las baterías son clave para la reinvención de la red por parte de estos ingenieros. Además de crear baterías gigantes del tamaño de las plantas de carbón o gas natural existentes, también propusieron aprovechar el poder de baterías más pequeñas. instaladas en hogares y negocios:baterías que se usan más típicamente en el servicio de generación solar privada o energía de respaldo.

"Podemos agregar hogares y negocios con estas baterías más pequeñas y energía solar en plantas de energía virtuales ", dice Link.

La arquitectura de la planta de energía virtual (VPP) se basa en recursos de energía distribuidos; las baterías serían un ejemplo, pero la energía eólica y solar también se usan con frecuencia. Una red de estos recursos se agrupa para generar energía con mayor flexibilidad y mayor disponibilidad.

En la planta de energía virtual de Tesla, los modelos de gemelos digitales representan varios activos de Internet de las cosas (IoT) en el sistema, así como sus estados y relaciones actuales. El software de modelado de gemelos digitales se basa en dos proyectos clave de código abierto:Kubernetes y Akka.

"La combinación de Akka y Kubernetes es realmente fantástica", dice Breck. "Kubernetes puede manejar fallas de granularidad gruesa y escalamiento, por lo que serían cosas como escalar los pods hacia arriba o hacia abajo, ejecutar pruebas de actividad o reiniciar un pod fallido con un retroceso exponencial. Luego usamos Akka para manejar fallas de granularidad fina como circuito rompiendo o reintentando una solicitud individual y modelando el estado de entidades individuales, como el hecho de que una batería se está cargando o descargando".

Al modelar un gemelo digital en Akka, cada sitio de modelado está representado por un actor. Como explica TechRepublic, "El programador se preocupa por modelar un sitio individual en un actor, y luego el tiempo de ejecución de Akka se encarga de escalar esto a miles o millones de sitios. Es una abstracción muy poderosa para IoT en particular, esencialmente elimina la preocupación por los subprocesos, o bloqueos o errores de concurrencia".

A través de modelos de gemelos digitales, un ingeniero puede interactuar con representaciones casi en tiempo real de relaciones y estados extremadamente complejos dentro de los sistemas, incluso cuando la imagen completa no está disponible.

"La incertidumbre es inherente a los sistemas IoT distribuidos , por lo que debemos aceptar esto en el modelo de datos, en la lógica comercial e incluso en la experiencia del cliente, en lugar de tratar de escapar de él", dice Breck. "Representar las relaciones físicas y virtuales entre los dispositivos IoT, especialmente a medida que cambian con el tiempo, es el problema más difícil en IoT, créanme, pero esencial para crear un gran producto".

Co-optimizar los objetivos locales y globales fue otro desafío. Las baterías más pequeñas de propiedad individual no deberían agotarse, en caso de que el propietario necesite usarlas inesperadamente, pero siempre se deben satisfacer las necesidades de equilibrio en tiempo real de la red.

"La optimización distribuida solo es posible porque Tesla construye su propio hardware y tiene control total sobre el firmware y el software ", dice Link. "Esto permite una iteración rápida a través de la inteligencia local y central y cómo se relacionan entre sí, y esta colaboración es entre equipos en lugar de entre empresas". La integración vertical de hardware, firmware y software sentó las bases para una solución más resistente con un algoritmo distribuido para ayudar a los dispositivos a actuar razonablemente durante fallas de comunicación inevitables.

La planta de energía virtual de Tesla es un excelente ejemplo de convergencia de tecnología de la información/tecnología de operaciones (IT/OT), uno de los temas más apremiantes en la industria de la automatización en la actualidad. Informática distribuida e Internet industrial de las cosas (IIoT) ayudó a Tesla a garantizar la resiliencia de la red y abordar algunos de los problemas de ingeniería encontrados en la transición a la energía renovable.

Para profundizar en el desarrollo de la plataforma de energía de Tesla, la participación algorítmica en los mercados de energía utilizando la batería más grande del mundo y los desafíos del mundo real de crear la primera planta de energía virtual de Tesla, puede leer la transcripción completa de la presentación de Breck y Link. .