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El concepto de gemelo digital (Digital Twin) se define como una representación digital dinámica de un sistema físico real, capaz de reproducir su comportamiento operativo mediante el acoplamiento continuo entre datos, modelos y procesos de decisión. En el contexto de ecosistemas industriales complejos, el gemelo digital trasciende la mera simulación para convertirse en una infraestructura cognitiva de gestión, planificación y validación.
En ECPRYM, el gemelo digital no se concibe como un complemento tecnológico, sino como un elemento estructural del diseño del proyecto, indispensable para:
Este apéndice describe rigurosamente el diseño conceptual, arquitectónico y operativo del gemelo digital de ECPRYM.
El gemelo digital de ECPRYM persigue cinco objetivos principales:
El gemelo digital cubre explícitamente:
Quedan fuera del gemelo, salvo como variables exógenas:
El gemelo digital de ECPRYM se estructura en cuatro capas funcionales, jerárquicamente acopladas:
Incluye todos los activos reales:
Esta capa define las restricciones físicas del sistema (capacidad, rendimiento, límites termodinámicos).
Recoge datos en tiempo real o cuasi-real procedentes de:
Principios clave:
Es el núcleo científico del gemelo digital e integra:
Todos los modelos operan bajo el principio de coherencia conservativa: ningún resultado puede violar balances fundamentales.
Traduce resultados del modelo en:
Esta capa no automatiza decisiones políticas, pero proporciona el marco cuantitativo para fundamentarlas.
El gemelo digital se implanta en tres niveles sucesivos:
En lenguaje llano. El gemelo con el que trabaja este estudio no incorpora todavía datos de operación, y lo que puede decirse de él con propiedad es que está verificado: sus balances de masa y energía cierran y cada resultado remite a sus supuestos. Con ese gemelo, el diseño supera las pruebas físicas de estrés del Apéndice 17, cada una con el criterio de aceptación que fija el propio proyecto. Ambas cosas son verificación interna, y es el primer paso obligado: un modelo que no supera sus propios ensayos no está listo para contrastarse con la realidad. Ocurre algo parecido con un avión nuevo. El fabricante comprueba en sus bancos de ensayo y en sus simulaciones que el diseño cumple los requisitos que él mismo se ha fijado, pero el certificado de aeronavegabilidad lo emite una autoridad independiente, con los datos de los vuelos de prueba. Aquí, la validación —el contraste con observaciones independientes, distintas de las que sirven para calibrar— puede empezar antes de la obra, con las series meteorológicas medidas en Lüderitz o con datos de plantas desaladoras en operación, y continúa con los datos de un piloto y del gemelo operativo parcial; la certificación en sentido estricto la haría un tercero independiente con datos de operación, cuando el gemelo operativo completo sirva de base para el MRV y las auditorías externas.
| Función | Variable controlada | Consigna o restricción |
|---|---|---|
| Despacho de la batería virtual de agua | Llenado de los depósitos | 84,7 % de la energía de bombeo en la ventana 10:00–20:00 |
| Regulación estacional | Volumen del embalse S04 | Consigna anual que elimina las 479 h/año de déficit |
| Estabilidad de red | Energía cinética síncrona | H ≥ 4,50 s; ante la contingencia N-1, RoCoF ≤ 1,0 Hz/s y nadir ≥ 49,0 Hz; reserva rodante > 10 MW |
| Enclavamiento de hornos | Estado de S02 y V03 | Nunca ambos parados |
| Anillo de vapor | Presión del colector | 12,0 bar con la caldera de electrodos firme |
| Descarga líquida cero | Existencias de salmuera | Por debajo de la capacidad de las camas |
El despacho de la batería virtual usa control predictivo por modelo: en cada paso resuelve un problema de optimización sobre un horizonte de previsión de radiación y demanda, aplica la primera decisión y vuelve a resolver con el estado medido.
El gemelo digital es la herramienta central para:
Su capacidad para simular degradación controlada permite diseñar respuestas antes de que se produzcan crisis reales.
Los escenarios del Apéndice 17 son deterministas: cada uno aplica una perturbación definida, con valores fijos, y comprueba si se cumple su criterio de aceptación. Falta un análisis probabilístico, y el gemelo es la herramienta natural para hacerlo: repetir la simulación muchas veces con los parámetros más influyentes extraídos de sus distribuciones y obtener, en lugar de un único resultado, un abanico de resultados con su probabilidad.
El gemelo digital es el sustrato técnico del marco de contabilidad de carbono (Apéndice 7) y permite:
Cada cifra del balance de carbono queda así vinculada a una medición o a un factor documentado.
El gemelo digital opera bajo principios de:
No es una herramienta de control social, sino un instrumento de planificación colectiva.
El diseño del gemelo digital de ECPRYM es replicable en otros territorios, ya que:
Desde el punto de vista académico, integra en un único marco computacional los balances de ingeniería, los modelos biológicos, el modelo financiero y los indicadores de gobernanza.
El gemelo digital es el sistema de control del clúster: comprueba en cada paso que la operación respeta los balances de masa y energía y las restricciones de estabilidad, y registra los datos con que se verifica el desempeño. En términos de la cibernética de Ashby, es la pieza llamada a aportar la variedad de regulación que exige la variedad de perturbaciones del sistema. La ley de Ashby funciona aquí como guía cualitativa: el estudio todavía no define cómo medir esa variedad, de modo que se aplica como regla de diseño —un grado de libertad de control por cada perturbación creíble— y no como una desigualdad calculada.