Nova generació de cel·les solars que poden funcionar amb llum indor.

Milions de milions de dispositius connectats a Internet monitoren i transmeten dades a telèfons intel·ligents i servidors extrems. A mesura que aquests aparells proliferen, també ho fa la seva demanda elèctrica.

Font: Thomas Brown

El material dominant utilitzat a les actuals cel·les  solars, és el silici cristal·lí, el qual no te un bon rendiment amb la llum de les làmpades. Però les cèl·lules solars perovskites conjuntament amb els materials sensibles al colorant, poden ser molt més eficients a l’hora de convertir la il·luminació artificial en energia elèctrica. 

Un grup d’investigadors d’Itàlia, Alemanya i Colòmbia desenvolupa cel·les solars flexibles  de perovskites específicament per a dispositius d’interior. En les recents proves, la seva cel·la solar de pel·lícula fina proporcionava eficiències de conversió d'energia de més del 20 % il·luminades amb 200 lux, la quantitat típica d'il·luminació a les llars. 

Els resultats, publicats a finals d'abril, han obtingut  les eficiències més elevades per a qualsevol tecnologia de cel·les solars flexibles d'interiors. La tecnologia de silici amorf, que s'utilitza en productes comercials com les calculadores, només té un 9% d'eficiència.

Hi ha una revolució que passa amb la Internet de les coses ja que seria possible integrar les cel·les ultralleugers en termòstats sense fils, alarmes d’incendi, càmeres de seguretat i altres sensors de baix consum. Quan les cel·les solars es combinen amb una bateria,  això disminuiria o eliminaria l’ús de bateries substituïbles.

Les perovskites, són una àrea d’investigació fotovoltaica que està en ràpid creixement, són un híbrid de compostos orgànics, metalls i haluros, amb estructures de cristall  d’òxid mineral de titani de calci. Les empreses i universitats estan competint per convertir els materials de baix cost i de producció fàcils  en cel·les solars estables, amb l’esperança de fer que l’energia renovable sigui més assequible i abundant a tot el món.

En els darrers anys, l'equip de Brown de Roma ha flexibilitzat les cel·les solars de perovskites mitjançant procediments a baixa temperatura. En el 2018, van començar a aplicar a les cel·les solars en  un tros de vidre flexible de 100 micròmetres de gruix  recobert amb indium tin oxide (ITO), proporcionat per l’ Institut Fraunhofer d’Electrònica Orgànica, Electrons Beam i Plasma . (La OIT és una fina capa transparent que és conductora elèctricament.)  El grup italià va exposar les cèl·lules solars a diferents intensitats de llum interior.

Es va trobar que, en proves de vida útil, les cel·les solars no encapsulades van conservar el 80 per cent de la seva eficiència de conversió de potència inicial durant més de 100 dies. No obstant això, el rendiment va disminuir  ràpidament després d'aquest període. Per integrar-se en dispositius IoT, les cel·les fotovoltaiques interiors haurien de durar, almenys cinc o deu anys, que és el temps que la gent sol actualitzar els dispositius electrònics.

Les cel·les solars de Perovskita. es poden degradar quan s’exposen a la humitat, extremes temperatures, llum ultraviolada, oxigen i altres elements. Aquests reptes s’amplifiquen quan s’utilitza la tecnologia a l’exterior.

Font: Marina Freitag

Un equip de recerca europeu liderat per Marina Freitag està desenvolupant cel·les solars sensibles a la tintura (també conegudes com a cel·les Grätzel) basades en un complex electròlit de coure.  Recentment, el grup va provar  les seves cel·les sobre un quadrat prim de vidre conductor. Van trobar que  les cel·les solars convertien el 34 % de la llum ambiental en electricitat sota intensitats de 1.000 lux  i el 31,4 % a 200 lux d’una làmpada fluorescent . 

Aquesta última tecnologia  pot tenir l'avantatge en els espais interiors, on les cel·les  poden mantenir altes tensions i una alta sensibilitat a la llum en els ambients de poca llum de les llars, oficines, fàbriques i espais comercials. Es poden barrejar i combinar els colorants per adaptar-se a l'espectre de la llum interior

L’equip de Freitag també va col·laborar amb la Universitat Tècnica de Munic per ajudar a desenvolupar dispositius intel·lectuals intel·ligents autònoms capaços de recollir, transmetre i processar dades quan hi hagi més llum disponible. Els aparells passen a un mode de extrabaix consum quan la seva càrrega de treball baixa, com per exemple durant les nits i caps de setmana en un edifici d’oficines, evitant així la necessitat de bateries i minimitzant les pèrdues d’energia. 

Font: Universitat de Roma Tor Vergata

La Universitat de Surrey presenta la tecnologia de supercondensadors de càrrega ràpida.

Experts de la Universitat de Surrey creuen que el seu somni amb l’emmagatzematge d’energia neta està  un pas més a prop, després de donar a conèixer la seva tecnologia innovadora de supercondensadors que és capaç d’emmagatzemar i subministrar electricitat a altes potències, especialment per a aplicacions mòbils.

En un document publicat per la revista Energy and Environmental Materials, investigadors de l'Institut Tecnològic Avançat de Surrey (ATI), van explicar la seva nova tecnologia que té el potencial de revolucionar l'ús d'energia en els vehicles elèctrics i reduir la pèrdua d' energia de les fonts  renovables que hi han connectades a les xarxes de distribució. L’equip, també creu que la seva tecnologia pot ajudar a impulsar l’energia eòlica, la d’ones marítimes i  l'energia solar, suavitzant la naturalesa intermitent d'aquestes fonts d’energia.

La tecnologia supercondensadora de la ATI, es basa en un material anomenat polianilina (PANI), que emmagatzema energia mitjançant un mecanisme conegut com a "pseudocapacitat". Aquest econòmic material de polímer, és un conductor i es pot utilitzar com a elèctrode en un dispositiu de super-condensador. L'elèctrode emmagatzema la càrrega atrapant ions dins de l'elèctrode. Això ho fa mitjançant l’intercanvi d’electrons amb l’ió, que “dopa” el material.

En el document, l’equip detalla com van desenvolupar un nou compost de tres capes mitjançant nanotubs de carboni, PANI i carboni hidrotermal que demostra una capacitat  notable a altes densitats d’energia, independentment de l’ús d’energia.

Ash Stott, científica líder del projecte i estudiant de doctorat de la Universitat de Surrey, va dir: "El futur de l'energia global dependrà dels consumidors i de la indústria que utilitzin i generin energia de manera més eficient i ja s'han demostrat que els super-condensadors són un de les principals tecnologies d’emmagatzematge intermitent, així com de subministrament d’alta potència. El nostre treball ha establert una línia de referència per a dispositius d’alta energia que també operen a alta potència, ampliant eficaçment la gamma d’aplicacions potencials. "

El professor Ravi Silva, director de l'ATI de la Universitat de Surrey, va dir: "Aquest treball altament ambiciós i impactant té el potencial de canviar la manera de viure la nostra vida, i pot ser el que calgui per aconseguir que el canvi sigui eficaç. i una solució de recàrrega ràpida d’energia collita del medi ambient Veiem que això té un impacte en tota mena d’indústries, des de tota la tecnologia que es pot dur fins a les aplicacions mòbils d’Internet of Things que llançaran la revolució 5G.El potencial dels nostres super-condensadors és il·limitat. "

Font: Institut Tecnològic Avançat de la Universitat de Surrey 

Nova bateria de Tesla.

Tesla va presentar una nova bateria a finals del 2020 que promet un rendiment més llarg i un menor cost que permetrà ajustar preus al fabricant d’automòbils igualant-los amb els vehicles de combustible gasolina.

Aquestes noves bateries seran incorporades en el sedan Tesla Model 3 i primer  es mostraran a la Xina.

La nova bateria, es va desenvolupar en un projecte conjunt amb el fabricant xinès de bateries Contemporani Amperex Technology (CATL)  i també, un equip d’experts acadèmics en bateries contractats pel CEO de Tesla, Elon Musk.

Es va aconseguir un estalvi dels costos re-formulant la química de les bateries per minimitzar o eliminar components costosos com pot ser el cobalt. En lloc d'això, s'utilitzaran additius químics juntament amb recobriments de components que facilitaran l'estrès intern de la bateria. Les noves bateries són capaces d’emmagatzemar més energia durant períodes de temps més llargs.

Aquestes  millorades bateries, podrien acumular un milió de quilòmetres d’ús, segons fonts del projecte, donant lloc al sobrenom de “bateria de milions de kilometres”.

Musk també pretén aconseguir estalvis en els costos, gestionant tot el procés de fabricació de bateries dins de les seves pròpies grans "Terafactories" arreu del món. 

Aquestes Terafactories tindran una superfície aproximada de 30 vegades la mida  de Gigafactory de Musk a Nevada, una planta de distribució que produeix motors elèctrics i paquets de bateries en un espai operatiu de més de 5,3 milions de peus quadrats. La planta, que va començar a funcionar en el 2016 i encara està en expansió, es preveu que sigui l’edifici més gran del món quan estigui completa.

A principis d’any, Musk va dir als inversors: “Hem d’assegurar-nos realment que aconseguim una rampa molt forta en la producció de bateries i que continuem millorant el cost per kWh de les bateries; això és molt fonamental i extremadament difícil. Hem d'assolir la producció de bateries fins a nivells  que avui encara la gent no pot entendre. "

Es pot fer un anunci formal de la nova bateria, que s'havia programat per a l'Abril, però que es va retardar a causa del coronavirus.

L’agència de notícies Reuters per primer cop,  va informar  de les converses de Tesla amb CATL, empresa especialitzada en la fabricació de bateries de fosfat d’ió de liti que no contenen cobalt, que és l’element més car de les bateries estàndard. CATL també va dissenyar un sistema anomenat "cel·la a paquet" per aconseguir un pes més lleuger i menys costós.

També es va informar que CATL proporcionarà a Tesla bateries de llarga vida útil amb quantitats inferiors de cobalt i confiant més en el níquel i manganès.

Es preveu que les bateries millores durant els pròxims anys aconseguiran una major densitat d’energia, una major capacitat d’emmagatzematge i una reducció addicional dels costos. En aquest moment, s'espera que les bateries apareguin  als mercats nord-americans.

Font: TESLA

Cicle de vida dels cotxes.

Investigadors del Institut Paul Scherrer, han desenvolupat una eina web anomenada Carculator que es pot utilitzar per comparar amb detall el rendiment ambiental dels cotxes.

El programa determina l'equilibri ambiental dels vehicles de diferents classes i mida,  presenta els resultats en gràfics comparatius. Es té en compte tot el cicle de vida dels vehicles, inclosa la seva fabricació i les emissions ambientals amb els estils de  conducció.

Qualsevol que vulgui comprar un cotxe nou, ha de considerar el seu impacte ambiental.  En general, hi ha sorpresa per la constatació que un cotxe elèctric amb bateries ja és l’opció més respectuosa amb el medi ambient a Suïssa i a molts altres països, fins i tot quan es té en compte la fabricació de la bateria. 

El mateix grup de recerca que ha desenvolupat l'eina webque, fa que les dades i els resultats dels seus estudis, siguin accessibles tant per als usuaris finals com per a la comunitat investigadora. El programa, anomenat lúdicament Carculator, es pot trobar al  web carculator.psi.ch i guia a la persona interessada a través d’una selecció de paràmetres: quin tipus de motor s’ha d’utilitzar, combustible de gasolina o dièsel, per exemple, o un alimentat per gas natural, una pila de combustible o una bateria, és a dir, un cotxe elèctric. Aquesta eina ofereix un ventall molt ampli de tipus de motors. A més, pot diferenciar un gran nombre de combustibles: a més dels comuns, també han integrat combustibles bio i sintètics de diversos orígens, i s'han considerat tecnologies futures com el CO2 captació i emmagatzematge en la producció d'hidrogen. 

A més del tipus de motor i de combustible, els que utilitzen el Carculator també poden entrar en la categoria de la mida dels vehicles a comparar, des de vehicles subcompactes fins a furgonetes. L'usuari també selecciona el país on s'hauran d'utilitzar els vehicles, perquè es diferencií la barreja d'electricitat dels cotxes elèctrics, així com l'any que es registraran, entre 2000 i 2050. De cara al futur, també es pot introduir manualment la barreja d’electricitat per provar els efectes dels diferents escenaris.

L'eina també avalua els impactes ambientals de tot el cicle de vida dels vehicles, inclosa la fabricació de la carrosseria i de la resta de components, com les bateries pels motors elèctrics.

Diversos indicadors ambientals

 

Els resultats que proporciona Carculator, al final són detallats i complets. Molta gent pensa en primer lloc en l'impacte climàtic de les emissions de gasos d'efecte hivernacle: és a dir, CO2 i gasos que produeixen un efecte similar, com el metà. Però hi han altres indicadors ambientals rellevants que també es pot investigar.

Per aquest motiu, l’eina mostra no només el càlcul de tots els gasos d’efecte hivernacle —agregats i expressats en equivalents de CO2— , sinó també els d’alliberament de partícules, emissions nocives d’òxids de nitrogen i tots els indicadors habituals d’avaluació ambiental com la contaminació de partícules en l’aigua.

El Carculator, presenta gràficament aquests valors per a tots els vehicles seleccionats en paral·lel i així, facilitar-ne la comparació.

L’eina més completa de comparació 

El Carculator, també ofereix als professionals un altre punt de vista: si el programa s’instal·la des del  web, es poden veure, avaluar i, fins i tot, canviar tots els càlculs subjacents. Això, principalement es destina  a aquells de la comunitat de recerca que vulguin saber com s'ha fet aquest treball i potser, voldrien fer- servir aquests càlculs per a posteriors estudis.

Fins ara, quan es tracta de l'impacte mediambiental dels diferents mitjans de transport, els arguments encara, massa sovint es basen  en els resultats no fonamentats amb supòsits esbiaixats, això s'acaba amb la transparencia de les dades.

Amb Carculator, els investigadors de PSI han aconseguit proporcionar una eina única, de fet, han creat fins ara la millor eina de comparació del món dels cotxes, però encara no està acabada; les properes versions de l'eina també inclouran camions, avions i transport públic.

Font: Institut Paul Scherrer.

Viabilitat del blockchain en el sector elèctric.

Una visió comuna per al futur de la xarxa d’energia elèctrica, implica que els propietaris dels habitatges venguin energia generada a partir de panells solars dels terrats a d’altres de les seves comunitats i que treballin junts per ajudar a assegurar la fiabilitat, la resiliència i la seguretat de la xarxa elèctrica.

Aquesta oportunitat te diverses solucions, que es basen en la tecnologia del blockchain. Els investigadors del Laboratori Nacional d'Energies Renovables (NREL) avaluen l'ús del blockchain per en l' energia transactiva mitjançant la instal·lació del maquinari  que permet la integració dels sistemes energètics (ESIF)  i pot modificar el món respecte el funcionament dels sistemes elèctrics.

Distribuir la presa de decisions operatives per la xarxa és una aposta revolucionària, és com si algú de la dècada dels '80, exposés l'oportunitat econòmica d'Internet. Això, ás el que està passant ara mateix amb les aplicacions del blockchain; que són les eines fonamentals per a una altra revolució tecnològica que està sorgint, i aquesta podria ser una d'elles.

Font: Laboratori Nacional d'Energies Renovables

El potencial de blockchain al sector energètic

Pels no experts al blockchain, comentar que serveix com un registre digital distribuït entre accions acordades i realitzades per diverses parts. El valor principal del blockchain, és proporcionar proves matemàtiques sobre l'estat de les dades, de manera que diferents parts involucrades en una transacció puguin garantir un acrod, fins i tot si no es coneixen. Tot i que s’associa habitualment a les criptomonedes, com és el Bitcoin, la tecnologia blockchain es pot utilitzar amb pràcticament qualsevol tipus de transacció que impliqui propietat digital en temps real. Aquestes tecnologies es basen en criptografia i mecanismes de consens establerts per assegurar que les transaccions siguin segures. Per això, ha sorgit una nova indústria  que aplica la tecnologia blockchain en la resolució de reptes en el món real.

Abunden les possibilitats per a l'ús del blockchain en el sector energètic. El Servei d'Investigació del Congrés, l'any passat va assenyalar un creixent  interès per vendre electricitat entre els productors de recursos energètics distribuïts (DER), com són la fotovoltaica instalada en els terrats. El grup de recerca de polítiques públiques del Congrés, va predir que si aquest enfocament demostra "pràctica i econòmica, de la tecnologia blockchain, podria alterar la manera en què interactuen els clients i els productors d'electricitat.

Font: Energy Central

Avui en dia, s'utilitzen plataformes complexes de programari anomenades sistema de gestió d’energia (EMS) i sistema de gestió avançada de distribució (ADMS) per gestionar la demanda, l’oferta i el servei fiable d’electricitat a la xarxa elèctrica. Però és difícil escalar l’EMS i l’ADMS per interoperar transaccions entre milers de cases, i molt menys els milions de dispositius connectats que s’utilitzen en aquestes cases.

Quan hi han centenars de milers o milions de dispositius que volen interaccionar, et trobes amb un repte important de confiança. La confiança entre els dispositius només es pot aconseguir mitjançant mètodes que verifiquen i permetin demostrar que cada sistema fa el que va dir que anava a fer. Amb el blockchain, és possible que hi hagi un camí per les comunicacions segures i de confiança entre les parts involucrades sense necessitat d'un control central. 

Els investigadors de NREL avaluen un  Peer-to-Peer blockchain.

Els investigadors de la NREL han fet experiments per aprendre què podia passar quan es connectessin dues cases mitjançant el blockchain amb la capacitat de vendre un excés d’energia solar a una altra. Això requeriria de dues transaccions blockchain: una transmissió segura de dades sobre la quantitat d’energia generada i un pagament al venedor.

Vídeo

El centre d'aquesta investigació, és una solució basada en un programari desenvolupat per NREL anomenada Previsió. El programari utilitza les preferències energètiques dels propietaris (com podria ser, la temperatura de la llar o el pressupost energètic) per controlar els aparells connectats dins de la llar. En l' experiment blockchain, es va preveure que alerti a la segona  llar i quan seria més econòmic comprar l'energia renovable al seu veí en lloc d'un comercialitzador, utilitzant una moneda digital per completar la transacció. La demostració, va mostrar la capacitat de combinar automàticament la generació d'energia i la demanda entre aquestes dues llars.

Hi han moltes converses i debats sobre el blockchain però molt amb poca documentació. Aquest projecte va ser un necessari primer pas per conseguir una mica de confort amb la tecnologia.

Els resultats van mostrar el camí per a futures investigacions. En particular,  l'ús del blockchain als mercats energètics requerirà un examen de la fiabilitat de la xarxa i de les preocupacions de la resiliència i la ciberseguretat. Una de les primeres investigacions no va ser saber quin paper  tindria una utility en les transaccions d’energia entre iguals.

Font: HR Magazine

Només cal reconèixer que les utilities són propietaris de la infraestructura de la xarxa i estan connectats per proporcionar i mantenir una qualitat d'energia raonable, per tant,  si es ven energia al veí, cal usar els actius de la utility. D'alguna manera, la utility  ha de saber que es connecta a la seva xarxa.

L'aparició de la tecnologia blockchain requereix d'un mercat recentment dissenyat. Si bé,  el supòsit comú del blockchain és que l’usuari final no vol ser el responsable del distribuït de l’energia, per tant,  és probable que les utilities, siguin com a mínim els responsables de coordinar aquestes transaccions veïnals. Aquesta és l’entitat lògica que hauria d’introduir aquesta operació, però la naturalesa del blockchain, permet que no sigui únicament una sola part. 

Col·laboració energètica a escala comunitària

NREL, estudia els avantatges pels propietaris i les utilities, utilitzant una tecnologia de mercat basada en el blockchain, les investigacions se centren en el funcionament de la xarxa elèctrica ja que les llars i les empreses continuen apostant per instal·lar fonts renovables als seus terrats, l’emmagatzematge de bateries, els vehicles elèctrics i els aparells intel·ligents. 

L'ús del blockchain, permetria una coordinació més gran entre les utilities i els clients,  per obtenir beneficis en comú. L'electricitat generada a partir de recursos renovables, com la solar i el vent que els clients no consumeixen, es pot lliurar a la xarxa, però hi ha límits. 

Mitjançant els sistemes ESIF de NREL, s'està estudiant com els mercats energètics basats en el blockchain, poden permetre als edificis coordinar-se dins de la xarxa de distribució, sota restriccions  definides per l’utility. En particular, s'explorarà com un enfocament basat en el blockchain  pot ajudar a les utilities a verificar els atributs i les operacions dels recursos energètics distribuïts en el seu territori. L’objectiu, és permetre la instal·lació de sistemes fotovoltaic flexibles als edificis, alhora que es minimitza la circulació d’energia a la xarxa elèctrica a granel. Si té èxit, això permetrà als propietaris i utilities, treballar conjuntament per accelerar l’adopció de tecnologies energètiques avançades.

Font: Disruptive.Asia

Confiant en el blockchain, les utilities podrien integrar molts diferents tipus de DER amb eines bàsiques operatives  (com seria el programari EMS i ADMS) de manera segura i eficaç. Tradicionalment, la integració dels nous recursos a la xarxa suposa un cost considerable per a una utility. Una gran part d'aquest cost es basa en processos manuals de diferents tipus DER. Cada linea de baixa tensió és diferent, cada habitatge és diferent. A mesura que hi ha més renovables i a mesura que s’adopten més vehicles elèctrics, cal fer per experts enginyeria contínua.

L'enginyeria per assegurar que una linea de baixa tensió funciona eficaçment i eficaçment per equilibrar l'oferta i la demanda no es tradueix necessàriament en construir necessàriament una altre linea. El que permet el blockchain, és una solució escalable que es pot configurar fàcilment en un altre linea de baixa tensió  perquè es pot personalitzar.

Una utility pot utilitzar els resultats d'aquesta nova investigació del blockchain per fer un  projecte pilot. El pilot virtual que es de NREL, és el més a prop possible de la instal·lació en una xarxa real i en temps real. El projecte establirà els beneficis per al client, cost / benefici de la utility i ajudarà al mercat del blockchain abans del desplegament real.

Altres laboratoris nacionals col·laboren amb NREL

NREL també ha iniciat un treball de dos anys amb altres laboratoris nacionals per accelerar l’ús del blockchain en el sector energètic. Un altre treball col·laboratiu anomenat: Blockchain per a una gestió optimitzada de seguretat i energia (BLOSEM), pretén desenvolupar l’arquitectura i la infraestructura per tal que les utilities, puguin explorar de forma segura, la tecnologia.

L'interès específic del blockchain, és saber que les utilities han de poder avançar més ràpidament per la integració. Hi ha una expectativa perquè això  pugui proporcionar una certa coherència en els resultats i els coneixements que accelerin el procés d'adopció. Hi ha encara algunes incògnites: Com es fa i quins conjunts d'informació hauran de compartir els interessats? Els sistemes blockchain ajudarien? que pasa si  un dispositiu  estat compromès amb un atac cibernètic? 

El paper inicial de NREL a BLOSEM s'expandeix en les realitzacions anteriors del laboratori, amb simulacions addicionals previstes per ampliar l'ús del blockchain. El Laboratori Nacional de Tecnologia de l’Energia és l’organització capdavantera del projecte, amb el laboratori Ames, el SLAC National Laboratory Accelerator i el Pacific Northwest National Laboratory també formen part de l’equip de recerca. El consorci del laboratori de modernització de xarxes (BLOSEM), està finançant. 

Font: Tweak Your Biz

Des d'una perspectiva del laboratori nacional, s'està en una bona posició per liderar l'aplicació relacionada amb l'energia i la seguretat de tecnologies blockchain. Aquest  treball hauria d'oferir mètriques coherents i rellevants per a les utilities per aprofitar el blockchain per permetre que milions de sistemes puguin ser una gran part del que cal demostrar per tant, resoldre algunes incògnites claus. 

Blockchain Technology ens connecta amb el futur

Juan Torres, director de laboratori associat per a la integració de sistemes energètics de NREL, estima que es trigaran 5-10 anys abans que la tecnologia blockchain solidifiqui el seu lloc en el sector energètic. Els mecanismes que permetran als veïns comprar electricitat els uns dels altres no estan operatius avui dia.

Hi ha un important flux i una quantitat de dades que han d'intercanviar-se entre els usuaris i els usuaris que vulguin comprar aquesta energia. Hi ha una comunicació i una negociació entre els diferents dispositius. I, en algun lloc, cal assegurar que aquestes micro-transaccions no provoquin inestabilitats a la xarxa aigües a munt. Les utilities, han de poder obtenir informació sobre aquestes transaccions. 

Font: Laboratori Nacional d'Energies Renovables

Sistemes d'emmagatzematge d'energia distribuïts.

Els sistemes d'emmagatzemament distribuïts  (DESS) poden contribuir en les activitats preventives abans d'un incendi forestal.

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  van estar sense servei elèctric a causa del risc d’incendi. Els incendis forestals de Tasmània a Melbourne, Austràlia, en el 2019 van provocar aturades del servei elèctric, que van afectar a més de 30.000 llars i empreses. Per a això, és imprescindible explorar solucions per garantir el subministrament elèctric de forma continua i fiable als clients en situacions d'incèndis. 

Font: CioReviewer

Els DESS poden tenir un paper fonamental en la millora de la fiabilitat i la resiliència de les xarxes elèctriques intel·ligents. Abans de que passi un incendis, i com a part de les activitats preventives per reduir els impactes dels incendis forestals, els DESS podrien contribuir a formar sistemes energètics descentralitzats i promoure la generació, l'emmagatzematge i el control d’energia local i independentment de la xarxa elèctrica principal. El funcionament intel·ligent dels DESS millora la flexibilitat de les xarxes i augmenta el grau de llibertat en la gestió del flux de potència. Per tant, durant situacions d’incendis. 

Després  d’un incendi, els DESS són capaços de minimitzar l’impacte dels incendis que poden afectar al subministrament elèctric dels clients, a l’economia, mitjançant les accions de restauració, inclosa la restauració del sistema (Black Start) i la restauració de la càrrega. Tot i això, encara hi ha alguns reptes a causa de les característiques i la naturalesa d’algunes de les tecnologies d’emmagatzematge d’energia existents, com per exemple, el risc d’inflamabilitat i d’explosió de les bateries.

Font: DOSE Engineering

Abans d'un incendi i amb l’objectiu de reduir un potencial impacte, es realitzen un conjunt d’accions preventives per augmentar la resiliència de la xarxa en termes de robustesa i recursos. La integració de les xarxes amb DESS es pot considerar com una d’aquestes accions preventives, sempre que els DESS estiguin equipats amb mecanismes de control intel·ligents. L’energia emmagatzemada als DESS pot proporcionar una inèrcia virtual a la xarxa i, per tant, augmenta la tolerància i robustesa del sistema a sobtats disturbis causats pels incendis o desequilibri d’energia. Els DESS poden alliberar l’energia emmagatzemada de manera eficaç i oportuna, cosa que mitigarà les pertorbacions i amortirà la potencial inestabilitat del sistema. A més, els DESS poden millorar la capacitat dels recursos per als clients que corren un gran de patir una pèrdua del servei elèctric. La Comissió de les empreses elèctriques de Califòrnia ha destinat recentment 100MUS$ en incentius per l’emmagatzematge d’energia a les llars vulnerables als incendis forestals i a les instal·lacions de serveis crítics per promoure el subministrament energètic i dels recursos. Per tant, els DESS poden contribuir positivament a formar sistemes energètics descentralitzats, fent que el sistema elèctric sigui independent de la xarxa principal i, per tant, minimitzi els efectes de les fallades de la xarxa principal sobre els seus clients.

Font: Global Spec

En els casos d’incendis, les respostes proactives com ara la reconfiguració de la xarxa, l’assetjament del sistema, l’aprofitament de la càrrega òptima i / o l’enviament òptim dels sistemes d’energia pot minimitzar efectivament l’impacte d’incendis. Els aspectes comuns de totes les accions correctores anteriors és resoldre el flux òptim de potència restringit per seguretat, que té com a objectiu optimitzar el funcionament dels recursos i equips controlables modelant la flexibilitat de xarxa i les limitacions del sistema. La incorporació de les DESS a les plataformes de les  xarxes intel·ligents afegeixen nous controls i relaxa algunes de les limitacions del sistema. 

Els DESS augmenten la flexibilitat del sistema i amplia l’espai 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 caos d'incendis, l’acció més crucial és tornar a la normalitat a la xarxa elèctrica. Els mètodes òptims de restauració tenen com a objectiu minimitzar el temps de restauració, minimitzar la pèrdua de potència activa i maximitzar la càrrega servida. Durant el procés de restauració del sistema d’energia a causa de la vulnerabilitat del sistema, la capacitat de regulació insuficient i la capacitat de generació limitada, el procés de restauració es realitza de forma seqüencial i gradual el que requereix temps el qual,  normalment és lent. La flexibilitat en la càrrega i descàrrega dels DESS pot ajudar a mantenir constantment l’equilibri oferta-demanda en el procés de restauració i accelerar la recuperació del sistema. A més, en el procés d’entrega d’energia, els DESS podrien proporcionar energia local i reduir les pèrdues d’energia a les línies. Com que els DESS es distribueixen en el sistema elèctric, l’accessibilitat als recursos després de situacions d'incendis, augmentaran la quantitat de càrrega servida. A més, els DESS podrien actuar com a recursos per inicia una situació de black star, o bé, la seva energia emmagatzemada es podria utilitzar per iniciar generadors d'una falla generalitzada, cosa que comportarà de nou una major restauració de càrregues. Els DESS es poden fer servir com a càrregues d’energia en el procés d’energitzar de les línies de transport, cosa que alleuja la possible sobretensió als extrems dels transport i redueix els problemes d’autoexcitació en els generadors després d'un  black out. A més, a la primera fase i durant el procés de restauració, la distribució dels fluxos d’energia pot ser força desigual. Per tant, una correcta gestió de les DESS podria optimitzar la distribució dels fluxos d’energia  o, la seva energia emmagatzemada es podria utilitzar per possar en servei generadors que ja no tinguin de recuperar una aturara generalitzada, cosa que comportarà de nou una restauració millor de la normalitat. 

Font: Power Engineering

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 incendis en les instal·lacions d'emmagatzematge amb  bateries de 2MW a la subestació McMicken a l'oest de Fènix, això va suscitar preocupacions sobre els reptes i els riscos del desplegament de les tecnologies d'emmagatzematge de bateries per la seva inflamabilitat i característiques explosives. A més,  les piles de combustible, tots els combustibles adequats que s’utilitzen a les cèl·lules s’incendien fàcilment i, per tant, representen un important risc d’incendi i explosió. L’Associació Nacional de Protecció contra Incendis (NFPA) ha elaborar el NFPA 855, què és l’estàndard per al desplegament de sistemes d’emmagatzematge d’energia estacionaris, que cobreix els perills de seguretat contra incendis i la seva vida, associats als sistemes d’emmagatzematge d’energia. NFPA 855 és d'obligat compliment per assegurar que una instal·lació  funcioni de forma segura amb les diferents tecnologies d’emmagatzematge d’energia, especialment en aplicacions relacionades amb incendis forestals. 

Font: Hamidreza Nazaripouya, Universitat de Califòrnia, Riverside (UCR) -Winston Chung Global Energy Center (WCGEC)

Connexió de dades a Àfrica.

La connectivitat rural sempre ha estat un mal de cap per als proveïdors de serveis per poder ampliar les seves xarxes.

Les comunitats més petites i més repartides, per la seva naturalesa, requereixen més inversió i més infraestructura per a menys clients amb uns rendiments menors. Il·luminar amb fibra òptica un carrer edificis d’apartaments d’una  important ciutat,  pot atraure potencials nous clients connectats al cable de fibra comparat a la quantitat de molta més extensió necesaria per zones molt dispeseres en llars.

Foto: Clear Blue Technologies. Aquesta torre cel·lular de Rwanda utilitza panells solars i requereixen poc o cap manteniment.

Aquest problema és més acusat per a molts llocs d’Àfrica, on hi ha un percentatge més gran de la població en zona rural. Connectar la gent d’aquestes regions encara és una tasca difícil.

Per intentar canviar això, Clear Blue Technologies, companyia canadenca que desenvolupa sistemes elèctrics fora de xarxa, treballarà amb el proveïdor sud-africà MTN i altres per llançar 500 noves torres de cel·les 2G i 3G fora de xarxa i sense manteniment a l'Àfrica. El contracte és de 3,5 milions de dòlars de manera que esdevé com el primer pas d’un programa que durarà  entre 3 i 5 anys per ampliar de forma adequada, les xarxes cel·lulars en una dotzena de països a gran part d del territori africà.

Font: Telecom Celluar

El que és diferent a Àfrica, és la demanda acumulada. Les persones tenen telèfons intel·ligents, però no necessàriament tenen les xarxes per utilitzar-los al màxim.

Els dos reptes clau als quals s’enfronta qualsevol acumulació de xarxes rurals són:

1.-  El cost de les torres cel·lulars, 
2.- El programari i el maquinari.

Com que les xarxes rurals han de requerir de manera inherent moltes torres per cobrir una àmplia àrea, el cost de la concessió de llicències o de compra de programari o maquinari pot ser considerable.  Projectes com OpenCellular que desenvolupen programari de codi obert poden ajudar a reduir aquests costos.

També, les torres cel·lulars requereixen d'energia. Tradicionalment, una torre cel·lular rep energia mitjançant la xarxa elèctrica o, sovint en casos d’emergència, generadors de gasoil. Per descomptat, construir infraestructures de xarxa elèctrica és tan costós com construir xarxes de comunicacions per cable. També fer el manteniment dels generadors dièsel,  requereix de mots temps i costós.

Si es vol voleu fer aquest model  a les zones rurals, realment s'ha de de tenir una solució totalment que no necesiti xarxa de cable. Això significa que com no hi ha connexions a la xarxa no cal fer visites periòdiques de manteniment als llocs de la cel·la. La tecnologia del servei elèctric  de Clear Blue fa que es pugui instal·lar  una cel·la  per uns 10.000 $US, mentre que una instal·lació tradicional pot costar entre 30.000 i 50.000 $US per cel·la.

Font: Medium

Clear Project va ser seleccionat pel projecte Telecom Infra per subministrar la tecnologia per a les torres de les cel·les fora de xarxa. El projecte Telecom Infra és un projecte col·laboratiu per ampliar la infraestructura de xarxes de telecomunicacions, amb l'objectiu  de donar servei  a mil milions de persones  connectades online. Per als casos d'aquells que viuen actualment en llocs sense xarxa, és necessària la tecnologia de Clear Blue.

Clear Blue, proporciona energia  les cel·les a través de panells solars, però cal que també funcioni per les nits per això són necessaries eines per la predicció d'energia per assegurar-se que el servei no cau durant la nit o durant una sèrie de dies ennuvolats.

Els llocs que s’instal·laran faran previsions d’energia  mitjançant analítica de dades i previsions meteorològiques per determinar l’ús d’energia. Els llocs també reportaran dades al núvol de Clear Blue, de manera que l'empresa pugui perfeccionar les previsions d'energia mitjançant dades agregades.

Font: Clear Blue Technologies

Càrrega entre vehicles elèctrics

Què passaria si els cotxes elèctrics poguessin intercanviar energia elèctrica mentre circulen?

Un cotxe amb un excedent de càrrega, podria col·locar-se davant d’un altre que necessiti recarregar gràcies a l'extensió dels dos  telescòpics de càrrega enllaçats magnèticament. El cotxe amb excedent, podria compartir part de la capacitat. Però també podria ser mitjançant un servei de grans “camions cisterna” amb enormes bateries per incrementar les reserves d’energia de tota una flota de vehicles.

El concepte presenta clars avantatges: utilitza molta capacitat de bateria que, d’altra manera, no seria aprofitada, i permet estalviar temps durant el trànsit per recarregant-se en marxa.

Potser compartir la càrrega és el camí a seguir, no només per als cotxes i camions elèctrics a les carreteres, sinó per a altres vehicles mòbils. Això és el que proposen el professor Swarup Bhunia i els seus col·legues del departament d’enginyeria elèctrica i informàtica de la Universitat de Florida, a Gainesville.

La qüestió és fer que una quantitat determinada de bateries vagi més enllà i així solucionar els dos principals problemes  dels vehicles elèctrics: un cost elevat i la inquietud de l'autonomia. En el 2019, les bateries representaven aproximadament un terç del cost  d’un cotxe elèctric mig. Tot i que, fa uns quants anys han baixat a la meitat,  encara suposa una gran despesa. I, tot i que la majoria dels controladors solen cobrir distàncies curtes, generalment els agradaria poder fer més distància.

La càrrega mòbil, funciona dividint la bateria d’un cotxe en bancs independents de cel·les. Un banc gestiona el motor i l’altre accepta la càrrega. Si la font d’energia és un camió portador de bateries, es possible moure una gran quantitat d’energia.  És cert,  que  només pot carregar un cotxe alhora, però cada cotxe recarregat al 100% podria donar suport a altres cotxes que es trobin a la carretera.

Il·lustració de crèdit: Swarup Bhunia. La recàrrega entre vehicles de peer-to-peer, com el repostatge aeri, fa servir pujades estables per dissenyar un canal de transmissió.

Aquest concepte l'ha aplicat Volkswagen per utilitzar robots mòbils per a transportar bateries a vehicles externs. I, fins i tot, ara es possible comprar un sistema de repartiment de càrregues entre cotxes a l’empresa italiana Andromeda, tot i que sembla que fins ara ningú sembla l’ha intentat utilitzar en moviment.

Si hi participessin tots els cotxes, s'obtindrien grans avantatges. En  el modelatge informàtic, realitzat amb el simulador de trànsit  SUMO, els investigadors van trobar que els SVE havien de parar a recarregar-se només aproximadament una tercera part. És més, podrien disposar gairebé un quart menys de la  capacitat de la bateria.

Tot i així, hi han inconvenients. En primer lloc, com es troben els dos vehicles EV  en una l’autopista?  Res no pot contenir els  cotxes en tàndem amb  més precisió que un robot. Però fins i tot un ésser humà, ajudat per un sistema automàtic, podria ser capaç de fer la recàrrega.

Després hi ha la qüestió de la reciprocitat. Quants, probablement podrien oferir la seva bateria a un cotxe necessitat de càrrega? 

Per això, els investigadors preveuen un sistema de gestió central que funcioni al núvol.

Qualsevol dispositiu mòbil que es desplaci per si mateix pot beneficiar-se d’un esquema de càrrega compartida i per tant, els bots de lliurament tindrien molt més sentit si no haguessin de passar la meitat del temps buscant un punt de recàrrega. Poder  recarregar un vehicle des d’un camió en moviment beneficiaria molt a qualsevol  operador, tal com sembla que  Amazon vol fer.

Altrament  hi ha el remolc d'EP Tender que és un petit remolc, de tan sols 1,20 metres de llarg i 200 kg de pes, que suporta un generador alimentat per un motor de combustió. Aquest remolc pot ser adaptat a tots els vehicles elèctrics existents al mercat, mitjançant un acoblament específic per a la connexió entre remolc, BMS i bateria. Aquest primer prototip compta amb un motor de 600 cc, el mateix que equipa el Tata Nano, i és capaç de desenvolupar 22 Kw de potència.

Ramon Gallart