Planificació de la càrrega de vehicles elèctrics que circulen per les autopistes.

La planificació i disseny adequat del sistema de càrrega en moviment per a vehicles elèctrics, té el potencial de permetre que els vehicles realitzin un viatge que suporti les càrregues (rang de conducció il·limitat i temps d'aturar el cotxe, nul) amb un cost global mínim. 

Hi ha un equilibri entre la potència del sistema i la cobertura de la carretera. El sistema de baix consum requereix electrificar una gran longitud de carreteres, cosa que augmenta el cost de la infraestructura. Un sistema d’alta potència requereix components potents, que podrien ser inviables a causa de les limitacions tecnològiques.

Font: Ecolventos

El mercat de vehicles elèctrics (EV), està creixent ràpidament a causa dels avantatges que ofereixen en termes de seguretat, comoditat, economia de combustible, cost operatiu, manteniment i emissions. Tanmateix, els principals reptes per a l'adopció dels vehicles electrics són el límit de les hortes de conducció i el temps llarg que cal per la recàrrega. Els EV actuals, tenen com a objectiu una autonomia de250 - 450 km i un temps de recàrrega que oscil·la entre els 30 minuts i gairebé un dia complet, depenent de les tecnologies de la bateria i el carregador. Una manera de superar aquests reptes és instal·lar una gran bateria en el cotxe i una capacitat de càrrega estacionària (durant la nit) per fer la recàrrega. Aquest carregador estacionari pot ser de corrent alter o corrent continu o per inducció sense cables gràcies a la tecnologia de transferència inductiva de potència (IPT) o tecnologia de transferència de potència capacitiva (CPT)], tal com s’indica a la figura 1.

Una gran bateria, augmenta  els costos d’explotació del vehicle i requereix carregadors ràpids  perestar un temps raonable per fer una recàrrega. Una altra solució és desplegar una càrrega en ruta de manera que un EV es pugui carregar durant les seves parades o fins i tot, mentre es mou. Ambdues tecnologies, la dinàmica i la  quasi dinàmica, poden ser amb cables  o sense cables, tal com es descriu a la figura 1. Aquesta solució té el potencial d’ampliar de forma considerable el rang de conducció, permetre l’ús d’una bateria a bord més petita (amb la qual cosa es redueix la el cost, la mida i el consum d'energia del vehicle), i teòricament eliminar el temps d’inactivitat de la recàrrega (mitjançant la realització d’operacions de suport de càrregues contínues). La càrrega quasi dinàmica, és ideal per a carreteres secundàries per la disponibilitat de parades transitòries i zones de conducció de baixa velocitat. En aquest cas, un vehicle podria recuperar energia suficient amb una infraestructura de càrrega de baixa potència i poca cobertura. Tanmateix, a les autopistes amb una conducció contínua i a gran velocitat, només és possible amb la càrrega en moviment. La càrrega en moviment és una tecnologia que permet a un EV carregar la seva bateria durant el moviment mitjançant l'electrificació de la calçada, ja sigui mitjançant línies elèctriques  amb pantògraf, rails conductors amb contactes lliscants o tecnologia de càrrega per inducció i sense fils, tal com es mostra a la Fig-1.

Fig. 1: Tecnologies de càrrega EV.

Planificació del sistema de càrrega en moviment.

Independentment de la tecnologia d’electrificació per carretera, un disseny adequat del sistema de càrrega dinàmic, pot permetre als EVs realitzar una operació que suporti la càrrega amb un rang il·limitat i temps sense necessitar aturar per carregar utilitzant una petita bateria a bord. A més, pot reduir significativament el cost de la infraestructura  associada als convertidors de potència, materials, treballs d’estructura, instal·lació, etc., i el cost del vehicle associat a la mida de la bateria i al nombre de vehicles de la flota a causa de l’augment de les hores d’operació.

Teòricament, l'energia subministrada per un carregador en moviment és funció de la potència del carregador, la longitud del trajecte i la velocitat de conducció. Per a les necessitats d’un determinat vehicle (energia i velocitat), es pot instal·lar un carregador d’alta potència, de poca cobertura o un sistema de baixa cobertura de baixa potència. El primer mostra un elevat cost unitari, un nombre reduït d’unitats, un elevat cost de la bateria i un baix cost de construcció. Aquest últim experimenta el contrari. Per tant, la planificació adequada del sistema és crucial per decidir el nivell de potència adequat, la cobertura de la carretera, la capacitat de la bateria i ubicació i longitud dels segments electrificats. Els objectius principals per al disseny del sistema, són permetre que els EV realitzin una operació que suporti càrregues amb un cost global mínim. Per tant, es desenvolupa un model d’estimació d’energia lineal per a l’operació que suporti la càrrega, tenint en compte la dinàmica i la potència del carregador del vehicle, tal com es mostra a la Fig. 2. En aquest cas, la bateria del vehicle manté un nivell d’energia fixa amb una finestra de funcionament amb un SOC estret ( ΔSOC = 10-20% ). El model inclou kWh / milla del vehicle, velocitat de conducció, capacitat de bateria ( Qb ), longitud del segment electrificat [ LE (milla)] i potència del carregador ( PC ).

Fig. 2: Model d'energia lineal per a l'operació que manté les càrregues.

Entre les diferents tecnologies de càrrega en moviment, la càrrega dinàmica sense fils presenta més avantatges respecte a altres:

1) és interoperable de manera que es pot utilitzar el mateix sistema amb vehicles diferents,

2) és automàtic i senzill en funcionament,

3) no funciona. no té impacte visual, i

4) és més segur a causa de l'eliminació de conductors energitzats exposats i la connexió mecànica.

S’aconsegueix una anàlisi de planificació del sistema de suport dinàmic de la càrrega sense cables dinàmica mitjançant la resolució del model de suport de càrregues a la figura 1 per a vehicles de passatgers a les autopistes, com la major quantitat de quilòmetres de vehicles recorreguts als EUA. La velocitat mitjana de kWh  i la velocitat de conducció dels vehicles es calcula mitjançant les dades reals disponibles al Laboratori Nacional d'Energies Renovables (NREL).

La relació entre els paràmetres de dissenys claus del sistema ( δ, Pc i Qb ) es descriu a les Figs. 3-5. A una capacitat de bateria fixa ( Qb = 30 kWh), la cobertura de carretera del sistema és inversament proporcional al seu nivell de potència (Fig. 3), cosa que significa que un sistema d’alta potència requereix menys cobertura de carretera i menys construcció i materials, però unitats més cares.

Fig. 3: Cobertura de la carretera respecte a la potència de càrrega @ Q b = 30kWh

La variació de la cobertura de la carretera amb la capacitat de la bateria per a una potència de càrrega fixa ( Pc = 100 kW) es presenta a la Fig. 4, que mostra una relació proporcional lineal. L’augment de Qb requereix més cobertura de carretera per compensar l’augment del consum d’energia del vehicle. A la figura 5 s’analitzen els tres paràmetres de disseny que mostren que augmenta. La reducció de PC i la reducció de Qb comporta la menor cobertura viària i el cost d'infraestructura. Tanmateix, aquesta configuració del sistema requereix una bateria que pugui suportar una taxa de càrrega molt elevada, cosa que pot ser inviable.

Fig. 4: Cobertura de la carretera respecte a la capacitat de la bateria @ P c = 100 kW.

Fig. 5: Cobertura de carretera, energia de càrrega i capacitat de bateria.

Conclusió

S'han introduït les diferents tecnologies de càrrega per als SVE, incloses les estacionàries, dinàmiques i quasi dinàmiques. S'ha vist que és important els reptes del disseny del sistema de la càrrega dinàmica mitjançant un model energètic lineal per al funcionament que suporti la càrrega. Com a cas d'estudi, cal estudiar la planificació de la càrrega dinàmica sense fils per als turismes a les carreteres. Els resultats mostren que un sistema de baixa potència requereix una cobertura vial elevada, cosa que augmenta el cost de la infraestructura. Un sistema d’alta potència pot reduir significativament la cobertura de la carretera, però requereix components potents (convertidors i bateria), que poden ser inviables a causa de les limitacions de la tecnologia

Font:IEEE Smart Grid

Què passa per les nits amb l'excedent de la generació de les fonts renovables?

Aquest excedent,  porta al anomenat preu negatiu del mercat energètic. La solució podria passar per fer possible emmagatzemar tota l’energia renovable en forma d’hidrogen mitjançant un simple procés químic anomenat electròlisi.

Un senzill procés químic proporciona opcions de transport més net. De les lliçons bàsiques de química, es sap que quan es divideix una molècules d’aigua amb corrent directe, s'obté hidrogen i oxigen per separat. Aquest procés s’anomena electròlisi. Aquest senzill procés produeix hidrogen per a aplicacions de transport com serien els vehicles de combustible (FCV). Cada cop és  més popular perquè la major penetració de les renovables porta a preus negatius, cosa que significa que els consumidors podrien penalitzar per produir amb fonts renovables. Quan això passa a última hora i a primera hora del matí, la demanda d’electricitat no és elevada. Així, en lloc de reduir aquest excés d’energia, es podria emmagatzemar com a hidrogen.

Font: EIA "La generació elèctrica renovable dels EUA s'ha duplicat des del 2008"

 

Els membres de la FCHEA Toyota i Fuel Cell Energy van anunciar la instal·lació d’una central elèctrica de  megawatts al Port de Long Beach, a Califòrnia, que generarà, no només electricitat, sinó també, combustible d’hidrogen 100% renovable, a través del biogàs a partir de residus lactis de bestiar boví. Toyota comprarà l’hidrogen per als seus cotxes amb piles de combustible i camions de gran pes que s'utilitzen al port.

Amb les  cada vegada més grans quantitats de fonts renovables a la  xarxa elèctrica, la necessitat d’emmagatzemar hidrogen només augmentarà,  quan els vehícles electrics i e la mobilitat utilitzin energies netes. La tecnologia d’emmagatzematge d’hidrogen per als vehicles amb pila de combustible no és nova . A causa de la gamma dels FCV, l'adaptabilitat i el temps de recàrrega, hi ha investigacions que proposen les piles de combustible com dominants de la indústria automobilística.

A partir dels preus negatius que es produeixen als mercats energètics, quan hi ha massa oferta i poca demanda conjuntamente amb més renovables a la xarxa elèctrica, es quan produeixen més casos de preus negatius. Això iomplica un cost per a la xarxa elèctrica. Per tant, cal una aplicació que redueixi aquest cost. El preu negatiu proporciona una aplicació pràctica com podrai ser la de fer més interconnexions de transport d’alta tensió, però requereix temps i diners, fins i tot si la indústria està d’acord amb qui ho ha de pagar.

Font: Departament de Supervisió del Mercat, CAISO. Juny de 2018

Per exemple, si s'observa la xarxa de Califòrnia, on hi ha l'objectiu d’arribar al 50% de les seves necessitats elèctriques d’energia siguin renovable per al 2030, serà possible perquè Califòrnia disposarà del 33% del fonts  renovables per aquest 2020. La capacitat instal·lada d’energia solar és aproximadament del 25% de la demanda màxima de Califòrnia .

La producció d'energia renovable, és a dir, la solar, es va reduir per l'operador independent del sistema (ISO) de Califòrnia. Quan hi ha preu negatiu, el que es far és, disminuir la generació de renovables. 

Aquest preu negatiu, no passa només a Califòrnia, això passa allà on hi ha renovables connectades al sistema i on hi ha transparència de preus a causa del mercat energètic. Com que, cada vegada hi han més estats nord-americans en mercats organitzats que adopten legislació sobre energies netes (per exemple, Minnesota a MISO, Nova York a NYISO i Massachusetts a ISO-NE), sorgiran preus negatius. I els preus negatius condueixen a la reducció de les renovables perquè la major part de la producció renovable es produeix quan la demanda és baixa. Per això es proposa utlitizar aqeustes valls de consum per fer electròlisi i així, poder emmagatzemar aquesta energia elèctrica en hidrogen per ser usat en la mobilitat, per exemple, per vehicles amb pila de combustible.

Estats com Califòrnia, lideren la indústria, atraient així grans noms com Toyota. D’aquí que els preus negatius com a conseqüència d’una major penetració de les renovables proporcionin un camí clar per a opcions de transport més netes. 

Font:IEEE Smart Grids

Com influencien les persones en l'ús energètic.

Cada com més, les investigacions mostren que el comportament dels companys tenen una significativa  influència  en les decisions energètiques d’un individu, tant si es tracta d’instal·lar plaques solars com de comprar un vehicle híbrid. En definitiva, les opcions d’energia personal podrien ser contagioses.

Però, el per què es produeix  això, no està clar. .De fet, en un estudi realitzat per un equip interdisciplinari d’estudiosos, inclòs un economista de la Yale School of Forestry & Environmental Studies (F&E), revisa els darrers resultats sobre el paper de la influència social i il·lustra les vies a través de les quals es poden utilitzar aquestes idees per promoure-les com opcions d’energia més sostenibles.

L'evidència sobre la influència dels companys en l'energia ha estat  augmentant, però la gent no ha connectat amb les teories en psicologia social que podrien ajudar a entendre més profundament el funcionament de la persuasió, com funciona el "boca-orella" i quins són alguns dels canals. quina influència entre iguals i amb quin impacte.

Es vol fer un pont entre aquests camps de les literatures perquè sigui possible entendre millor com funcionen els efectes dels pares i la seva influència, per què funcionen i per què són tan potents.

El treball revisa les beques existents que es duen a terme en diverses disciplines, incloses l’economia, el màrqueting, la sociologia i la psicologia, sobre la influència dels efectes dels companys. A través d'aquests diferents camps, s'ha trobat una tendència bàsica perquè les conductes relacionades amb l'energia dels individus estiguin influïdes pels membres d'un grup d'iguals; de vegades aquesta influència és un factor encara més important que el cost o la comoditat.

Font: Universitat de Yale.

Per exemple, diversos estudis han demostrat que les possibilitats que un individu decideixi instal·lar plaques solars augmenta a mesura que s’instal·lin més panells al seu barri o regió. 

Per entendre millor per què passa això, cal aprofundir en dues àrees de recerca sobre la influència entre iguals que ofereixen visions importants:

1. Comunicació i persuasió interpersonal: Que poden incloure l'observació de les opcions d'energia (com ara veure panells solars al terrat d'un veí), la comunicació en "boca-orella" la influència dels líders de confiança de la comunitat.

2. Influència social normativa: Relativa a que  les normes socials es comuniquen passivament com a estàndards compartits que limiten o guien el comportament dins d’un grup.

La mesura sobre la influència entre iguals depèn de diversos factors, aquests inclouen les característiques de l’individu en qüestió (quant han considerat prèviament un comportament?), La força de la seva relació amb els seus companys, com l’individu aprèn de la conducta dels companys (per exemple, mitjançant converses, observacions o comparacions socials), i la profunditat en què es processa la informació apresa. Basant-se en la revisió de la literatura, s'hipotequen que algunes combinacions d'aquests processos són més propensos a produir efectes entre iguals en energia que d'altres, depenent del comportament objectiu.

Font: Environmental news network

Per exemple, s'espera que el comportament dels companys tingui un impacte mínim quan un individu ja té fortes creences sobre el comportament en qüestió. Si no tenen opinions fortes, la influència entre iguals pot ser més potent.

A més, l'efectivitat dels diferents tipus d'influència entre iguals pot dependre de la dificultat del canvi de comportament. Rebre un informe energètic de la llar que demostra que es consumeix més energia que els veïns, pot ser suficient per fomentar la conservació diària. no obstant això, es sospita que és menys probable que s'estimuli la inversió en béns duradors com els vehicles elèctrics o les PV al terrat.

En el cas de costos elevats el comportament de la gent , és més probable que segueixi el mateix quan hagin tingut l'oportunitat de parlar amb els propietaris que van prendre la decisió d'adquirir aquestes tecnologies. Amics i familiars es troben sovint entre les fonts d'informació més confiables, les polítiques i programes que busquen promoure tecnologies baixes en carboni poden beneficiar-se de l’ajuda dels companys que ja els han adoptat.

Es  suggereix, que les futures investigacions haurien de centrar-se en identificar quan durant la presa de decisions la influència social té més impacte. També es demana una investigació més transversal sobre el paper dels efectes entre iguals.

Hi ha  poques converses a través de les disciplines sobre com les visions de la psicologia social i altres àmbits apuntalen realment els resultats amb més influència de les noves tecnologies i comportaments energètics. Una interacció més gran entre aquestes disciplines podria millorar la comprensió de per què funcionen els efectes dels companys i com es pot aprofitar per aconseguir opcions d' energia més sostenibles.

Font: Universitat de Yale

Hivernacles amb balanç zero energetic.

Molts hivernacles podrien convertir-se en consumidors neutres de l'energia mitjançant l'ús de panells solars per generar energia, sobretot a partir de la longitud d'ona de la llum que les plantes no utilitzen per a la fotosíntesi. Aquests són els resultats d’un nou estudi de modelització realitzat per investigadors d’enginyeria, biologia vegetal i física de la North Carolina State University.

Vídeo

Les plantes només utilitzen algunes longituds d'ona de la llum per a la fotosíntesi i la idea és crear hivernacles que facin energia a partir d'aquesta llum que no es fa servir alhora que permet passar la major part de la banda fotosintètica de llum. Es podria fer, utilitzant cel·les solars orgàniques, ja que permeten ajustar l'espectre de llum que absorbeix la cel·la solar, de manera que es podria centrar en l'ús de longituds d'ona majoritàriament de llum que les plantes no utilitzen. No obstant això,  fins  ara no està clar quina quantitat d'energia es podria obtenir en un hivernacle si utilitzés aquestes cel·les solars orgàniques semitransparents i selectives de longitud d'ona.

Font: North Carolina University

Per respondre aquesta qüestió, els investigadors van utilitzar un model computacional per estimar quina energia podria produir un hivernacle si tingués ce·les solars orgàniques semitransparents al seu sostre i si aquesta energia seria suficient per compensar la quantitat d’energia necessària per funcionar de manera efectiva. El model es va desenvolupar per estimar l’ús d’energia per a cultius dels hivernacles de tomàquets a localitzacions d’Arizona, Carolina del Nord i Wisconsin.

Una gran part de l' ús d'energia als hivernacles prové de la calefacció i la refrigeració, de manera que aquest model es va centrar en el càlcul de la càrrega energètica necessària per mantenir el rang de temperatura òptim per al creixement del tomàquet. El model també va calcular la quantitat d'energia que produiria un hivernacle a cada ubicació quan es col·loquessin cel·les solars al seu sostre.

Font:Peggy Mauk

El modelatge és complex perquè hi necessita d'un complex equilibri entre la quantitat de potència que generen les cel·les solars i la quantitat de llum de la banda fotosintètica que permeten passar. Bàsicament, si els productors estan disposats a sacrificar quantitats més grans de creixement fotosintètic, es podria generar més potencia.

És més, les cel·les solars utilitzades per a aquest anàlisi són aïllants efectius, ja que reflecteixen la llum infraroja. Això ajuda a mantenir els hivernacles més freds a l’estiu, alhora que atrapa més calor a l’hivern.

El resultat final és que, l’efecte hivernacle es podria reduir poc, especialment per a hivernacles en zones amb climes càlids o temperats.

Font: Univertiat de California

Per exemple, a Arizona, els hivernacles podrien convertir-se en neutres en l’energia —no necessiten cap font externa d’energia—, tot bloquejant només el 10% de la banda de llum fotosintètica. Tanmateix, si els productors estan disposats a bloquejar més llum fotosintètica, podrien generar el doble d’energia que necessiten per fer funcionar l’hivernacle. A Carolina del Nord, un hivernacle podria convertir-se en neutre en energia bloquejant el 20% de la llum fotosintètica. A Wisconsin, els hivernacles no podrien convertir-se en neutres en l’ús de les cèl·lules solars semitransparents: mantenir l’hivernacle calent a l’hivern requereix massa energia. No obstant això, les cel·les solars podrien satisfer el 46% de l' efecte hivernacle 's d'energia demanda.

Font: North Carolina State University.

Primer llenguatge de programació en idioma xinès clàssic.

Dsiponible el primer llenguatge de programació del món basat en el idioma xinès clàssic. Els primers voluntaris ja han escrit desenes de programes, com un basat en un antic algorisme de la sort xinès .

Font: Lingdong Huang.  Una representació d'un programa escrit en wenyan-lang per dibuixar el conjunt Mandelbrot

El desenvolupador del nou llenguatge, Lingdong Huang, prèviament havia dissenyat una pintura de paisatges xinesos generada per ordinador. També va ajudar a crear la primera - fins ara - única òpera xinesa generada per la Intel·ligència Artificial (AI) . Es va graduar amb llicenciatura en informàtica i art a la Carnegie Mellon University al desembre.

Després de presentar la idea del nou llenguatge, el wenyan-lang , ara farà un any, Huang va acabar el nucli del llenguatge durant el seu últim mes a l'escola. Inclou un renderitzador que pot mostrar un programa de forma que s’assembli a les pàgines de textos antics xinesos.

Lingdong Huang

Huang  té dotzenes de programes escrits en wenyan-lang, molts d'ells són implementacions d'algorismes matemàtics que es troben en antics llibres de matemàtiques xineses. Per exemple, pi_liuhui.wy recrea com la matemàtica del segle III dC Liu Hui, va calcular el nombre pi. Crt.wy és el teorema de la resta xinesa ,que va ser descrit als llibres xinesos abans del descobriment de Pascal.

Font: Lingdong Huang.Una representació del programa divination.wy escrit en wenyan-lang

Un dels programes preferits de Huang en wenyan-lang, és divination.wy. És l'algorisme de la fortuna descrit al I-Ching, el més antic dels clàssics xinesos. Wenyan-lang utilitza tant caràcters tradicionals xinesos com gramàtica xinesa clàssica. Un dels reptes del desenvolupament de la llengua era com el xinès clàssic no utilitza espais per dividir frases en paraules, de manera que la forma de dividir una frase és una tasca del lector i no de l'escriptor. Per exemple, si els lectors en anglès escriuen "pancakebatter", haurien de confiar en els seus coneixements previs per desxifrar-ho com a "pancake batter" i no "pan cake batter".

Per superar aquest repte, Huang assenyala que els llenguatges de programació només tenen una quantitat fixada de paraules clau. Per tant, wenyan-lang passa de la paraula clau més llarga a la paraula clau més curta de cada programa per desxifrar el que el programador vol.

A més de co-autoritzar el codi, ha de revisar el codi d'altres persones, avaluar detingudament tots els suggeriments i decidir si de veritat són funcions valuoses per a l'idioma o escriure respostes amigables per explicar per què no ho creu, en cas contrari.

Font: Lingdong Huang. Finestra de programació de Wenyan-lang i JavaScript corresponent.

Actualment, els col·laboradors de wenyan-lang treballen en compiladors per a Python, Ruby, JavaScript, C ++ i Java, biblioteques per a gràfics i la interfície gràfica d'usuari (GUI), a més d' un lloc on la gent pot autoritzar i compartir codi. El més important, es buscar maneres de construir una comunitat al voltant del llenguatge, això, podria esdevenir com a crític per a la seva continuïtat. Tot i l'entusiasme inicial, cal mantenir  el llenguatge viu per això cal que hi hagi una comunitat d'usuaris.

A més, Huang treballa en una guia introductòria de la programació en wenyan-lang que està escrita en xinès clàssic. Està fet al voltant del 40 per cent El públic objectiu del llibre es per si hi ha algú que no tingui experiència prèvia amb la programació. Tot i així, hauré de provar-ho amb l'esmentat públic per assegurar-me, ja que crec que algunes idees que són naturals per a mi potser no són òbvies. algú nou a la programació. "

Font: IEEE Spectrum

Les bateries i els incendis

Els sistemes d'emmagatzematge d'energia distribuïts (DESS) podrien contribuir en les activitats preventives pre-incendis, en respostes correctives i proactives durant el transcurs dels  incendis i en accions de restauració després d’incendis per reduir l’impacte dels incendis obre les xarxes elèctriques.

Durant els darrers anys, els incendis forestals han provocat danys i importants interrupcions  a les xarxes elèctriques. En el 2019, al voltant de 940.000 clients de 38 comtats del nord i de  Califòrnia Central, van estar sense servei elèctric a causa del risc d’incendi. Els incendis forestals de Tasmània a Melbourne, Austràlia, en el 2019 van provocar apagades, que van afectar a més de 30.000 llars i empreses. Per a això, és imprescindible explorar solucions per proporcionar un subministrament elèctric continu i fiable als clients en situacions d'incendi.

Font: T&D world

Els sistemes distribuïts d’emmagatzematge d’energia (DESS) podrien tenir un paper fonamental en la millora de la fiabilitat i la resiliència de les xarxes intel·ligents. Abans dels incendis i com a part de les activitats preventives per reduir els seus impactes, els DESS podrien ajudar a formar sistemes d’energia descentralitzats i a promoure la generació, emmagatzematge i control d’energia local independentment de la xarxa elèctrica principal. El funcionament intel·ligent dels DESS, són una millora per la flexibilitat de les xarxes i augmenten el grau de llibertat en la gestió del flux de la  potència elèctrica. Per tant, durant els casos  d’incendis, els DESS podrien facilitar les respostes correctives i proactives en termes d’assetjament del sistema i configuració de la xarxa. Finalment, després dels incendis, els DESS serien capaços de minimitzar l’impacte dels incendis sobre els clients, l’economia i el sistema, mitjançant l’assistència en accions de restabliment de les càrregues. Tot i això, encara hi ha alguns reptes a causa de les característiques i la naturalesa d’algunes de les tecnologies acctuals  d’emmagatzematge d’energia, com per exemple, el risc d’inflamabilitat i d’explosió de les bateries.

Abans dels casos d’incendis, amb l’objectiu de reduir l’impacte potencial, cal fer un conjunt d’accions preventives per augmentar la resiliència de la xarxa en termes de robustesa i recursos. L'integració dels DESS a les xarxes, es pot considerar com una d’aquestes accions preventives, si els DESS estan equipats amb mecanismes de control intel·ligents. L’energia emmagatzemada als DESS pot proporcionar una inèrcia virtual per a la xarxa i, per tant, augmentar la tolerància i la robustesa del sistema a sobtats disturbis o al desequilibri d’energia causats per incendis. Els DESS poden alliberar energia emmagatzemada de manera eficaç i oportuna, cosa que mitigarà les pertorbacions i amortirà la potencial inestabilitat del sistema. A més, els DESS podrien millorar la capacitat dels recursos per als clients que corren un gran risc de perdre el subministrament. 

Font: Greentech media

Durant les situacions d’incendis, les respostes proactives com ara la reconfiguració de la xarxa, l’aprofitament òptim de les càrregues i /o l’òptim enviament dels sistemes d’energia podrien minimitzar de forma efectiva l’impacte en casos d'incendis. El terreny comú per a totes les anteriors accions correctores, és resoldre el flux de potència òptim restringit per seguretat, que té com a objectiu optimitzar el funcionament de recursos i equips controlables modelant la flexibilitat de la xarxa i les limitacions del sistema. La incorporació dels DESS a les plataformes de les  xarxes intel·ligents, afegeix nous punts de control i relaxa algunes de les limitacions del sistema. Els DESS, augmenten la flexibilitat del sistema i amplien les opsions de solució:

 1) Facilitant la concordança entre l’oferta i la demanda, 

 2) Fent que els recursos renovables siguin despatxables,

 3) Augmentant el rang  de la variació de les càrregues,

Després de casos d’incendis, l’acció més important, és tornar a fer ràpidament que el sistema al funcionament normal. Els mètodes òptims  de restauració tenen com a objectiu minimitzar el temps, minimitzar la pèrdua de potència activa i maximitzar la càrrega servida. Durant el procés de restabliment del sistema d’energia a causa de la seva vulnerabilitat, la insuficient capacitat de regulació i la capacitat de generació limitada, el procés de restauració es realitza de forma seqüencial i gradual al llarg del temps, que normalment és lent. 

Font: Clean Technica

La flexibilitat en la càrrega i descàrrega del DESS, podria ajudar a mantenir constantment l’equilibri oferta-demanda en el procés de restablir i accelerar la normalització del sistema elèctric afectat. A més, en el procés d’entrega d’energia, els DESS podrien proporcionar energia local i reduir les pèrdues d’energia a les línies elèctriques. Com que els DESS es distribueixen pel sistema, l’accessibilitat als recursos després de casos d’incendis pemetrien augmentar la quantitat d'energia servida. A més, els DESS podrien actuar com a recursos de recuperació després d'una falla del sistema elèctric, o bé, la seva energia emmagatzemada es podria utilitzar per iniciar seqüències  d'acoblament de generadors  després d'una falla per poder assumir càrregues més gran. Els DESS es poden fer servir com a càrregues durant  el procés que cal per reduir consum a la xarxa de transport, cosa que minimitza una possible sobretensió als extrems d'aquestes línies  i també redueix, els problemes d’autoexcitació en els generadors. A més, a la primera fase i durant el procés de restauració, la distribució dels fluxos d’energia pot ser força desigual.  

Malgrat les contribucions positives dels DESS en la reducció dels impactes dels incendis forestals a les xarxes elèctriques, el desplegament de tecnologies d’emmagatzematge d’energia, inclou algunes preocupacions. L'explosió i el foc a la instal·lació d'emmagatzematge de les  bateries de 2 MW a la subestació McMicken a l'oest de Fènix han fet aparèixer preocupacions sobre els reptes i els riscos del desplegament de les tecnologies d'emmagatzematge de bateries donada  la seva inflamabilitat i característiques explosives. A més,  les piles de combustible, tots els combustibles adequats que s’utilitzen a les cel·le s’incendien fàcilment i representen, per tant, un important risc d’incendi i explosió. 

L’Associació Nacional de Protecció contra Incendis (NFPA) ha publicat el NFPA 855, que és l’estàndard per al desplegament de sistemes d’emmagatzematge d’energia estacionaris, que cobreix els perills de seguretat contra incendis i la vida associats als sistemes d’emmagatzematge d’energia.

El  NFPA 855 s’ha de seguir per assegurar  una instal·lació tingui un funcionament segur amb diferents tecnologies d’emmagatzematge d’energia, especialment en aplicacions relacionades amb casos d'incendis forestals. 

Font: IEEE Smart Grids

Emmagatzematge d’energia per millorar l’estabilitat de la freqüència en un sistema d’energia.

Els recursos energètics  variables i distribuïts (DER) estan guanyant quota de mercat ja que, la relativa quantitat de generació tradicional va disminuint.

 Un dels impactes dels recursos del canvi en el mix energètic, és la pèrdua de la inèrcia per estabilitzar la xarxa. A mesura que la  DER desplaça la generació síncrona, pot haver-hi moments amb insuficiència d’inèrcia al sistema fins a:

1) Disminuir la freqüència fins provocar una falla i, 

2) Estabilitzar la freqüència del sistema després d’una pertorbació del sistema  elèctric. 

D’altra banda, hi ha alguns DER, que inclouen una resposta de la demanda adequada que conjuntament amb l’emmagatzematge d’energia, poden fer front a recuperar desviaments de la  freqüència del sistema d’energia, ampliar els marges d’estabilitat de la freqüència i millorar la fiabilitat general de la xarxa. Tanmateix, el fet de proporcionar suport inercial estabilitzant la xarxa mitjançant l'estalvi d'energia no és encara una pràctica habitual en el sector.

Font: NosoloIngenieria

Actualment s’estan desplegant sistemes de bateries per l’emmagatzematge d’energia  (BESS) amb inversors compatibles amb la xarxa (per exemple, conformes amb la UL-1741-SA). Aquests BESS poden canviar la direcció i el nivell de la potència de forma molt ràpida (per exemple, en 50 ms), alhora que proporcionen una energia de sortida molt precisa gràcies a la forma en que actua el control. Per tant, és possible donar suport  a la xarxa  des del BESS, sempre que sigui possible aprofitar l'emmagatzematge  d'energia de la bateria amb inversors adequats. Tot seguits descriu un concepte de control BESS amb anàlisi de suport, que il·lustra un BESS que s'aplica  per augmentar l'estabilitat de la xarxa, com es mesura mitjançant un millor recuperació de la freqüència després d'una pertorbació en la xarxa elèctrica.

Concepte de control de danys en freqüència activa

Aquest concepte, aprofita els atributs de rendiment del modern control ràpid de la potència ràpida, flexible i precisa ( de les inicial en angles BESS) que funciona sinèrgicament amb els tradicionals generadors rotatius i/o els generadors d’energia renovable moderns amb un interfície inversora. El resultat d’aquest esquema de control, és el suport millorat de l’estabilitat de la freqüència modulant la sortida de la potència del BESS en coordinació amb un generador rotatiu acoblat elèctricament i / o un generador estàtic / inversor.

L’esquema de control del BESS detecta i després utilitza la mesura de la freqüència del sistema fora de valor nominal com un variable de control d’entrada. L’altra entrada clau per implementar aquest esquema de control són les mesures d’angle del rotor d’un generador síncron o un angle de potència d’un generador basat en un inversor. Aquestes mesures d’entrada del control necessiten estar sincronitzades en una base de temps  amb una alta resolució (30-40 mesures per segon). Aquests requisits es poden complir amb la tecnologia dels sincrofasors, incloses les unitats de mesura de fase. El BESS utilitza aquestes entrades de control per modular la seva sortida d’energia, amb l’objectiu de que el  control redueixi les desviacions de freqüència del sistema d’alimentació fora de valors nominals fins assolir un rang acceptable. A continuació es mostra el concepte de control a la figura 1.

Figura 1. Esquema de flux del control, per amortir l’emmagatzematge d’energia amb generadors 

Modelització del Active Damping amb el BESS

Mitjançant el MATLAB s'ha simulat el comportament post-falla d'un únic generador síncron connectat a un sistema de bus infinit amb amortiment actiu del BESS. El sistema utilitzat en aquest exemple i els seus paràmetres més  rellevants es mostren a la figura 2. Per a aquest escenari, un BESS es co-localitza amb el generador per proporcionar un efecte amortidor. Entre els busos es connecten tres línies de transport.

Figura 2. Sistema i paràmetres conceptuals

La seqüència d’aquest cas il·lustratiu és:

1. En condicions de fallada prèvia, el sistema funciona en freqüència nominal.

2. El sistema presenta un error en una de les línies.

3. Després que la falla s’hagi resolt a 0,15 segons, les dues  línies restants i els recursos es mantenen en servei.

4. El control de amortiment actiu del BESS no està habilitat.

5. Aleshores, el control de amortiment actiu BESS s'habilita.

Sense control, l’energia al rotor oscil·la i la resposta general es perd. Si el sistema del BESS està activat, es pot disminuir molt la inestabilitat.

L’impacte modelat de la figura 3 mostra que l’intercanvi d’energia controlada per un BESS pot ampliar el suport d’estabilitat d’un generador i l’impacte resultant sobre l’estabilitat de la freqüència del sistema d’energia que hi ha connectada.

Figura 3. Impacte conceptual del BESS sobre el rendiment d’amortiment del generador: (a) Angle del generador; (b) Potència d'amortiment d'emmagatzematge respecte a la velocitat angular relativa del generador; (c) El perfil de l'energia del rotor i d'emmagatzematge durant l'amortiment de l'oscil·lació; (d) Corba de potència (rotor) -angle.

El comportament de la inestabilitat del generador síncron modelat, es mostra al perfil de l'angle del generador de la figura 3(a). El BESS es controla per transferir l’energia del generador de les regions positives a les regions negatives per amortir les oscil·lacions posteriors a la falla. Per obtenir aquesta resposta del BESS, la càrrega i la descàrrega es controla proporcionalment al canvi en l'angle de potència del generador. El perfil de sortida de potència gestionada resultant al quadre inferior de la figura 3(b) mostra aquest comportament, en relació amb la velocitat angular relativa del generador (ω) a la part superior de la figura 3(b). El perfil d’energia del rotor del generador de la figura 3(c) mostra el comportament oscil·lador esmentat anteriorment en el swing d’excursió de primera freqüència, amb l’excursió reduïda gradualment per l’intercanvi controlat d’energia per part del BESS. La dinàmica de l'amortiment s'il·lustra en relació amb el criteri d'àrea d'igualtat del generador de la figura 3(d). L’impacte d’amortiment és evident en el perfil d’angle de potència estabilitzat de la figura 3(a).

El resultat global d’aquesta forma de control dinàmic d’emmagatzematge d’energia és una millora en la recuperació de la freqüència modelada del sistema d’energia després d’una pertorbació.

Conclusions

Mantenir la freqüència del sistema d’alimentació dins d’un rang definit és un objectiu fonamental  per la planificació i el funcionament del sistema d’alimentació. Alguns BESS han estat dissenyats i operats mitjançant esquemes de control de manera que la sortida sigui proporcional a la freqüència del sistema.

El concepte de control descrit, és diferent pel fet que l’entrada de control del BESS afegeix la mesura de l’angle del generador. El resultat del model presentat te un impacte millorat en l'amortiment de la freqüència del sistema del generador integrat, o "híbrid", En conclusió, l’ús d’aquesta estratègia de controls del BESS, permetrà millorar l’estabilitat de la  freqüència dels sistemes d’energia, permetent als sistemes d’alimentació incorporar més renovables abans d'arribar als llindars d'estabilitat.

Font: IEEE Smart Grid.

Hexafluorur de sofre (SF6): Veritats i mites.

La concentració atmosfèrica del  gas amb efectes hivernacle SF6, no ha estat mai alta. Tot i que han assenyalat a la  creixent indústria  de les  fonts renovables,  és una valoració justa?

Font: Domini Públic

L’hexafluorur de sofre (SF6), ha involucrat a la indústria de renovables. Diversos articles assenyalen el creixement de les energies renovables, especialment els aerogeneradors, com a responsables del creixement de les emissions de SF6, mentre que alguns diuen que el gas és el "petit brut secret"  de la indústria energètica.

Per això, es va demanar a diversos experts de NTNU i SINTEF  la seva opinió neutre sobre les potencials veritats o mites.

SF6 perjudica el medi ambient: VERITAT

Juntament amb els CFC, HCFC, HFC i PFCs, SF6 és un gas industrial que no existeix de manera natural a l'atmosfera i, per tant, afecta el balanç de radiació, contribuint al canvi climàtic.

És cert que el SF6 té entre 22.000 i 23.500 vegades més potencial d'escalfament global que el CO2 quan es veu amb una perspectiva de 100 anys. Com que és tan estable, el gas té una vida estimada de fins a 3.200 anys. Es consideren que totes  aquestes dades, converteixen al SF6 en el gas d’efecte hivernacle més potent químicament investigat per l’IPCC ,  segons NTNU.

La concentració de gas a l'atmosfera està en augment, així que és bo tenir una mica d'atenció sobre això. Tot i això, és important posar-lo en context. Si bé és un perill d'efecte hivernacle, el SF6 contribueix avui a menys de l'1 %.

Font: Domini públic

SF6 és el "secret brut" de la indústria energètica: FALSE

SF6, certament no és cap secret per la indústria energètica. El seu ús està molt regulat i molts dels seus usuaris col·laboren per compartir experiència i oferir alternatives viables:

No hi ha secrets sobre l'ús del SF6 a la indústria energètica. De fet, és tot el contrari ja que les empreses públiques i privades, comparteixen obertament les seves experiències amb SF6, segons SINTEF.

Des del 2003, el grup d’usuaris ha recopilat dades sobre les emissions i les ha informat a l’Agència Noruega de Medi Ambient. 

La història de Noruega disposa d'un quadre de comandament  sobre el SF6, es remunta a fa molts anys. L'equip és molt fiable, però qualsevol falla té un gran impacte, de manera que tothom té ganes de compartir coneixements i experiència. 

SF6 s’utilitza en aerogeneradors: VERITAT

El SF6 no s’utilitza a la mateixa turbina, sinó a l’interruptor que controla el corrent generat per la turbina. Però no no és exclusió pels aerogeneradors. De fet, aqeust  gas, que s’utilitza als interruptors te  moltes altres aplicacions en el sector de l’energia elèctrica.

El SF6 té dos usos: com a agent aïllant que a diferència d'un interruptor  petit per encendre la llum de les llars, fa el mateix en una aplicació de major corrent. Normalment, s'utilitza un interruptor amb accionament mecànic dins d'un encapsulat amb gas SF6  que extingeix l'arc elèctric. Actualment, és el mètode més compacte i més barat d’aturar de forma segura el flux d’electricitat, segons SINTEF.

Font: T&D World

Tot i això, cal posar en context als aerogeneradors respecte altres aplicacions d'energia que també usen el SF6. La quantitat de gas utilitzat en el dispositiu de distribució d'una turbina eòlica és menor de 3 kgm. Una subestació per a línies elèctriques pot requerir diverses tones, creant un potencial problema ambiental substancialment més gran si hi hagués una fuita de tots els interruptors.

No hi ha alternatives viables a SF 6 : PARCIALMENT  FALS

Se sap que els òrgans reguladors de la Unió Europea estudien la prohibició del SF6 a nivells de baixa o mitjana tensió en el futur. Això no pot succeir sense alternatives viables, com la tecnologia del buit o diferents barreges de gas.

Aquestes alternatives, ara ja estan disponibles comercialment per utilitzar-les en centraletes elèctriques a nivel de BT i MT. Les solucions per a tensions més altes són més difícils, tot i que existeixen instal·lacions pilot a 145 kV.

Tanmateix, és cert que no hi ha cap solució a curt termini. Una de les principals alternatives, la tecnologia de buit, només resol l’aspecte de la interrupció. Encara es necessita SF 6 o un gas alternatiu per a proporcionar aïllament. 

SF6 no està vigilat ni regulat: FALSE

La Unió Europea, lidera el món en la regulació, control i gestió de les emissions de SF6. Noruega ha adoptat de forma constant la normativa de la UE en el dret noruec per la seva pertinença a l’Espai Econòmic Europeu. L’exemple més recent és la nova regulació sobre gasos d’efecte hivernacle fluorats, en el Reglament (UE) núm. 517/2014.

Tots els usuaris de SF6, han de recollir i reportar un inventari de SF6 i si s'han produït emissions. Aquest,  recullen aquesta informació i s'informa a l'Agència Noruega per al Medi Ambient

Font: Universitat de Noruega.

Nou ús per productes residuals de l'energia nuclear.

Els químics han trobat un nou ús per als productes residuals  de l'energia nuclear: transformant un dipòsit sense ús, es podria convertir en un compost versàtil que es podria utilitzar per crear productes químics valuosos pels productes bàsics i per les noves fonts d’energia.

font: Domini Públic

L’urani empobrit, de l'anglès depleted uranium (DU), és un subproducte radioactiu que s'utilitza  durant el procés  per generar  energia nuclear. Amb els  temors vinculats  als riscos per a la salut del DU, s'emmagatzema en instal·lacions cares o s'utilitza per fabricar i per reconvertir míssils anti-armament.

Però, en un document publicat a la revista Journal of the American Chemical Society, el professor Geoff Cloke, el professor Richard Layfield i el doctor Nikolaos Tsoureas, tots de la Universitat de Sussex, han publicat que el DU, podria  ser més útil del que es pensava fins ara.

Mitjançant l’ús d’un catalitzador que conté urani empobrit, els investigadors han aconseguit convertir l'etilè (que s’utilitza per fabricar plàstic) en età ( que s’utilitza per produir diversos compostos inclosos l’etanol).

Font: Glñobal News

Aquestes recerques, suposen un gran avenç que podria ajudar a reduir la gran càrrega de l’emmagatzematge a gran escala del DU.

La capacitat de convertir els alquens en alcans és una important reacció química la qual, podria fer que les molècules siguin actualitzades en productes químics bàsics de valor com són, els olis hidrogenats i petroquímics els quals, poden ser utilitzats com a font d'energia.

El fet que es pugui fer ús de l'urani empobrit, demostra que no s'ha de  tenir por d'ell, ja que en realitat pot ser molt útil.

En col·laboració amb investigadors de la Université de Toulouse i Humboldt-Universität zu Berlin, l’equip de Sussex va descobrir que una molècula organo-metàl·lica basada en urani empobrit podria catalitzar l’addició d’una molècula d’hidrogen en un doble enllaç carboni-carboni en etilen - l'element  més senzill de la família dels alquens: per crear etans.

Mai s'havia pensat utilitzar els DU d'aquesta manera. Si bé la conversió de l'etilè en età no és cap novetat, l'ús o l'urani són una fita clau.

Font:Universitat de Sussex

Industria 4.0 i el sector elèctric

Clarament, la indústria 4.0 marca un abans i un després en com es treballa, en com aprofitar els recursos i en com optimitzar el temps. Per això, són molts els beneficis que ofereix al sector de l’energia i la indústria en general. Per tant, hi ha una consciència sobre la importància que té la indústria 4.0 aplicada al sector energètic, ja que serà clau per a l’adaptació a les tendències del mercat, impulsar la competitivitat i abordar la transició energètica cap a una energia més neta i sostenible.

https://www.smartgrid.cat/2020/04/30/industria-4-0-i-el-sector-electric-visions-tecnologiques-den-ramon-gallart/