Risc en l'explotació d'una xarxa de distribució.

El nombre d'interrupcions en el sistema de distribució elèctric és molt petit a la majoria de països industrialitzats. Aquesta alta fiabilitat s'aconsegueix  assegurant línies de distribució i subestacions durant l'etapa de planificació i mantenir reserves (n-1) suficients durant l'explotació.

El criteri (N-1) té algunes limitacions: de vegades és insuficient, pot crear barreres innecessàries contra noves produccions i consums, i no permet cap compensació entre riscos operacionals i altres riscos.

L'ús de mètodes estocàstics ofereix oportunitats per superar aquestes limitacions. Els mètodes estocàstics s'utilitzen per a la planificació a llarg termini dels sistemes de distribució, normalment anomenats "avaluació de la fiabilitat" que quantifica el rendiment de la xarxa en finestres temporals de diversos anys.

A l'altre costat de l'escala, per a curt termini, com podria ser intervals de 24 hores, els mètodes estocàstics s'utilitzen poques vegades. El principi bàsic d'aquesta anomenada "avaluació del risc operacional" es va introduir a la dècada de 1960 que va desenvolupar en una sèrie d'estudis amb la finalitat de que els distribuïdors ho apliquin.

El risc operacional o d'explotació d'un sistema de distribució es defineix com el producte de la probabilitat p(c) d'una contingència que es produeixi dins del temps d'execució i un factor de gravetat F(c) per a aquesta contingència, sumat a totes les contingències, c =1⋯ Nc.  

Això també es pot interpretar com el valor esperat del factor de gravetat ja que regula els passos i càlculs en l'anàlisi del risc operacional.

Una contingència és la situació en què un o més elements del sistema de distribució no estan disponibles quan  són necessaris. El càlcul de la probabilitat que això passi requereix un model de indisponibilitat per als components implicats, així com les dades de la taxa de fallada i la taxa de reparació. Això inclou dades sobre errors en mode comú, ocults i dependents. Obtenir aquestes dades és un repte, però no és l'únic. 

Pel que fa a la modelització, els reptes inclouen elements de xarxes intel·ligents, la participació del client i la qualificació dinàmica de la línia. El nombre de contingències possibles és molt gran: per a un sistema format per 30 elements simples, hi ha mil milions de contingències. Així, ja per a un sistema  petit, no és possible obtenir la suma anterior sobre totes les contingències possibles. S'ha de fer una selecció; això s'anomena "filtratge de contingències".

Un altre repte és obtenir definicions adequades per al factor de gravetat. El factor de gravetat és una mesura de l'impacte d'una contingència; això podria afectar el sistema com podria ser una sobrecàrrega o baixada de la tensió que sense dubte impactaria en els usuaris connectat en la xarxa observat com el nombre de clients sense subministrament elèctric, o podria expressar-se en termes econòmics. Hi ha un gran nombre de definicions de possibles factors gravetat.

Un flux de càrrega s'utilitza per determinar com la pèrdua d'un o més elements (una contingència) afecta la xarxa i/o els seus clients. La principal limitació del nombre de contingències que es poden incloure és a la pràctica el temps que es necessita per calcular un factor de gravetat. La definició del factor de gravetat requereix un compromís entre la precisió dels resultats i la velocitat de càlcul. Per això, cal definir factors de gravetat que siguin relativament fàcils de calcular però que permetin una mesura prou precisa per al risc d'interrupcions en cascada.

El concepte de risc operacional ha existit des de fa diverses dècades, però no s'ha aplicat. Les dues principals barreres contra el seu ús pràctic han estat l'èxit del criteri (N-1) i les limitacions en models, dades i potència computacional. Tanmateix, la velocitat i la potència computacionals han augmentat de manera que ja no hauria de ser un problema. També hi ha més experiència amb l'ús de mètodes estocàstics que fa diverses dècades. Al mateix temps, la necessitat de mètodes estocàstics ha augmentat a mesura que l'energia eòlica i solar introdueixen nous tipus d'incertesa. Els diferents tipus de desenvolupament social també fan que sigui més important equilibrar els diferents riscos. El risc operacional del sistema de distribució s'ha d'equilibrar amb els riscos econòmics, socials, ambientals i polítics.

Hi han diferents possibilitats per aplicacions de l'avaluació del risc operacional.

1.- Anàlisi de les principals contingències: El risc operacional es pot calcular com a part de l'anàlisi postmortem de l'estat del sistema just abans o després d'un incident important. Aquesta aplicació permetria als operadors de sistemes de distribució obtenir experiència amb l'avaluació del risc operacional abans d'utilitzar-la en la planificació o explotació real.

2.- Planificació diària basada en el risc: El risc operacional es pot calcular a partir de la generació horària, el consum i el flux de càrrega resultant de les liquidacions del mercat diaris. El risc calculat es pot utilitzar per decidir si cal intervenir en el mercat.

3.- Explotació basada en el risc: El risc operacional es pot tornar a calcular quan les condicions canvien significativament en comparació amb la planificació del dia anterior. Això pot ser a causa de la pèrdua d'una gran unitat de producció o d'una gran línia de transport; però també podria ser que el consum o la producció d'energia eòlica es desviï molt de la seva predicció. Llavors, quan el risc es considera massa elevat, es poden prendre mesures.

El principal repte, abans d'arribar a aplicacions pràctiques de l'avaluació del risc operacional és la definició, presentació i interpretació dels resultats de l'avaluació. Com un primer pas per l'establiment d'un conjunt comú de definicions de factors de gravetat, permetria l'anàlisi comparativa i l'intercanvi d'experiències entre els operadors de sistemes de distribució. Això, donaria  lloc a una manera més intel·ligent d'obtenir una alta fiabilitat per als sistemes de distribució d'energia.

Font: Ramon Gallart

El canvi energètic no es produirà per si sol.

L'augment dels preus del gas i del petroli provocat per la invasió russa d'Ucraïna podria ajudar a accelerar la transició energètica. Però els alts preus no seran suficients per garantir el seu èxit.

Els governs de les capitals europees, ràpidament s'adonen que Putin utilitza l'energia com a eina estratègica en política exterior. En resposta a la invasió d'Ucraïna i els alts preus de l'energia, es busca obtenir la independència energètica de Rússia, per exemple, accelerant la construcció de noves terminals de GNL provinent de Qatar i allargant la vida útil d'algunes les centrals elèctriques. Segur que  cremar carbó per produir electricitat ens fa tornar al segle passat, però la realitat va ser que l'any 2020, el 13 % de l'electricitat a la UE va ser generada per centrals de carbó. Si es manté elevat el preu del gas, no només les energies renovables seran més atractives; pot ser el carbó serà més econòmic.

Un altre efecte dels alts preus de l'energia és que fan augmentar la inflació. De fet, el Banc Central Europeu estima que l'energia és responsable de més de la meitat de l'augment de la inflació. Aquesta és una mala notícia per a la transició energètica, ja que les fonts d'energia renovables són més intensives en capital que els combustibles fòssils. Si la inflació augmenta, també ho faran els costos de finançament, fent que desproporcionadament, les renovables siguin més cares. A més, els governs europeus han començat a plantejar-se retallar les subvencions a les renovables, ja que els costos han disminuït prou per fer-les competitives. En conseqüència, el preu del carboni hauria de convertir-se en la pedra angular de la política de clima econòmic, un debat que és familiar a Suïssa.

En un recent estudi publicat a Nature Energy, s'ha analitzat la situació i s'han identificat riscos. Si s'han d'assolir els objectius climàtics enmig de la inflació i l'eliminació progressiva de les subvencions a les energies renovables, el preu del CO2 de moment, serà més baix (ja que és car construir energies renovables), però sembla ser que en el futur augmentarà. Això significa que la rendibilitat de les empreses que generen energia a base de carbó i gas segueix sent alta a curt termini, i sorgeix una situació política complicada: els defensors de les energies renovables no aconsegueixen suport prou ràpid, mentre que els seus oponents es mantenen forts a curt termini.  Això comporta el risc d'una reacció política. És probable que el lobby dels combustibles fòssils pressioni per reduir els preus del carboni, cosa que dificulta la implementació d'una política ambiciosa de canvi climàtic. De fet, hi han veus que ja es pronuncien en contra dels alts preus de les emissions de CO2.

Quina seria una resposta intel·ligent per seguir endavant amb el canvi energètic?

En primer lloc, cal continuar avançant amb la transició cap a un sistema d'energies renovables. Alemanya ha destinat 200.000 milions d'euros a inversions en descarbonització i una major independència dels combustibles fòssils importats durant els propers quatre anys. Des de la invasió d'Ucraïna per part de Rússia, també s'ha convertit en un tema candent en la política suïssa: només a la sessió parlamentària de primavera es van presentar més de 100 mocions relacionades amb l'energia. Suïssa ha de seguir el mateix i obrir el camí per a les renovables: afegir capacitat solar als Alps, per exemple, podria aportar beneficis reals. I el procés d'aprovació d'aquestes centrals s'hauria d'aclarir sense demora.

En segon lloc, hauríem d'abordar les crides polítiques per reduir amb precaució els preus de la gasolina, el gasoil i els carburants. Aquest alleujament no s'hauria d'aplicar de manera aleatòria, sinó, durant un període limitat i de manera específica per esmorteir les conseqüències socials. Perquè distorsionant els preus a favor de les energies fòssils, les reduccions posen en perill la transició cap a l'energia sostenible. A més, perllonguen una dependència dels combustibles fòssils que persistiria encara que el gas rus fos substituït per gas de Qatar.

En tercer lloc, Suïssa ha de ser més previsor a l'hora de promoure i donar suport a la conversió de la infraestructura. Glaris i Zuric han donat un bon exemple, i des que van prohibir els sistemes de calefacció de gasoil i gas (Zuric a partir del 2040), els propietaris cada cop passen més a les bombes de calor. No obstant això, aquells que volen comprar una bomba han d'esperar fins a sis mesos, conseqüència directa del fracàs dels polítics a l'hora d'impulsar el desenvolupament d'aquest sector.

L'augment dels preus del petroli i del gas no provocarà miraculosament el final de l'era dels combustibles fòssils, però abordant les dependències energètiques, els polítics poden ajudar a establir el rumb cap a una Suïssa neutra en CO2. En recerca energètica, es parla d'un "trilema" entre assequibilitat, sostenibilitat i seguretat. Les energies renovables són ara assequibles i són clau per a un subministrament d'energia sostenible. Darrerament, també s'han fet evidents els seus beneficis des d'un angle de neutralitat i política de seguretat. 

Font: M. Pahle et al, Safeguarding the energy transition against policy backlash to carbon markets, Nature Energy (2022). DOI: 10.1038/s41560-022-00984-0

The Innovator's Dilemma.

D'aquest text de l'autor Christensen , destaca que una empresa ben gestionada no pot canviar cap a un nou enfocament el qual, finalment substituirà el seu model de negoci actual.

Un dels clars exemples d'això va ser la fotografia. Les grans empreses molt rendibles que feien pel·lícules sensibles per a càmeres sabien a mitjans dels anys noranta, la fotografia digital seria el futur, però mai es va trobar el millor moment per fer el canvi ja que es creia que es perdrien diners. Llavors, noves empreses que van apostar per fer càmeres digitals, van desplaçar-les del mercat.

Una altre lliçó del llibre, no te tan d'anomenada  per tant, es recorda menys. Aquestes emergents noves empreses podrien passar anys amb una tecnologia de menor qualitat. No obstant això, sobreviuen trobant un nou nínxol que les grans empreses que tenen el mercat no són capaç d'atendre. És aquí on en silenci, fan créixer les seves capacitats.

Per exemple, les primeres càmeres digitals tenien una resolució molt més baixa que les càmeres de pel·lícula, però també eren molt més petites. 

Aquest fet, també s'aplica a la recerca. Un gran exemple d'un nou enfocament de baix rendiment va ser la segona onada de xarxes neuronals durant els anys vuitanta i noranta que finalment revolucionarien la intel·ligència artificial a partir del 2010.

Els diferents tipus de xarxes neuronals s'havien estudiat com a mecanismes per al machine leanrning des de principis de la dècada de 1950, però no eren gaire bones obtenir resultats interessants sobre aprenentage.

El 1979, Kunihiko Fukushima va publicar la seva investigació sobre una cosa que va anomenar xarxes neuronals de canvi invariants, això,  va permetre que les seves xarxes autoorganitzades aprenguessin a identificar i classificar els dígits escrits a mà des d'una imatge. Aleshores, als anys 80, es va redescobrir una tècnica anomenada retropropagació la qual, va permetre una forma d'aprenentatge supervisat en què es deia a la xarxa quina hauria de ser la resposta correcta. El 1989, Yann LeCun va combinar la retropropagació amb les idees de Fuksuhima en el que s'ha acabant coneixent com a xarxes neuronals convolucionals (CNN). 

Durant els següents 10 anys, l'Institut Nacional d'Estàndards i Tecnologia dels EUA (NIST) va crear una base de dades, que va ser modificada per LeCun, que constava de 60.000 dígits d'entrenament i 10.000 dígits de prova. Aquesta base de dades de proves estàndard, anomenada MNIST, va permetre als investigadors mesurar i comparar amb precisió l'efectivitat de diferents millores a les CNN. Hi va haver molts avenços, però les CNN no eren rivals per als mètodes consolidats d'IA en visió per ordinador quan s'aplicaven a imatges arbitràries generades pels primers cotxes autònoms o robots industrials.

Però durant la dècada del 2000, es van afegir cada cop més tècniques d'aprenentatge i millores algorítmiques a les CNN, donant lloc al que ara es coneix com a deep learning. El 2012, de sobte, i aparentment del no-res, el deep learning va superar els algorismes estàndard de visió per ordinador en un conjunt d'imatges de prova d'objectes, conegut com ImageNet. El "pobre" de la visió per ordinador va triomfar i va canviar completament el camp de la IA.

Però compte. El missatge del llibre de Christensen és que aquestes interrupcions mai s'aturen. Hi ha petits grups de gent que intenten tot tipus de coses noves, i alguns d'ells també estan disposats a treballar en silenci i contra tot pronòstic durant dècades. Un d'aquests grups algun dia ens sorprendrà a tots.

Aquest aspecte de la disrupció tecnològica i científica, és el que ens fa grans humans i, perillosos.

Font: L'altra cara del dilema de l'innovador per Rodney Brooks