Capacitat de les xarxes de distribució.

Durant molts anys s'han realitzat càlculs per determinar  la càrrega tèrmicament admissible en les línies de distribució gràcies als procediments de càlcul estandars basats en models de circuïts elèctrics-tèrmics relativament simples.

Un conjunt de suposicions sobre l’entorn tèrmic en què està una línia de distribució, sovint  ve determinda en base les diferents estacions de l'any.

Font: Depto. de Estado/Doug Thompson

La combinació d’aquests models simplificats i, de suposicions conservadores han generat generosos marges de seguretat per a l'operació d'aquesstes xarxes, per tant, ha proporcionat als operadors de xarxa molta flexibilitat que també, han ajudat a assegurar que els costos de restricció del sistema associats amb els límits dels fluxos d’energia fòssin relativament modestos.

Donat que ara els patrons de càrrega són  molt més variables, gràcies a que les fonts de generació es van  descentralitzant i la seva garantia de generació són més intermitents, durant molts anys, han estat  combinades amb les millores en les tècniques de modelització que han permès que les pràctiques de disseny siguin menys conservadores. Pot ser, ha portat a un incremetn de les càrregues  en les xarxes durant els períodes punta, però els espais tèrmics reals, poden ser avui més baixos respecte el passat en base a que s'està focalitzant en aconseguir unes inversions per les xarxes més eficient en els seus costos.

Font: Endesa Educa

Els circuits dinàmics utilitzen mesures de temperatura en combinació amb càlculs tèrmics dinàmics per determinar la càrrega admissible d'una línia en temps real. Per això, s'han creat i desplegat una àmplia gamma d’eines per calcular la capacitat dinàmica de línies de distribució aeries, els cables subterranis i els transformadors. No obstant això, les valoracions convencionals dinàmiques  tenen algunes limitacions, és a dir,  consideren la capacitat del sistema tal com està  avui, però això només és útil si l’operador del sistema respon a una interrupció no planificada. Sovint, l’operador ha de saber quina capacitat de transferència estarà disponible durant unes quantes hores, o potser al dia seguent per la tarda. Això és molt important per avaluar els escenaris de contingència, identificant una resposta adequada a interrupcions no planificades. Per tant, esdevé especialment important si l’interrupció no prevista o incidència, necessita afegir o eliminar generadors al sistema, situació que porta a la necessitat d'aplicar el concepte de prediccions predictives.

Una metodologia que es podria utilitzar per generar valoracions predictives, podria necessitar de dos vectors d'entrada principals:

1) Dades de càrrega històrica de bona qualitat i 

2) Mesures adequades  per a un perfil de temperatura de la  línia de distribució. 

A partir d’aquests vectors entrades, caldria predir els canvis de càrrega en una línia de distribució, juntament amb els canvis en condicions ambientals com la temperatura de l’aire o la radiació solar que afecten a la línia. Això permet una estimació de les condicions de la línia entre el temps t (quan es fa la predicció) i, per exemple, t + 24h per a l'anàlisi del dia abans. Quan es coneixen els estats tèrmics previstos, es podria utilitzar una eina d'anàlisi de contingència per determinar les restriccions o capacitats a curt termini que podrien aplicar-se per al dia següent.

Font: Revista DEC

Aquest enfocament elimina moltes de les hipòtesis que tradicionalment, han estat conservadores y utilitzades per a les valoracions tèrmiques de les linies de distribució, com a part dels processos normals de planificació del dia a dia. Com que hi ha una sèrie de resultats diferents de l’anàlisi de contingència i algunes entrades no són certes el distribuidor ha de determinar una posició de risc. Això pot incloure consideracions de factors com ara els índexs de disponibilitat dels actius coneguts de la línia en qüestió.

Tot això, porta a uns reptes que cal resoldre, els quals pasen per millorar la qualitat de la predicció del temps local, incloent-hi efectes  de calor urbà que es poden perdre utilitzant les tècniques convencionals.

El desenvolupament d'algorismes que siguin més capaços de captar la diversitat dels escenaris de les  càrregues que es poden observar en el sistema; simplement els algorismes basats en dades històriques no són suficients quan alguns esdeveniments no succeeixen amb freqüència.

El lliurament de tècniques de seguiment tèrmic més rendibles, seran essencials per permetre l'ús de la tecnologia a nivells de la baixa tensió que es podria complementar amb tècniques de modelatge tèrmic millorades, de manera que la capacitat d’estimar l'estat tèrmic dels actius no sempre depengui de la mesura directa.

En molts casos, els reptes a superar no són només tècnics. Les pràctiques comercials existents són una barrera important; Els planificadors i els controladors de xarxes estan acostumats a que les capacitats vinguin fixades en termes generals, basant-se en dades estacionals existents i suposicions de disseny ben enteses. La integració de les  capacitats predictives en processos existents pot no ser una tasca fàcil. No obstant això, existeixen moltes restriccions de permtre la generació distribuïda que podrien minimizar-se  en el cas  que un distriubuïdor que disposi de més dades i una  millor infmoració, estigui en una millor posició per controlar els costos associats a aquestes activitats, tot i que operi en un entorn incert.

Ramon Gallart

Reptes dels cables HVDC.

Els sistemes elèctrics de corrent continu d'alta tensió (HVDC) acostumen a ser un de les millors solucions pel transport d'energia elèctric  de llarga distància submarí, però no són molt habituals per fer xarxes per connextar dos `punt sobre/sota terra. 

No obstant això, gràcies a la millora del rendiment dels convertidors AC / DC, en termes de rendiment en base a al relació de costos i energia, i les preocupació social sobre l’impacte ambiental i visual de les línies aèries de molta alta tensió, mica en mica fan que la tecnologia  HVDC sigui cada vegada més atractiva. De fet, es creu que la creixent penetració de xarxes de transport de HVDC facilitarà que la xarxa mundial sigui més intel·ligent, fomentant la flexibilitat, la fiabilitat i la sostenibilitat mitjançant la integració de les grans plantes d'energies renovables, que sovint estan lluny dels centres on hi han el consums. Això provocarà un creixement arreu del mónexponencial de les línies de  HVDC en els proper anys.

Font: Electrical India

Entre els sistemes de cable pel tranport a nivell HVDC, cal dir que els cables extrudits amb aïllament polimèric (normalment polietilè reticulat, XLPE) són cada vegada més competitius respecte els cables HVDC "sense malla clàssics". De fet, els cables extrusionats presenten alguns avantatges clau, entre els quals s'en destaquen: 

-  Són molt més respectuosos amb el medi ambient, ja que no hi ha fuites possibles d’oli; 

-  La temperatura màxima del conductor permesa en el funcionament normal és més alta; 

-  Els empalmaments, són molt més senzills. 

Gràcies a les activitats de R+D, diversos sistemes de cables HVDC  extruïts a una tensió de 380 kV estan en servei a tot el món, incloent un sistema de cable HVDC aïllat de 400 kV / 1000 MW entre el Regne Unit i Bèlgica i la interconnexió Espanya-França via el Portús.

Font: NKT

Els sistemes de cable extruït de corrent continu, comercialement estan disponibles a tensions de fins a 640 kV i amb una secció que permet transportar potències superiors a 1 GW. Així donçs, és fàcil preveure una acceleració global de les xarxes globals intel·ligent  amb un rendiments encara més elevats que inclouran l'ús de sistemes de cable HVDC. Tot i que el futur és prometedor, la tecnologia de cable HVDC també ha d’afrontar diversos reptes:

1) Millora del comportament de la càrrega espacial de l'aïllament de cables i els seus accessoris. És ben sabut que l’aïllament extruït de cables sotmesos a una alta tensió de corrent continu està particularment afectat per la trapped space charge. La recerca a temperatures de disseny més altes (> 70 ° C) i els camps elèctrics aplicats (> 20 kV / mm) demanen materials amb una acumulació de trapped space charge per minimitzar els seus efectes limitants de l’aïllament de cables i accessoris.

Per aquest motiu, s'han desenvolupat diversos mètodes no destructius per investigar la trapped space charge en materials polimèrics sòlids i han estat millorats de manera constant durant les últimes dècades, cosa que ha permès realitzar mesures de trapped space charge en bucles de cable de mida completa reals durant les proves de certificació de projectes de sistemes de cable HVDC.

Font: ABB Group

2) Desenvolupar nous materials intel·ligents (de millor rendiment i respectuosos amb el medi ambient) per a l’aïllament de cables. Avui l'aïllament extruït per als cables HVDC no significa necessàriament que sigui XLPE, ja que s'estan desenvolupant nous compostos termoplàstics, que són totalment reciclables ( no estan reticulats) i poden suportar temperatures i tensions de funcionament més elevades. També prometen un millor comportament de trapped space charge per tal de suportar fins i tot la inversió de la polaritat de la tensió. Els cables extruïts convencionals són molt més sensibles als efectes negatius de la trapped space charge acumulada en l’aïllament del cable de corretn continu que els cables MIND, especialment en presència d’inversió de polaritat de tensió. Això fa que aquest nou aïllament termoplàstic s’utilitzi no només amb els convertidors de fonts de tensió (VSC, aquells que normalment s’utilitzen per als sistemes de cable extruït HVDC), sinó també amb els convertidors de fonts de corrent (CSC, els més utilitzats per al cable HVDC MIND), més fiables.

3) Desenvolupar accessoris intel·ligents. És un fet que els accessoris són el punt feble dels cables d'alta tensió. Les articulacions (tant de fàbrica com de tipus pre-modelat) són un problema, a causa del seu gran nombre de connexions. Les unions contenen molts subcomponents amb diverses interfícies entre diferents materials: 

- En contacte amb diferents materials d'aïllament, 

- Capes semiconductores i 

- Conductors.

 Els fenòmens físics, químics i tèrmics adversos posen l'accent en aquesta articulació, reduint la fiabilitat. Aquestes tensions interfacials afecten la selecció de materials i el disseny elèctric, tèrmic i mecànic d’aquests components. L’esforç cap a un major rendiment i la utilització de sistemes de cables HVDC suposa camps aplicats més alts, temperatures i tensions mecàniques en les interfícies crítiques de les articulacions.

4) Desenvolupar nous mètodes de prova efectius per als accessoris. Aquest repte és una conseqüència directa de l’anterior. Es necessiten mètodes de proves nous i més eficaços per desenvolupar accessoris més intel·ligents, especialment articulacions. Aquestes tècniques inclouen: 

- Mesures de trapped space charge en accessoris per a sistemes de cable de mida completa amb alta resolució, que no són gens trivials a causa de dificultats inherents, però que, no obstant, s’exploren per la comunitat científica.

-  Dispositius de mesura innovadors de descàrrega parcial (PD) basats, per exemple, en sensors electromagnètics sense fils VHF / UHF. Aquests dispositius tenen diversos avantatges per a les mesures dels bucles del sistema de cable, incloent-hi els accessoris: posicionament gratuït en els llaços del sistema de cable ampli, elevada relació senyal-soroll, banda ultra-àmplia per a una adquisició precisa del pols de PD sencer (permetent així el rebuig del soroll) , identificació i separació de fonts PD.

Font: NEXANS Norway

5) Funcionament del cable HVDC a la xarxa intel·ligent. Aquest repte es refereix a la visió a nivell de sistemes d’energia i al funcionament del cable HVDC, que comporta diversos reptes més petits. 

El primer és el diagnòstic i el seguiment en línia dels sistemes de cable HVDC per avaluar l'estat d'un sistema en temps real, aconseguint així un rendiment màxim sense comprometre la seva fiabilitat i seguretat. Els mètodes innovadors de diagnòstic on-line inclouen sistemes de monitorització basats en la detecció de PD, la detecció de temperatura distribuïda (DTS), la detecció acústica distribuïda (DAS), etc. Un altre problema és avaluar formes d'ona no convencionals i crítiques per als sistemes de cable HVDC. Aquí es treballa molt per desenvolupar-se en dos fronts: 

- Algoritmes de simulació efectius per a una estimació correcta de formes d'ona crítiques i 

- Avaluació dels efectes rellevants, possiblement perjudicials sobre els cables extrusos. 

L'enfocament actual està en les sobretensions temporals que es produeixen amb convertidors VSC. Un altre repte addicional és la limitació establerta per la càrrega d’espai sobre el comportament dinàmic dels cables polimèrics, ja que, com s'ha subratllat anteriorment, la trapped space charge limita el rendiment i la flexibilitat operativa dels sistemes de cables polimèrics, ja que els operadors no volen perillar el dany d'un cable a causa de la inversió de la polaritat.

Font: IEEE Smart Grids

Algoritmes que milloren el rendiment de les turbines de vent.

La lògica clarament dicta que les necessitats de molts, són més grans que les necessitats d’uns pocs. 

Els investigadors de la Universitat de Stanford van presentar la prova més clara fins ara que el sacrifici també pot beneficiar els parcs eòlics. En la seva demostració en un parc eòlic d'Alberta, una turbina sacrifica una cinquena part del seu potencial generador per permetre un millor rendiment de les turbines veïnes, augmentant així, la producció col·lectiva del grup.

Font: Vattenfall. El vent de vent retalla un 20% la generació elèctrica a la planta de Horns Rev de Dinamarca

Igual que les ombrel·les que emeten ombres, els rotors giratoris en un parc eòlic emeten una "estela" desgastada d'energia que pot ralentir les turbines aigües avall. La pèrdua d'energia resultant pot ser del 10% o més de la generació elèctrica anual d'un parc eòlic. A la granja eòlica offshore de Horns Rev de Dinamarca, aquestes afectacions van ser pèrdues anuals  del 20 %.

Un informe durnant els actes de l'Acadèmia Nacional de Ciències, van mostrar un esquema coordinat de control per reduir les pèrdues. Es diu "direccio de vigília", ja que els rotors es giren al voltant de les seves torres per encar-se lleugerament al vent i, per tant, desviar les sortides del vent de les turbines situades aigües avall.

Font: Rebecca Konte / Stanford. Visualització de la direcció del vent en una columna de turbina. 

Els experiments de modelatge i el túnel de vent han demostrat durant més d'una dècada que la direcció  hauria de potenciar la producció global, però ha estat difícil de provar als parcs eòlics.

Es va trobar una empresa disposada a provar aquesta estimulació, és l'operador eòlic de Calgary, TransAlta Renewables. TransAlta va possar a disposició el passat mes d'Octubre, una fila de sis turbines al parc eòlic Summerview-1 de Pincher Creek, Alberta, durant deu dies. Les turbines de la planta es disposen fer front als forts vents del sud-est de Pincher Creek. Però durant els mesos d’estiu i de tardor també es pot orientar cap al nord-oest, això perment que el flux de vent vaigi directament cap avall per les seves files de turbines molt apropades. 

Font:  John O. Dabiri / Stanford Les turbines es van organitzar per a la direcció d’activitat a la granja eòlica Summerview 1 d'Alberta.

er determinar el millor angle per al seu experiment, l’equip de Stanford va usar cinc anys de dades sobre la velocitat del vent, la direcció del vent i la generació d’energia de les sis turbines per provar el seu algoritme propietari d’optimització. Combinant aquestes dades amb un model de vent senzill, l’algorisme va projectar que l’embranzida de cadascuna de les cinc turbines ascendents a uns 20 graus cap al nord, maximitzaria la generació del grup dels vents del nord-oest.

A continuació, s'havia de trobar una manera de comandar les turbines. Totes les turbines comercials es programen per a girar sempre o "llastar" els seus rotors per fer front al vent. Ensenyar-los un nou angle requeriria uns pocs dies de treball de codificació en la majoria de turbines, però això no era una opció per als sistemes de control relativament inflexibles que funcionaven a Pincher Creek. L’equip de Dabiri ho va fer amb un treball manual: reposicionant les pales del vent de direcció a les gàbies de les turbines durant els 10 dies de prova i, per tant, enganxant el sistema de control a 20 graus del vent.

Els guanys d’energia resultants van ser significatius. La generació d’electricitat va augmentar un 13 per cent sota els vents del nord-oest que bufen al parc eòlic a 7-8 metres per segon (mps): velocitat mitjana per a Pincher Creek. La direcció va tenir un impacte encara més gran enmig de vents de nord-oest més reduïts, reduint els temps en què les turbines que colpejaven el vent van caure per sota dels 5 mps: el llindar al qual s'apaguen automàticament. Per als vents de 5-6 mps, els vents aprofiten la generació fins a un 47%.

Si l'oreintació hagés estat automatica, el beneficis hagesisi estat molt millor, en base a una taula d'angles òptims per a cada turbina en diferents condicions de vent. El grup està preparant una solució temporal per fer possible aquest ajustament dinàmic per a les turbines amb sistemes de control més antics.

Mentrestant, estan negociant amb TransAlta  fer proves en una granja eòlica d'Ontario. La primera feina mesurarà les càrregues mecàniques per assegurar-se que la direcció de la vigília no força les turbines. 

El Laboratori Nacional d'Energies Renovables (NREL) dels Estats Units està pressionant  per millorar els seus propis algorismes de direcció d'atenció i provar-los en els parcs eòlics.  En aquesta prova, una turbina en una granja a la costa xinesa va impulsar la producció de diverses turbines veïnes. Fa dos mesos, NREL va informar amb èxit de la posada en marxa de dues turbines en un parc eòlic de Colorado operat per Nextville Energy Resources de Juno Beach, FL .

L'equip de NREL diu que els seus resultats suggereixen que la direcció de les turbines pot augmentar la producció anual dels parcs eòlics com a mínim en un 1-2 per cent, elevant els ingressos en un parc  de 300 megavats EUA amb un milió o més. Els  resultats suggereixen que la direcció de la turbina podria produir un 7% més d’energia anualment a partir de les sis turbines d’Alberta. Aplicat a través de més de 600 gigawatts de potència eòlica instal·lada a tot el món, qualsevol dels pressupostos suposa un impressionant increment de l'energia neta que es pot obtenir amb poca inversió addicional.

Font: Peter Fairley IEEE Spectrum

Principis per què els cotxes autònoms siguin segurs.

La Safety First for Automated Driving, ha estat compilat per 11 autors que representen el lideratge del pensament de la indústria de l'automòbil i la mobilitat.

Aquest treball no és una revisió de la literatura. No es tracta d’un informe referent a les fites d’ahir ni de demà. Tot i que no hi ha escassetat de publicacions sobre el tema dels cotxes de conducció autònima, els autors porten la seva pròpia missió en base a què, és un marc per a la seguretat dels vehicles autònoms de passatgers, on els agents de la indústria estan mirant amb atenció el seu disseny i la seguretat.

El que encara falta en la literatura existent,  és la verificació i la validació d’aquests sistemes. Mentre que els autors representen empreses diferents, comparteixen l’objectiu d’una estandardització a nivell de la indústria de la conducció automatitzada. Això inclouria els reguladors, els agents de la indústria de la conducció autònoma, les companyies d'assegurances i, sense deixar a ningú, qualsevol persona involucrada en els esforços posteriors d'estandardització.

Font: Intel

Intel es trobava entre les empreses representades a la llista d'autors. Estan orgullosos d'haver contribuït al treball innovador per establir un marc per introduir el disseny de vehicles autònoms segurs.

El document, al mateix temps que abordava les tècniques,  es mostrava un anàlisi de confiança sobre on està la indústria en sistemes de conducció autònoma segura. Al centre del document hi ha 12 principis que tots els vehicles de conducció autòma han d’incorporar.

Els estàndards existents no presenten solucions a alguns dels temes més problemàtics dels sistemes de conducció autònoma, com la garantia de seguretat de la intel·ligència artificial (els algorismes més rellevants es deriven dels camps de l'aprenentatge automàtic i de les xarxes neuronals, factors humans i la psicologia, i la capacitat tecnològica dels dispositius sensorials utilitzats  per al sistema de conducció autònoma.

Font: Ara Motor

És segur dir que cap discussió sobre les directrius potencials de seguretat no seria completa sense fer referència a les xarxes neuronals profundes utilitzades per als sistemes de conducció autònoma.

L'aprenentatge automàtic, es veu com una tecnologia crucial per als sistemes de conducció autònoma. En conseqüència, el procés de desenvolupament d’algoritmes d’aprenentatge automàtic responsable de l’execució de tasques relacionades amb la seguretat dels sistemes de conducció autònoma, ha de ser sotmesa a una avaluació estricta.

Un altre tema a destacar, té a veure amb la seguretat cibernètica. Es te molta informació sobre ordinadors segrestats, però què hi ha de resoldre els riscos derivats de les flotes de cotxes?

La indústria de l'automòbil s'enfronta a nous reptes en la conducció automatitzada a causa de la connectivitat extrema dels vehicles de conducció autònoma entre aquests vehicles i el seu entorn operatiu . 

Els complements de connectivitat inclouen noves interfícies entre les funcions de control dels vehicles connectats, els sistemes dorsals de TI i altres fonts d'informació externes. Aquesta  superfície d'atac crea un interès considerable per als actors maliciosos amb diversos objectius. El més important és que cal aplicar els principis i pràctiques de ciberseguretat per garantir que els atacants no puguin obtenir un control arbitrari del moviment d'un vehicle i que els atacs són excepcionalment difícils d'escalar fins al punt d’explotar simultàniament diversos vehicles. 

Cohen Coberly, de TechSpot, va reconèixer que el document estava parlant d’aquest delicat equilibri de responsabilitat del conductor i responsabilitat del sistema en la seguretat de l'automòbil.

Aquests principis pretenen combinar la responsabilitat de l'usuari i del vehicle, assegurant que el conductor sàpiga en tot moment el que s'espera d'ells, per exemple, informant-los explícitament quan es necessita una presa manual, alhora que impedeix que els sistemes autònoms del vehicle es posin en primer lloc als conductors.

Font: Vía empresa

No està segur quants fabricants d'automòbils adoptaran els 12 principis establerts en el document, però Coberly va comentar que "donades les moltes controvèrsies que han envoltat els cotxes autònoms durant els últims anys, l’autorregulació sembla preferible probablement a la intervenció del govern. "

Eels temes tractats pels 12 principis rectors són: operació segura; domini del disseny operatiu; lliurament iniciat per operador de vehicles; seguretat; responsabilitat de l'usuari; lliurament del vehicle iniciat; interdependència entre l'operador del vehicle i el sistema automatitzat; avaluació de la seguretat; enregistrament de dades; seguretat passiva; comportament en trànsit; i una capa de seguretat:

Autor: Nancy Cohen, Tech Xplore

Ajust dels nivells d'energia dels semiconductors orgànics.

Físics del Centre Integrat de Física Aplicada i Materials Fotònics de Dresden (IAPP) i el Centre per a l’avanç de l’electrònica de Dresden (CFAED), juntament amb investigadors de Tübingen, Potsdam i Mainz, van poder demostrar com les energies electròniques en pel·lícules de semiconductors orgànics es podrien sintonitzar mitjançant forces electrostàtiques. 

Un divers conjunt d'experiments amb suport de simulacions van ser capaços de racionalitzar l'efecte de forces específiques electrostàtiques  exercides pels blocs de construcció molecular en els portadors de càrrega. Recentment, l’estudi es va publicar  al Nature Communications.

Font: Dresden University

En dispositius electrònics basats en semiconductors orgànics, com són les cèl·lules solars, díodes emissors de llum, fotodetectors o transistors, les excitacions electròniques i els nivells de transport de càrrega són conceptes importants per descriure els seus principis i funcions de funcionament. 

Els energètics, però, són més difícils d’accedir i de sintonitzar que en els semiconductors inorgànics convencionals com els xips de silici, que constitueixen un repte general. Això s'aplica tant a la mesura com a la influència controlada des de l'exterior.

Aquest estudi explora, la dependència de les energies dels nivells de transport de càrrega i dels estats excitònics en la composició de la barreja i l'orientació molecular en la matèria orgànica. Els excitons són parells vinculats d’un electró i un forat que es formen en el material semiconductor mitjançant l’absorció de llum. 

Font:Univiersity of Snat Andrew

Els científics fan referència a la composició de la barreja quan els components estan formats per diferents materials semiconductors orgànics. Els resultats demostren que l'energia energètica de les pel·lícules orgàniques es pot sintonitzar ajustant un paràmetre molecular únic, és a dir, el moment del quadrupol molecular en la direcció d'apilament de les molècules. 

Un quadrupol elèctric pot consistir en dues càrregues negatives positives i dues igualment fortes que formen dos dipols igual, però oposats. En el cas més simple, les quatre càrregues es disposen alternativament a les cantonades d’una casella.

Els autors també vinculen els paràmetres del dispositiu de cèl·lules solars orgàniques, com el fotovoltaic o la fotocorrent a aquest moment de quadrupol. Els resultats ajuden a explicar els recents avenços de l’eficiència dels dispositiu en cèl·lules solars orgàniques, que es basen en una nova classe de materials orgànics. Com l’efecte electrostàtic observat és una propietat general dels materials orgànics, incloses les anomenades "petites molècules" i polímers, això pot ajudar a millorar el rendiment de tot tipus de dispositius orgànics.

Font: Dresden University of Technology

Additius per les bateries de ió-Li.

Els nous additius podrien ajudar a les bateries de ió de liti per millora el seu rendiment en una rang més ampli de temperatures esdevenint com un potencial avantatge per als cotxes elèctrics.

Els cotxes elèctrics lluiten amb temperatures extremes, que  poden degradar les solucions electrolítiques que permeten la circulació dels ions entre els elèctrodes negatius, o ànodes, i els elèctrodes positius o càtodes dins de les bateries de ió-Li .

Un additiu, pot ser la clau per a aquestes solucions electrolítiques, per exemple, el carbonat d'etilè, que ajuda a produir una capa protectora que evita la descomposició dels components electrolítics quan interactuen amb l'ànode. No obstant això, el carbonat d’etilè té un alt punt de fusió, la qual cosa limita el seu rendiment a baixes temperatures.

El científic de materials Wu Xu del Laboratori Nacional de Richland, Washington, i els seus companys van demostrar que podrien ampliar el rang de temperatures de les bateries de ions de liti substituint parcialment el carbonat d'etilè amb carbonat de propilè i afegint hexafluorfosfat de cesi. No obstant això, volien millorar el rang de temperatures de les bateries de ions de liti encara més, per poder funcionar bé entre -40 a 60 ºC.

Font: Shutterstock

Aquest nou estudi, Xu i els seus col·legues van provar els efectes en el rendiment de les bateries de ions de liti de cinc additius electrolítics, dins d'aquest rang de temperatura. Mitjançant una combinació de modelatge computacional, dècades d’experiència amb les propietats químiques i electroquímiques d’electròlits i additius líquids, i també, gràcies a la prova i error, van identificar una combinació de tres compostos que es van afegir a la seva solució electròlit anterior.

Aquesta nova barreja va provocar la formació de capes protectores altament conductores, uniformes i robustes tant a l'ànode com al càtode. A -40º C, les bateries que contenen aquesta barreja aconseguien el 67% del rendiment de descàrrega respecte a les temperatura ambient. En comparació, les bateries regulars d’ions de liti només tenen una capacitat de descàrrega del 20%.

Normalment, incloent una varietat d’additius dins dels electròlits, es produeixen capes gruixudes d’elèctrodes positius i negatius a temperatures baixes, que són bastant resistents al transport d’ions, ja que condueixen a un rendiment de descàrrega de baixa temperatura molt baix. Aquesta mezcla d’additius encara produeix capes superficials molt fines en els dos elèctrodes, i la seva resistència és baixa i no canvia gaire amb el cycling. Això s’aconsegueix gràcies als efectes sinèrgics d’aquests additius.

Les noves bateries també van mostrar una estabilitat del cycling a llarg termini als 25º C, mantenint-se en més del 85 per cent de la seva capacitat original després de 1.000 cicles. A més, a 60º C, les noves bateries van mantenir més del 60 % de la seva capacitat original després de 300 cicles, mentre que les bateries de ions de liti convencionals només mantenien al voltant del 10 per cent de la seva capacitat original.

Els científics pretenen validar aquests resultats en "bateries comercials de ions de liti en condicions de prova reals, per aconseguir que les companyies de bateries utilitzin els electròlits en els seus sistemes de bateries per a vehicles elèctrics. També esperen experimentar amb additius electrolítics per millorar altres aspectes del rendiment de la bateria, com ara augmentar la seva velocitat de càrrega i reduir la seva inflamabilitat.

Font: IEEE Spectrum

Electrònica de potencia en les xarxes elèctriques.

L'ús de l'electrònica de potència a les xarxes de distribució elèctrica, és una de les formes mitjançant les que la xarxa elèctrica s'està transformant en més digital i intel·ligent.

Font: De Lorenzo

L'electrònica de potència, basada en els sistemes electrònics de conversió d'energia o processadors estàtics d'energia elèctrica, cada vegada està més desenvolupada i preparada per ser un actiu com a part de la xarxa de distribució

En els propers anys, un percentantge important farà servir aquest tipus de sistemes com  una tecnologia fonamental facilitadora de la qualitat i eficiència de les SmartGgrids. Certament, s'està avançat molt cap a aquesta situació que va des dels variadors de velocitat pels motors elèctrics, que representen un ratio significatiu del consum d'electricitat al món. També mitjançant l'aprofitament d'altres solucions com  són  els FACTS (Flexible AC Transmission Systems), HVDC (High Voltage Direct Current), en xarxes de transport o distribució, o la instal·lació de convertidors de potència en plantes de generació eòlica, solar, per a vehicles elèctrics i per alimentar el transport ferroviari.

Font: UPC School

També les tecnologies dels projectes SmartRuralGrid, INVADE i RESOLvD   instalades en les xarxes de distribució,  són un clar exemples per aquestes tecnologies que ja estan començant a ser presents des de la generació fins al consum, tant en les xarxes de transport com de distribució.

Les xarxes requereixen de la màxima qualitat. Les congestions, els problemes derivats de l'aletoritat dels fluxos i de capacitat, deixaran de ser resolts mitjançant les inversions en noves línies elèctriques ja que l'incremetn de la generació distribuïda i els canvis de perfils dels consums provocats pels vehicles elèctrics i també les comunitats energètiques, portaran a que l'increment de costos, les limitacions de pressupost i retribució, o el respecte amb el mediambient facin que el procés sigui dia a dia més complicat, amb més costos i a més llarg termini. 

Les solucions dels equips bassats en electrònica de potencia,  estan començant a ser una alternativa de manera que, són una de les 11 tecnologies de les properes dècades, on serà clau  l'electrònica de potència en les xarxes elèctriques del futur, que ja estan molt aprop.

Font: Energias Renovables.

Altrament i a mesura que la penetració renovable va creixent a les xarxes elèctriques, les centrals de fonts renovables, han d'avançar des d'una posició en la que necessitin el suport de la generació convencional per així, participar activament en els mercats i acabar sent la capacitat base d'una generació elèctrica sostenible. 

 Aquest fet ressalta la necessitat d'una integració avançada d'aquest tipus de centrals en el sistema i en el mercat. Si el paper de la predicció és molt important per a la integració de les renovables, també ho és l'estabilització i, finalment, l'emmagatzematge. Per això, s'han creat els codis de xarxa que s'han de complir, amb característiques de qualitat de xarxa, de resposta davant caigudes de tensió, de regulació de potència reactiva per a suport a la xarxa, participant en regulació i mercats d'ajust. 

La innovació en l'electrònica de potència i el control esstà permetent complir cada vegada més requisits i aportar serveis complementaris als operadors del sistema.

Font: Smartcity

En els projectes anteriorment esmentats, l'ús dels equips de electrònica de potencia amb un disseny de control i gestió de la xarxa a on estan instal·lats conjutament amb les bateries, permten un control dinàmic tant de potència reactiva com de potència activa, de manera independent.

Mitjançant el control de la potència reactiva, s'aconsegueix l'estabilitat de tensió amb una alta capacitat dinàmica. D'altra banda, controlant la potència activa, fa possible altres opcions com podria ser:

• Permetre lliurar l'energia activa en funció del preu d'electricitat,

• Realitzar el balanç de les variacions en la generació de fonts renovables distribuïdes,

• Ampliar les possibilitats de participar en la regulació secundària i altres mercats d'ajust a la generació eòlica i solar,

• Emmagatzemar energia, pot evitar inversions en línies reduint el pic de demanda.

En definitva, la força dels mercats elèctrics, demanda  una forta i profunda transformació que permeti l'optimització dels sistemes, per augmentar la rendibilitat, l'eficiència, la capacitat i la fiabilitat de les xarxes. 

Font: Mathwords

Aquests nous reptes requereixen de noves eines que a més funcionin de forma integrada en una xarxa més interactiva. Els avenços en tecnologies d'electrònica de potència i la seva sofisticada integració  en els sistemes elèctrics permeten fer-ho realitat, convertint la xarxa convencional en una xarxa intel·ligent que es podria dir "Electrònicament potenciada"  conuntament amb tots els aspectes necessaris relacionats amb la gestió del canvi per obrir les mires en un entorn que serà molt difrerent al que ha estat fins avui.

Ramon Gallart

El primer tren d'hidrògen.

HydroFlex és una iniciativa conjunta del Centre de Recerca i Educació Ferroviària de la Universitat de Birmingham (BCRRE) i de la companyia ferroviària britànica Porterbrook. 

Aquest equip van mostrar un tren de quatre vagons propulsat per hidrògen (HydroFlex) en un centre de proves de ferrocarril a Warwickshire, on els aficionats al ferrocarril es van reunir per veuro'l. Els investigadors van comentar qie està previst provar el HydroFlex a la xarxa ferroviària del Regne Unit a finals del 2019, amb finançament del Departament de Transports.

A mesura que els països i les ciutats treballen per millorar la qualitat de l’aire i lluitar contra el canvi climàtic, els ferrocarrils s’han convertit en una altra frontera per a tecnologies de zero emissions. 

Molts sistemes ferroviaris de tot el món, continuen depenent de xarxes motrius dièsel-elèctriques, cosa que comporta emissions. Al Regne Unit, els funcionaris de transport es van comprometre recentment  a eliminare les locomotores dièsel del país, el que significa uns 3.900 trens, cap al 2040.

Per frenar l’ús de gasoil, els operadors ferroviaris poden electrificar xarxes amb línies de catenària o conductors de tercers carrils. (Al voltant d’ una tercera part de les rutes del món ja estan electrificades; a Europa, Japó i Corea, el percentatge és més elevat: al voltant del 60%). Tanmateix, la conversió de les vies existents pot ser prohibitiva, sobretot quan es tracta d’una llarga distància donat que, les xarxes d'utilització requereixen una nova infraestructura. Com els costos dels mòduls de pila de combustible i de les bateries continuen disminuint, els trens d'hidrogen estan guanyant força.

Foto: Alstom

A Alemanya, dos d'aquests trens de passatgers van entrar en servei  a finals de l'any passat. Alstom, el fabricant que els va crear, ha anunciat recentment que construirà 27 trens més dels seus models Coradia iLint per a les vies europees i està desenvolupant un model independent per al Regne Unit. Japó i Corea del Sud estan planejant trens d'hidrogen, i als Estats Units,  a Califòrnia i Carolina del Nord segueixen projectes per convertir els trens de passatgers en aquesta tecnologia.

Font Centre de Recerca i Educació Ferroviària de Birmingham / IEEE Spectrum

HydroFlex en un centre de proves de ferrocarril a Warwickshire, Anglaterra, al juny del 2019.

HydroFlex és un model híbrid, dissenyat per obtenir la major part de la seva potència de catenaries o de tercers rails, amb la pila de combustible en els segments que no hi ha cap de les dues opcions, segons BCRRE. Dels quatre vagons convertits del tren, es conserven totes les coses bones:  un mòdul de cèl·lules de combustible de membrana d'intercanvi de protons de 100 quilowatts ; 200 kW de bateries de ions de liti; i 20 quilograms d’hidrogen, emmagatzemats en quatre tancs d’alta pressió.

Font: IEEE spectrum.

Estacions de recàrrega per vehicle elèctric.

Des dels darrers deu anys, el nombre de vehicles elèctrics (EV) ha augmentat significativament. Això es deu a la nova tecnologia avançada especialment en el disseny de motors elèctrics i també en les polítiques governamentals per reduir el nombre  de motor de combustió que estan produint petjada de carboni a l'atmosfera. 

Com a conseqüència, cada cop, més i més països de tot el món, com ara el Regne Unit, han pres la iniciativa de reduir la dependència de l’ús de vehicles amb motors de combustió interna per combatre aquest problema. A causa dels motius esmentats anteriorment, l'EV es convertirà aviat en l’enfocament principal en els canvis en el transport. A més, la majoria dels aspectes dels VE, com ara la càrrega / descàrrega de la bateria, la gestió de l'energia de la bateria per conduir el motor elèctric o viceversa, els conceptes de Vehicle to Grid (V2G) o Grid to Vehicle (G2V) són ben estudiats pels investigadors de tot el món. Tanmateix, s'ha dedicat menys atenció als problemes relacionats amb les estacions de càrrega.

Font: Factordaily.com

Com és conegut, l’estació de càrrega EV consisteix només en una topologia del convertidor de potència. A continuació, es connecta a la xarxa elèctrica existent mitjançant un rectificador i un convertidor de CC per transferir l'energia entre el EV a la xarxa elèctrica existent o viceversa, però sempre pot romandre l'estabilitat dels processos. A tall d’exemple, quan el EV es connecta a l’estació de càrrega, el comportament de l’estació de càrrega canviarà en funció de l’operació del convertidor, ja sigui en mode de rectificació o inversor al EV. Per tant, el EV veu el convertidor de potència com a font d’entrada no lineal durant el mode de rectificació. Mentrestant, la bateria EV contribuirà activament a la variació de freqüència / alteració del sistema de xarxa elèctrica si no es controla. 

En aquest cas, si la xarxa està perturbada contínuament, els fluxos d’energia entre la xarxa i la bateria no poden ser consistents per proporcionar una condició de càrrega ràpida per al EV. Aquest problema no només afecta els fluxos d’energia, sinó que també redueix el factor de potència i la freqüència de la xarxa disponible de la xarxa. Per tant, és important que el EV es comporti com un control de freqüència primària contínua al costat de la xarxa que no interromprà l’estabilitat de la xarxa.

Font: Google

Mentrestant, com es veu des de la perspectiva EV,  també és essencial la capacitat de donar una alta resposta a l'estat de càrrega (SOC) de la bateria. No obstant això, ara cal tenir en compte una consideració per a qualsevol injecció harmònica deguda a la impedància de línia a la manera de rectificació de la bateria EV. 

Aquest problema no només afecta els fluxos d’energia, sinó que també redueix el factor de potència i la freqüència de la xarxa. Per tant, és important que el EV es comporti com un control de freqüència primària contínua al costat de la xarxa que no interromprà l’estabilitat d'aquesta.

Per exemple, una estació de càrrega EV no crea un problema significatiu, però quan es connecten centenars d’estacions de càrrega al mateix punt d’acoblament comú (PCC), es crea un problema important. Aquí sorgirà un gran problema per l’estabilitat de la xarxa gràcies a la fluctuació de freqüència i també a la reducció del factor de potència al PCC. Per tant, és necessari assegurar-se que l'estació de càrrega EV pot minimitzar aquests impactes a la xarxa elèctrica proporcionant un factor de potència d'alta qualitat, amb una restauració de freqüència flexible i mentre, es pugui carregar la bateria del EV en molt poc temps. Diversos investigadors han suggerit utilitzar convertidors de potència en dues etapes o controladors de dues etapes. 

Els convertidors de potència de dues etapes es fabriquen combinant el convertidor (rectificador) amb un convertidor de CC abans de connectar-se al EV per mantenir el SOC de la bateria durant la càrrega, mantenint la tensió per a la qualitat de la xarxa elèctrica. També pot millorar el cicle de vida de la bateria abans de ser saturada. A més, aquesta configuració necessita controladors de doble bucle per als convertidors per rectificador: 

Font: Fmcable.com

1.- Ha de mantenir la tensió d’enllaç de CC a l’entrada del convertidor de CC utilitzant el control de bucle de tensió exterior i 

2.- Ha de tenir un control de flux de corrent com a control de bucle interior per mantenir el factor de potència al nivell de la xarxa elèctrica.

 A causa de la complexitat dels controladors que han de mantenir el guany d’estabilitat i el circuit de dos convertidors alhora. La millor solució és utilitzar només un convertidor de potència i un bucle de control on ha de ser capaç de mantenir la càrrega i la tensió al EV a un ritme constant i al mateix temps controlar la qualitat del corrent de la xarxa. 

La idea és implementar la formulació de control del convertidor sincrònic de motor proposada en qualsevol control de tensió amb una solució de qualitat de potència i una restauració de freqüència,  més ràpida. Mitjançant l’aplicació d’aquesta idea, es preveu que la font d’energia elèctrica i la xarxa elèctrica es beneficiaran d’una potencia de bona qualitat, mentre que al mateix temps el motor elèctric serà el principal driver de la pròxima generació d’energia al sistema elèctric per al futur. 

Font: IEEE SmatGrids