La Central Eléctrica Virtual de Tesla: Transformando la red energética global

Considera la red eléctrica. Cubre la mayor parte del mundo. Su existencia y fiabilidad han definido el mundo moderno durante mucho más tiempo del que la mayoría de nosotros llevamos vivos. Debemos a la red la mayor parte, si no toda, la tecnología nueva de un siglo.

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

¿Qué aspecto tendría 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 resiliencia inmensa a través de tecnologías de código abierto y gemelos digitales. Compartieron sus ideas en una conferencia reciente en el Reino Unido.

A medida que más energía renovable se conecta a la red existente, los complejos cálculos 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 predecir.

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

«Esta respuesta rápida es en realidad una innovación, una oportunidad para ser mejor que la red antigua», dice Link. «No es solo un compromiso».

Las baterías son clave en la reimaginación de la red de estos ingenieros. Además de crear baterías gigantes del tamaño de las plantas de carbón o gas natural existentes, también propusieron aprovechar la potencia de baterías más pequeñas instaladas en hogares y empresas —baterías que se usan más típicamente para generación solar privada o energía de respaldo.

«Podemos agregar hogares y empresas con estas baterías más pequeñas y energía solar en centrales eléctricas virtuales», dice Link.

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

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

«El emparejamiento de Akka y Kubernetes es realmente fantástico», dice Breck. «Kubernetes puede manejar fallos y escalado a grano grueso, así que serían cosas como escalar pods hacia arriba o abajo, ejecutar sondas de vida, o reiniciar un pod fallido con retroceso exponencial. Luego usamos Akka para manejar fallos a grano fino como circuit breakers o reintentar una petición individual y modelar 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 runtime de Akka maneja el escalado a miles o millones de sitios. Es una abstracción muy potente para IoT en particular, eliminando esencialmente la preocupación por hilos, bloqueos o bugs de concurrencia».

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

«La incertidumbre es inherente en los sistemas IoT distribuidos, así que necesitamos abrazarla en el modelo de datos, en la lógica de negocio, e incluso en la experiencia del cliente, en lugar de intentar escapar de ella», dice Breck. «Representar relaciones físicas y virtuales entre 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».

La co-optimización de objetivos locales y globales fue otro desafío. Las baterías más pequeñas propiedad de individuos no deberían agotarse, por si el propietario necesita usarlas inesperadamente, pero las necesidades de balanceo en tiempo real de la red siempre deben cumplirse.

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

La central eléctrica virtual de Tesla es un ejemplo principal de convergencia tecnología de la información/tecnología operacional (IT/OT), uno de los temas más acuciantes en la industria de la automatización hoy. La computación distribuida y el Internet Industrial de las Cosas (IIoT) ayudaron a Tesla a asegurar la resiliencia de la red y abordar algunos de los problemas de ingeniería encontrados en la transición a energías renovables.

Para profundizar en el desarrollo de la plataforma energética de Tesla, la participación algorítmica en mercados energéticos usando la batería más grande del mundo, y los desafíos reales de crear la primera central eléctrica virtual de Tesla, puedes leer la transcripción completa de la presentación de Breck y Link.